Epigenetisk ur - Epigenetic clock

Et epigenetisk ur er en biokemisk test, der kan bruges til at måle alder. Testen er baseret på DNA -methyleringsniveauer, der måler akkumulering af methylgrupper til ens DNA -molekyler.

Historie

Alders stærke virkninger på DNA -methyleringsniveauer har været kendt siden slutningen af ​​1960'erne. En omfattende litteratur beskriver sæt af CpG'er, hvis DNA -methyleringsniveauer korrelerer med alder, f.eks. Den første robuste demonstration af, at DNA -methyleringsniveauer i spyt kunne generere aldersforudsigere med en gennemsnitlig nøjagtighed på 5,2 år, blev offentliggjort af et UCLA -team, herunder Sven Bocklandt, Steve Horvath , og Eric Vilain i 2011 (Bocklandt et al. 2011). Laboratorierne fra Trey Ideker og Kang Zhang ved University of California, San Diego offentliggjorde Hannum epigenetiske ur (Hannum 2013), som bestod af 71 markører, der præcist estimerer alder baseret på blodmetyleringsniveauer. Det første multi-væv epigenetiske ur, Horvaths epigenetiske ur, blev udviklet af Steve Horvath , professor i human genetik og biostatistik ved UCLA (Horvath 2013). Horvath brugte over 4 år på at indsamle offentligt tilgængelige Illumina DNA -methyleringsdata og identificere egnede statistiske metoder.

Den personlige historie bag opdagelsen blev omtalt i Nature . Aldersestimatoren blev udviklet ved hjælp af 8.000 prøver fra 82 Illumina DNA -methylerings array -datasæt, der omfatter 51 raske væv og celletyper. Den største nyskabelse ved Horvaths epigenetiske ur ligger i dets brede anvendelighed: det samme sæt 353 CpG'er og den samme forudsigelsesalgoritme bruges uanset DNA -kilden i organismen, dvs. det kræver ingen justeringer eller forskydninger. Denne egenskab gør det muligt at sammenligne aldre for forskellige områder af den menneskelige krop ved hjælp af det samme ældningsklokke.

Forholdet til en årsag til biologisk aldring

Det vides endnu ikke, hvad der præcist måles ved DNA -methyleringsalder. Horvath antog, at DNA -methyleringsalder måler den kumulative effekt af et epigenetisk vedligeholdelsessystem, men detaljer er ukendte. Det faktum, at DNA-methyleringsalder for blod forudsiger dødelighed af alle årsager i senere liv, er blevet brugt til at argumentere for, at det vedrører en proces, der forårsager aldring. Men hvis en bestemt CpG spillede en direkte kausal rolle i aldringsprocessen, ville den dødelighed, den skabte, gøre det mindre sandsynligt at blive observeret hos ældre individer, hvilket ville gøre stedet mindre sandsynligt, at det var blevet valgt som en forudsigelse; 353 ur -CpG'erne har derfor sandsynligvis ingen årsagseffekt overhovedet. Det epigenetiske ur fanger snarere en ny egenskab ved epigenomet.

Epigenetisk urteori om aldring

I 2010 blev en ny samlende model for aldring og udvikling af komplekse sygdomme foreslået, der indbefatter klassiske aldringsteorier og epigenetik. Horvath og Raj udvidede denne teori og foreslog en epigenetisk urteori om aldring med følgende principper:

  • Biologisk ældning resulterer som en utilsigtet konsekvens af både udviklingsprogrammer og vedligeholdelsesprogram, hvis molekylære fodaftryk giver anledning til estimatorer af DNA -methylering.
  • De præcise mekanismer, der forbinder de medfødte molekylære processer (underliggende DNA -alder) til faldet i vævsfunktion, relaterer sandsynligvis til både intracellulære ændringer (hvilket fører til tab af cellulær identitet) og subtile ændringer i cellesammensætning, for eksempel fuldt fungerende somatiske stamceller.
  • På molekylært niveau er DNA -alder en proksimal aflæsning af en samling medfødte aldringsprocesser, der sammensværger andre, uafhængige grundårsager til aldring til skade for vævsfunktion.

