Как тикают часы старения: новое исследование указывает на стохастические изменения в клетках

Часы старения могут с высокой точностью измерять биологический возраст человека. На биологический возраст влияют факторы окружающей среды, такие как курение или диета, что приводит к его отклонению от хронологического возраста, рассчитываемого по дате рождения. Точность этих часов наводит на мысль, что процесс старения следует определённой программе.

Учёные Дэвид Мейер и профессор Бьёрн Шумахер из кластера передового опыта CECAD (Кёльнский университет) обнаружили, что часы старения фактически измеряют накопление стохастических (случайных) изменений в клетках. Исследование "Aging clocks based on accumulating stochastic variation" опубликовано в Nature Aging.

"Старение запускается, когда повреждаются строительные блоки наших клеток. Где именно происходит это повреждение, в основном, случайно. Наша работа объединяет точность часов старения с накоплением полностью стохастических изменений в наших клетках", — сказал профессор Шумахер.

Меньше контроля, больше "шума"

С увеличением возраста контроль над процессами в клетках становится менее эффективным, что приводит к более стохастическим результатам. Это особенно заметно в накоплении случайных изменений в метилировании ДНК. Метилирование относится к химическим изменениям, затрагивающим ДНК. Эти процессы строго регулируются в организме, но с течением жизни в паттернах метилирования возникают случайные изменения. Накопление вариаций является высокоточным индикатором возраста человека.

Потеря контроля над клетками и увеличение стохастических вариаций не ограничиваются метилированием ДНК. Мейер и Шумахер также показали, что увеличение случайных вариаций в активности генов можно использовать в качестве часов старения.

"В принципе, можно пойти ещё дальше, позволяя стохастическим вариациям в любом клеточном процессе предсказывать возраст", — отметил Шумахер. По мнению авторов, ключевым является вопрос, могут ли такие часы старения показать успех вмешательств, замедляющих старение, или вредных факторов, его ускоряющих.

Используя доступные наборы данных, учёные показали, что:

• Курение увеличивает случайные изменения у людей.
• "Антивозрастные" вмешательства, такие как снижение калорийности у мышей, уменьшают вариации в паттернах метилирования.
• Стохастический "шум" даже обратим путём репрограммирования соматических клеток в стволовые.

Учёные сравнили фибробласты человека из кожи, которые были репрограммированы в стволовые клетки и в результате омоложены. Высокая вариативность, характерная для возраста соматических клеток, действительно была обращена вспять до низкого стохастического "шума", свойственного молодым стволовым клеткам.

Мейер и Шумахер надеются, что их открытия о потере регуляции и накоплении стохастических изменений приведут к новым вмешательствам, воздействующим на первопричину старения и даже ведущим к омоложению клеток. Целью таких вмешательств может быть восстановление стохастических изменений в ДНК или улучшение контроля над экспрессией генов.