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【新进展】浙江大学联合耶鲁大学揭示衰老相关DNA甲基化时钟

首页 » 研究 2020-09-18 老龄科学交叉研究中心 赞(2)
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导读
衰老生物标志物研究对基础和转化医学均具有重大意义和价值。近年来基于年龄与DNA甲基化(一种重要的表观遗传修饰)之间的密切联系,学者们建立了可以表征衰老的DNA甲基化时钟(表观遗传钟),后者成为目前衰老最具前景的生物标志物。截至目前,已有超过10个DNA甲基化时钟被报道。尽管它们具有共同的理论依据(捕捉衰老信号),但它们与健康结局以及它们彼此之间的关联强度差异较大。此外,学界对它们所表征的潜在生物衰老过程也缺乏了解。

  近日,浙江大学公共卫生学院与耶鲁大学医学院的研究人员联合在老年医学领域国际顶级期刊《Aging Cell》(IF=7.238,中科院分区,生物1区)在线发表了题为“Underlying features of epigenetic aging clocks in vivo and in vitro”(表征衰老的DNA甲基化时钟在体内外的潜在特征)的最新研究成果。

  该研究首次全面比较了11个现有的DNA甲基化时钟,并在此基础上开发出一个更可靠且有效的新型DNA甲基化时钟“meta-clock”,具备比现有DNA甲基化时钟更强的全因死亡预测效力,并且更能区分肿瘤和正常组织,反映衰老特征,具有巨大的应用前景。


  在这项研究中,研究人员首先对目前已报道的11个DNA甲基化时钟所包含的CpG特征进行了详细比较,发现了它们之间较大的差异。随后,研究人员基于CD14+单核细胞和前额叶背外侧皮层(DLPFC)转录组数据,发现Horvath1、Horvath2、Hannum、Levine和Lin 这5个DNA甲基化时钟具有类似的转录组信号。进一步的网络分析鉴别出16个在CD14+单核细胞和DLPFC中的共表达基因模块(consensus expression module),而其中与DNA甲基化时钟密切相关的模块所涉及到的生物过程包括线粒体翻译、免疫、组蛋白修饰、自噬等。
  紧接着,研究人员发现在单核细胞中具有保守转录组信号的6个DNA甲基化时钟(Horvath1、Horvath2、Hannum、Levine、Lin和Yang时钟)能在一定程度上区分肿瘤组织(例如乳腺癌、结肠癌、肺癌和胰腺癌)与正常组织,其中Levine和Yang时钟效果最为显著。来自体外实验的数据提示,这6个DNA甲基化时钟中的某几个如Levine时钟与细胞衰老和线粒体耗竭这两个重要的衰老机制密切相关,后者进一步证实了前面的转录组分析结果。
  基于以上结果,研究人员提出假设:表观遗传衰老可能具有多重信号/机制,不同的DNA甲基化时钟可能在不同程度上反映了部分表观遗传衰老信号,通过识别重合信号或许能够构建出更加精确和有效的衰老生物标志物。

  为了验证这些猜想,作者使用来自全血、DLPFC、表皮/真皮和乳腺组织数据,对现有的DNA甲基化时钟所包含的CpG位点进行共甲基化模块聚类分析,通过数学模型,重新开发出一个新型DNA甲基化时钟——meta clock。进一步分析发现,相比现有的任一种DNA甲基化时钟,meta-clock具有更强的全因死亡预测效力,更能区分肿瘤和正常组织,且更能反映细胞衰老和线粒体耗竭;此外,meta-clock与阿尔茨海默病的病理学指标——神经纤维缠结合和缠结负荷密切相关。


  在文章的最后,研究人员写到:“这些发现是揭开DNA甲基化时钟的生物学基础的第一步,将有助于开发更加可靠和有效的衰老生物标志物,以用于临床和转化医学研究。更重要的是,揭示其生物学基础是发现衰老驱动因素并制定针对性干预措施的必要关键步骤”。

  本研究唯一第一作者为Zuyun Liu (刘足云),系浙江大学公共卫生学院研究员;唯一通讯作者为Morgan E Levine,系耶鲁大学医学院助理教授。本研究得到浙江大学医学院百人计划和美国国立卫生研究院衰老研究所相关经费支持。


全文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/acel.13229
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