Motivation til biologiske ure

Generelt forventes biologiske ældningsure og biomarkører for aldring at finde mange anvendelsesmuligheder i biologisk forskning, da alder er et grundlæggende kendetegn for de fleste organismer . Nøjagtige målinger af biologisk alder (biologiske ældningsure) kan være nyttige til

Samlet set forventes biologiske ure at være nyttige til at undersøge, hvad der forårsager ældning, og hvad der kan gøres mod det. De kan imidlertid kun fange virkningerne af interventioner, der påvirker graden af ​​fremtidig aldring, det vil sige hældningen af Gompertz -kurven, hvormed dødeligheden stiger med alderen, og ikke den af ​​interventioner, der virker på et tidspunkt, f.eks. For at sænke dødeligheden på tværs alle aldre, altså afskærmningen af ​​Gompertz -kurven.

Egenskaber ved Horvaths ur

Uret er defineret som en aldersestimeringsmetode baseret på 353 epigenetiske markører på DNA'et. De 353 markører måler DNA -methylering af CpG -dinukleotider . Estimeret alder ("forudsagt alder" i matematisk brug), også omtalt som DNA -methyleringsalder, har følgende egenskaber: for det første er det tæt på nul for embryonale og inducerede pluripotente stamceller ; for det andet korrelerer med celle passage nummer ; for det tredje giver det anledning til et meget arveligt mål for aldersacceleration; og for det fjerde kan det anvendes på chimpansevæv (der bruges som humane analoger til biologiske testformål). Organisk vækst (og samtidig celledeling) fører til en høj tikkende hastighed for det epigenetiske ur, der sænkes til en konstant tikkende hastighed (lineær afhængighed) efter voksenalderen (20 år). Det faktum, at DNA-methyleringsalder for blod forudsiger dødelighed af alle årsager senere i livet, selv efter justering for kendte risikofaktorer, er forenelig med en række årsagssammenhænge, ​​f.eks. En fælles årsag til begge. På samme måde er markører for fysisk og mental kondition forbundet med det epigenetiske ur (lavere evner forbundet med aldersacceleration). Det undervurderer systematisk alder fra ældre individer.

Fremtrædende træk ved Horvaths epigenetiske ur inkluderer dets anvendelighed på et bredt spektrum af væv og celletyper. Da det giver en mulighed for at kontrastere alder af forskellige væv fra det samme emne, kan det bruges til at identificere væv, der viser tegn på accelereret alder på grund af sygdom.

Statistisk tilgang

Den grundlæggende tilgang er at danne et vægtet gennemsnit af de 353 ur -CpG'er, som derefter transformeres til DNA -alder ved hjælp af en kalibreringsfunktion. Kalibreringsfunktionen afslører, at det epigenetiske ur har en høj tikkende hastighed indtil voksenalderen, hvorefter det sænkes til en konstant tikkende hastighed. Ved hjælp af træningsdatasættene brugte Horvath en straffet regressionsmodel ( elastisk netregularisering) til at regressere en kalibreret version af kronologisk alder på 21.369 CpG -prober, der var til stede både på Illumina 450K og 27K platformen og havde færre end 10 manglende værdier. DNAm alder defineres som estimeret ("forudsagt") alder. Den elastiske netforudsigelse valgte automatisk 353 CpG'er. 193 af de 353 CpG'er korrelerer positivt med alderen, mens de resterende 160 CpG'er korrelerer negativt med alderen. R-software og et frit tilgængeligt webbaseret værktøj findes på følgende webside.

Nøjagtighed

Medianfejlen ved estimeret alder er 3,6 år på tværs af et bredt spektrum af væv og celletyper, selvom dette stiger for ældre individer Det epigenetiske ur fungerer godt i heterogene væv (for eksempel fuldblod, mononukleære celler i perifert blod, cerebellare prøver, occipital cortex , bukkalt epitel, tyktarm, fedt, nyre, lever, lunge, spyt, livmoderhals, epidermis, muskel) samt i individuelle celletyper såsom CD4 T -celler, CD14 -monocytter, glialceller, neuroner, udødeliggjorte B -celler, mesenkymale stromale celler. Imidlertid afhænger nøjagtigheden til en vis grad af kilden til DNA'et.

Sammenligning med andre biologiske ure

Det epigenetiske ur fører til en kronologisk aldersforudsigelse, der har en Pearson -korrelationskoefficient på r = 0,96 med kronologisk alder (figur 2 i). Alderskorrelationen er således tæt på den maksimalt mulige korrelationsværdi på 1. Andre biologiske ure er baseret på a) telomerlængde , b) p16INK4a -ekspressionsniveauer (også kendt som INK4a/ARF -locus) og c) mikrosatellitmutationer . Korrelationen mellem kronologisk alder og telomerlængde er r = -0,51 hos kvinder og r = -0,55 hos mænd. Korrelationen mellem kronologisk alder og ekspressionsniveauer af p16INK4a i T -celler er r = 0,56.

Anvendelser af Horvaths ur

Ved at kontrastere DNA -methyleringsalder (estimeret alder) med kronologisk alder kan man definere mål for aldersacceleration. Aldersacceleration kan defineres som forskellen mellem DNA -methyleringsalder og kronologisk alder. Alternativt kan det defineres som det residual, der er resultatet af regression af DNAm -alder på kronologisk alder. Sidstnævnte mål er attraktivt, fordi det ikke korrelerer med kronologisk alder. En positiv/negativ værdi af epigenetisk aldersacceleration antyder, at det underliggende væv ældes hurtigere/langsommere end forventet.

Genetiske undersøgelser af epigenetisk aldersacceleration

Den generelle arvelighed (defineret via Falconer's formel ) for aldersacceleration af blod fra ældre forsøgspersoner er omkring 40%, men det ser ud til at være meget højere hos nyfødte. På samme måde viste aldersacceleration af hjernevæv (præfrontal cortex) at være 41% hos ældre forsøgspersoner. Genom-dækkende associeringsundersøgelser (GWAS) af epigenetisk aldersacceleration i postmortem hjerneprøver har identificeret flere SNP'er på et genombredt signifikansniveau. GWAS af aldersacceleration i blod har identificeret flere genom-dækkende signifikante genetiske loci, herunder telomerase reverse transcriptase gen ( TERT ) locus. Genetiske varianter forbundet med længere leukocyttelomerlængde i TERT -genet giver paradoksalt nok højere epigenetisk aldersacceleration i blod.

Livsstilsfaktorer

Generelt har livsstilsfaktorer kun svage sammenhænge med epigenetisk aldersacceleration i blod. Tværsnitsstudier af ekstrinsisk epigenetisk aldring i blod viser reduceret epigenetisk ældning korrelerer med videregående uddannelse, spiser en høj plantekost med magert kød, moderat alkoholforbrug og fysisk aktivitet og risici forbundet med metabolisk syndrom . Undersøgelser tyder imidlertid på, at et højt alkoholforbrug er forbundet med accelereret ældning af visse epigenetiske ure.

Fedme og metabolisk syndrom

Det epigenetiske ur blev brugt til at studere forholdet mellem højt kropsmasseindeks (BMI) og DNA -methyleringstiden for humant blod, lever, muskel og fedtvæv. Der kunne observeres en signifikant korrelation (r = 0,42) mellem BMI og epigenetisk aldersacceleration for leveren. En meget større prøvestørrelse (n = 4200 blodprøver) afslørede en svag, men statistisk signifikant korrelation (r = 0,09) mellem BMI og iboende aldersacceleration af blod. Den samme store undersøgelse viste, at forskellige biomarkører for metabolisk syndrom (glucose-, insulin-, triglyceridniveauer, C-reaktivt protein, talje-til-hofte-forhold ) var forbundet med epigenetisk aldersacceleration i blod. Omvendt var høje niveauer af det gode kolesterol HDL forbundet med en lavere epigenetisk ældningshastighed af blod. Anden forskning tyder på meget stærke sammenhænge mellem højere kropsmasseindeks , talje-til-hofte-forhold og taljeomkreds og accelererede epigenetiske ure, med tegn på at fysisk aktivitet kan reducere disse virkninger.

Kvindelig brystvæv er ældre end forventet

DNAm alder er højere end kronologisk alder i kvindelig brystvæv, der støder op til brystkræftvæv. Da normalt væv, der støder op til andre kræftformer, ikke udviser en lignende aldersaccelerationseffekt, tyder dette fund på, at normalt kvindeligt brystvæv ældes hurtigere end andre dele af kroppen. På samme måde har normale brystvævsprøver fra kvinder uden kræft vist sig at være væsentligt ældre end blodprøver indsamlet fra de samme kvinder på samme tid.

Kvindelig brystkræft

I en undersøgelse af tre epigenetiske ure og risiko for brystkræft viste det sig, at DNA-alder blev accelereret i blodprøver af kræftfrie kvinder, år før diagnosen.

Kræftvæv

Kræftvæv viser både positive og negative aldersaccelerationseffekter. For de fleste tumortyper kan der ikke observeres nogen signifikant sammenhæng mellem aldersacceleration og tumormorfologi (grad/stadium). I gennemsnit har kræftvæv med muteret TP53 en lavere aldersacceleration end dem uden den. Endvidere har kræftvæv med høj aldersacceleration tendens til at have færre somatiske mutationer end dem med lav aldersacceleration. Aldersacceleration er stærkt relateret til forskellige genomiske aberrationer i kræftvæv. Somatiske mutationer i østrogenreceptorer eller progesteronreceptorer er forbundet med accelereret DNA -alder ved brystkræft. Kolorektal cancerprøver med en BRAF (V600E) mutation eller promotor hypermethylering af mismatch reparationsgenet MLH1 er forbundet med en øget aldersacceleration. Aldersacceleration i glioblastoma multiforme -prøver er stærkt signifikant forbundet med visse mutationer i H3F3A . En undersøgelse tyder på, at blodvævets epigenetiske alder kan være prognostisk for forekomst af lungekræft.

Trisomi 21 (Downs syndrom)

Downs syndrom medfører en øget risiko for mange kroniske sygdomme, der typisk er forbundet med ældre alder. De kliniske manifestationer af accelereret ældning tyder på, at trisomi 21 øger vævs biologiske alder, men molekylært bevis for denne hypotese har været sparsomt. Ifølge det epigenetiske ur øger trisomi 21 alderen for blod og hjernevæv betydeligt (i gennemsnit med 6,6 år).

Alzheimers sygdom relateret neuropatologi

Epigenetisk aldersacceleration af den menneskelige præfrontale cortex viste sig at være korreleret med flere neuropatologiske målinger, der spiller en rolle i Alzheimers sygdom. Endvidere viste det sig at være forbundet med et fald i global kognitiv funktion og hukommelsesfunktion blandt personer med Alzheimers sygdom. Den epigenetiske alder af blod vedrører kognitiv funktion hos ældre. Samlet set tyder disse resultater stærkt på, at det epigenetiske ur egner sig til måling af hjernens biologiske alder.

Cerebellum ældes langsomt

Det har været svært at identificere væv, der synes at unddrage sig aldring på grund af manglen på biomarkører i vævsalder, der gør det muligt at kontrastere sammenligne alderene for forskellige væv. En anvendelse af epigenetisk ur til 30 anatomiske steder fra seks hundredeårige og yngre forsøgspersoner afslørede, at lillehjernen ældes langsomt: det er cirka 15 år yngre end forventet hos en hundredeårig. Dette fund kan forklare, hvorfor lillehjernen viser færre neuropatologiske kendetegn ved aldersrelaterede demens sammenlignet med andre hjerneområder. Hos yngre forsøgspersoner (f.eks. Yngre end 70) synes hjerneområder og hjerneceller at have nogenlunde samme alder. Flere SNP'er og gener er blevet identificeret, der vedrører lillehjernens epigenetiske alder.

Huntingtons sygdom

Huntingtons sygdom har vist sig at øge de epigenetiske ældningshastigheder i flere menneskelige hjerneområder.

Hundredeårige ældes langsomt

Afkom til semi-supercentenarer (forsøgspersoner, der nåede en alder på 105-109 år) har en lavere epigenetisk alder end alderssvarende kontroller (aldersforskel = 5,1 år i blod) og centenarians er yngre (8,6 år) end forventet baseret på deres kronologisk alder.

HIV -infektion

Infektion med Human Immunodeficiency Virus-1 ( HIV ) er forbundet med kliniske symptomer på accelereret aldring, hvilket fremgår af øget forekomst og mangfoldighed af aldersrelaterede sygdomme i relativt unge aldre. Men det har været svært at opdage en accelereret ældningseffekt på et molekylært niveau. En epigenetisk uranalyse af humant DNA fra HIV+ -personer og -kontroller påviste en betydelig aldersaccelerationseffekt i hjerne (7,4 år) og blod (5,2 år) væv på grund af HIV-1-infektion. Disse resultater er i overensstemmelse med en uafhængig undersøgelse, der også fandt en aldersfremgang på 5 år i blod af HIV -patienter og en stærk effekt af HLA -locus.

Parkinsons sygdom

En storstilet undersøgelse tyder på, at blodet fra personer med Parkinsons sygdom udviser (relativt svage) accelererede ældningseffekter.

Udviklingsforstyrrelse: syndrom X

Børn med en meget sjælden lidelse kendt som syndrom X opretholder facaden af ​​vedvarende småbørnlignende træk, mens de ældes fra fødsel til voksenalder. Da disse børns fysiske udvikling er dramatisk forsinket, ser disse børn ud til at være et lille barn eller i bedste fald en førskolebørn. Ifølge en epigenetisk uranalyse er blodvæv fra syndrom X -tilfælde ikke yngre end forventet.

Overgangsalderen accelererer epigenetisk aldring

De følgende resultater tyder kraftigt på, at tabet af kvindelige hormoner som følge af overgangsalderen accelererer den epigenetiske ældningshastighed af blod og muligvis af andre væv. For det første har det vist sig , at tidlig overgangsalder er forbundet med en øget epigenetisk aldersacceleration af blod. For det andet er kirurgisk overgangsalder (på grund af bilateral oophorektomi ) forbundet med epigenetisk aldersacceleration i blod og spyt. For det tredje er menopausal hormonbehandling , som reducerer hormonalt tab, forbundet med en negativ aldersacceleration af buccale celler (men ikke af blodlegemer). For det fjerde er genetiske markører, der er forbundet med tidlig overgangsalder, også forbundet med øget epigenetisk aldersacceleration i blod.

Cellulær ældning kontra epigenetisk aldring

Et forvirrende aspekt ved biologisk aldring er arten og rollen af ​​ældende celler. Det er uklart, om de tre hovedtyper af cellulær ældning, nemlig replikativ ældning, onkogen-induceret ældning og DNA-beskadiget induceret ældning, er beskrivelser af det samme fænomen, der er anstiftet af forskellige kilder, eller om hver af disse er forskellige, og hvordan de er forbundet med epigenetisk aldring. Induktion af replikativ ældning (RS) og onkogen-induceret ældning (OIS) viste sig at være ledsaget af epigenetisk ældning af primære celler, men ældning induceret af DNA-skade var ikke det, selvom RS og OIS aktiverede den cellulære DNA-beskadigelsesresponsvej. Disse resultater fremhæver uafhængigheden af ​​cellulær ældning fra epigenetisk aldring. I overensstemmelse hermed blev telomerase-udødeliggjorte celler ved med at ældes (i henhold til det epigenetiske ur) uden at være blevet behandlet med nogen ældningsfremkaldende midler eller DNA-skadelige midler, hvilket igen bekræftede uafhængigheden af ​​processen med epigenetisk ældning fra telomerer, cellulær ældning og DNA -beskadigelsesreaktionsvejen. Selvom afkoblingen af ​​ældning fra cellulær ældning ved første øjekast ser ud til at være i uoverensstemmelse med det faktum, at ældningsceller bidrager til den fysiske manifestation af organismenes ældning, som demonstreret af Baker et al., Hvor fjernelse af ældende celler bremsede ældning.

Den epigenetiske uranalyse af ældning antyder imidlertid, at cellulær ældning er en tilstand, som celler tvinges ind i som følge af ydre tryk såsom DNA -skade, ektopisk onkogenekspression og udtømmende spredning af celler for at genopbygge dem, der elimineres af eksterne/miljømæssige faktorer. Disse ældgamle celler vil i tilstrækkeligt antal sandsynligvis forårsage forringelse af væv, hvilket tolkes som organismes ældning. På mobilniveau er ældning, målt ved det epigenetiske ur, imidlertid forskellig fra ældning. Det er en iboende mekanisme, der eksisterer fra cellens fødsel og fortsætter. Dette indebærer, at hvis celler ikke shuntes til ældning af det ydre tryk, der er beskrevet ovenfor, ville de stadig blive ældre. Dette er i overensstemmelse med det faktum, at mus med naturligt lange telomerer stadig ældes og til sidst dør, selvom deres telomerlængder er langt længere end den kritiske grænse, og de ældes for tidligt, når deres telomerer tvangsforkortes på grund af replikativ ældning. Derfor er cellulær ældning en rute, hvorved celler forlader for tidligt det naturlige forløb af cellulær ældning.

Virkning af køn og race/etnicitet

Mænd ældes hurtigere end kvinder i henhold til epigenetisk aldersacceleration i blod, hjerne, spyt, men det afhænger af strukturen, der undersøges og livsstilen. Den epigenetiske urmetode gælder for alle undersøgte race/etniske grupper i den forstand, at DNA -alder er stærkt korreleret med kronologisk alder. Men etnicitet kan være forbundet med epigenetisk aldersacceleration. For eksempel ældres latinamerikanernes og tsimanéens blod langsommere end andre befolkningers blod, hvilket kan forklare det spanske dødelighedsparadoks .

Foryngelseseffekt på grund af stamcelletransplantation i blod

Hæmatopoietisk stamcelletransplantation , som transplanterer disse celler fra en ung donor til en ældre modtager, forynger den epigenetiske alder af blod til donorens. Imidlertid er transplantat-versus-host-sygdom forbundet med øget DNA-methyleringsalder.

Progeria

Voksne progerier, også kendt som Werner syndrom, er forbundet med epigenetisk aldersacceleration i blod. Fibroblastprøver fra børn med Hutchinson-Gilford Progeria udviser accelererede epigenetiske ældningseffekter i henhold til "hud & blod" epigenetisk ur, men ikke i henhold til det originale pandevævsur fra Horvath.

Biologisk mekanisme bag det epigenetiske ur

På trods af at biomarkører for aldring baseret på DNA -methyleringsdata har muliggjort nøjagtige aldersestimater for ethvert væv i hele livsløbet, er den præcise biologiske mekanisme bag det epigenetiske ur i øjeblikket ukendt. Imidlertid kan epigenetiske biomarkører hjælpe med at løse mangeårige spørgsmål på mange områder, herunder det centrale spørgsmål: hvorfor ældes? For at forstå essensen af ​​mekanismerne bag det epigenetiske ur, ville det være tilrådeligt at foretage en sammenligning og finde forholdet mellem aflæsningerne af det epigenetiske ur og det transkriptome ældningsklokke Følgende forklaringer er blevet foreslået for nu i litteraturen.

Mulig forklaring 1: Epigenomisk vedligeholdelsessystem

Horvath antog, at hans ur stammer fra et methyleringsfodaftryk efterladt af et epigenomisk vedligeholdelsessystem.

Mulig forklaring 2: Ureparerede DNA -skader

Endogene DNA-skader opstår ofte, herunder ca. 50 dobbeltstrengede DNA-brud pr. Cellecyklus og ca. 10.000 oxidative skader pr. Dag (se DNA-skader (naturligt forekommende) ). Under reparation af dobbeltstrengede pauser indføres mange epigenetiske ændringer, og i en procentdel af tilfældene forbliver epigenetiske ændringer efter reparation er afsluttet, herunder øget methylering af CpG-ø-promotorer. Lignende, men normalt forbigående epigenetiske ændringer blev for nylig fundet under reparation af oxidative skader forårsaget af H 2 O 2 , og det blev foreslået, at der lejlighedsvis disse epigenetiske ændringer kan også forblive efter reparation. Disse akkumulerede epigenetiske ændringer kan bidrage til det epigenetiske ur. Akkumulering af epigenetiske ændringer kan sideløbende med akkumuleringen af ​​ikke-reparerede DNA-skader, der foreslås at forårsage ældning, parallelt (se DNA-teori om aldring ).

Andre aldersestimatorer baseret på DNA -methyleringsniveauer

Flere andre aldersestimatorer er blevet beskrevet i litteraturen.

1) Weidner et al. (2014) beskriver en aldersestimator for DNA fra blod, der kun bruger tre CpG -steder af gener, der næsten ikke er påvirket af aldring (cg25809905 i integrin, alfa 2b (ITGA2B); cg02228185 i aspartoacylase (ASPA) og cg17861230 i phosphodiesterase 4C, cAMP -specifik (PDE4C ))). Aldersestimatoren af ​​Weidener et al. (2014) gælder kun for blod. Selv i blod er denne sparsomme estimator langt mindre præcis end Horvaths epigenetiske ur (Horvath 2014), når den anvendes på data genereret af Illumina 27K eller 450K platforme. Men den sparsomme estimator blev udviklet til pyrosekventeringsdata og er yderst omkostningseffektiv.

2) Hannum et al. (2013) rapporterer flere aldersestimatorer: en for hver vævstype. Hver af disse estimatorer kræver kovariatinformation (f.eks. Køn, kropsmasseindeks, batch). Forfatterne nævner, at hvert væv førte til en klar lineær forskydning (aflytning og hældning). Derfor måtte forfatterne justere den blodbaserede aldersestimator for hver vævstype ved hjælp af en lineær model. Når Hannum -estimatoren anvendes på andre væv, fører det til en høj fejl (på grund af dårlig kalibrering), som det kan ses af figur 4A i Hannum et al. (2013). Hannum et al. justerede deres blodbaserede aldersestimator (ved at justere hældningen og aflytningsterminen) for at anvende den på andre vævstyper. Da dette justeringstrin fjerner forskelle mellem væv, har den blodbaserede estimator fra Hannum et al. kan ikke bruges til at sammenligne alder af forskellige væv/organer. Derimod er en fremtrædende egenskab ved det epigenetiske ur, at man ikke behøver at udføre et sådant kalibreringstrin: det bruger altid de samme CpG'er og de samme koefficientværdier. Derfor kan Horvaths epigenetiske ur bruges til at sammenligne alder af forskellige væv/celler/organer fra det samme individ. Mens aldersestimaterne fra Hannum et al. ikke kan bruges til at sammenligne alder af forskellige normale væv, de kan bruges til at sammenligne alderen på et kræftvæv med det tilsvarende normale (ikke-kræftfremkaldende) væv. Hannum et al. rapporterede udtalte aldersaccelerationseffekter i alle kræftformer. I modsætning hertil afslører Horvaths epigenetiske ur, at nogle kræftformer (f.eks. Tredobbelt negativ brystkræft eller uterus corpus endometrial carcinoma) udviser negativ aldersacceleration, dvs. kræftvæv kan være meget yngre end forventet. En vigtig forskel vedrører yderligere kovariater. Hannums aldersestimatorer gør brug af kovariater som køn, kropsmasseindeks, diabetesstatus, etnicitet og batch. Da nye data involverer forskellige batches, kan man ikke anvende det direkte på nye data. Forfatterne præsenterer imidlertid koefficientværdier for deres CpG'er i supplerende tabeller, som kan bruges til at definere et aggregeret mål, der har en tendens til at være stærkt korreleret med kronologisk alder, men kan være dårligt kalibreret (dvs. føre til høje fejl).

Sammenligning af de 3 aldersforudsigere beskrevet i henholdsvis A) Horvath (2013), [10] B) Hannum (2013), [9] og C) Weidener (2014), [61]. X-aksen viser den kronologiske alder i år, hvorimod y-aksen viser den forudsagte alder. Den helt sorte linje svarer til y = x. Disse resultater blev genereret i et uafhængigt datasæt af blodmethylering, der ikke blev brugt til konstruktion af disse forudsigere (data genereret i november 2014).

3) Giuliani et al. identificere genomiske områder, hvis DNA -methyleringsniveau korrelerer med alderen i menneskelige tænder. De foreslår evaluering af DNA -methylering ved ELOVL2-, FHL2- og PENK -gener i DNA genvundet fra både cement og papirmasse af de samme moderne tænder. De ønsker at anvende denne metode også på historiske og relativt gamle menneskelige tænder.

4) Galkin et al. brugte dybe neurale netværk til at træne et epigenetisk ældningsklokke med hidtil uset nøjagtighed ved hjælp af> 6.000 blodprøver. Uret bruger oplysninger fra 1000 CpG -steder og forudsiger mennesker med visse tilstande, der er ældre end raske kontroller: IBD , frontotemporal demens , æggestokkræft, fedme. Det ældste ur er planlagt til at blive frigivet til offentligt brug i 2021 af et Insilico Medicine spinoff -firma Deep Longevity.

I en multicenter benchmarking -undersøgelse sammenlignede 18 forskningsgrupper fra tre kontinenter alle lovende metoder til analyse af DNA -methylering i klinikken og identificerede de mest nøjagtige metoder, idet de havde konkluderet, at epigenetiske tests baseret på DNA -methylering er en moden teknologi, der er klar til bred klinisk brug.

Andre arter

Wang et al., (Hos muselever) og Petkovich et al. (baseret på mus -blod -DNA -methyleringsprofiler) undersøgte, om mus og mennesker oplever lignende ændringsmønstre i methylomet med alderen. De fandt ud af, at mus behandlet med levetidsforlængende indgreb (såsom kaloriebegrænsning eller rapamycin i kosten) var signifikant yngre i epigenetisk alder end deres ubehandlede aldertilpassede kontroller af vildtype. Musalderforudsigere registrerer også langtidseffekter af gen-knockouts og foryngelse af fibroblast-afledte iPSC'er .

Mus multi-tissue-aldersforudsigelse baseret på DNA-methylering på 329 unikke CpG-steder nåede en median absolut fejl på mindre end fire uger (~ 5 procent af levetiden). Et forsøg på at bruge de menneskelige ursteder i mus til aldersforudsigelser viste, at det menneskelige ur ikke er fuldt konserveret hos mus. Forskelle mellem menneske- og musure tyder på, at epigenetiske ure skal trænes specifikt til forskellige arter.

En ny metode til aldrende hummer blev offentliggjort i 2021, der brugte et ribosomalt DNA-methyleringsbaseret ur, der kan tillade ikke-invasiv prøveudtagning og ældning af vilde europæiske hummerpopulationer (Homarus gammarus)

Ændringer i DNA -methyleringsmønstre har et stort potentiale for aldersestimering og biomarkørssøgning hos husdyr og vilde dyr.

Referencer

Yderligere læsning