[МУЗЫКА] [МУЗЫКА] Наверняка многие из нас задавались вопросом, как мы можем определить точный возраст. Для этого можно воспользоваться различными народными способами, например, посчитать годичные кольца у дерева, заглянуть в зубы лошади, ну или по-простому посмотреть в паспорт. Однако такие оценки, конечно, не отличаются особенной точностью. Кроме этого, хронологический возраст далеко не всегда отображает реальное функциональное состояние организма. Как мы можем увидеть на этом примере, люди одинакового возраста выглядят очень сильно по-разному, и по всей вероятности имеют довольно разные жизненные прогнозы. Именно по этой причине ученые бьются над максимально точным определением биологического возраста организма. Биологический возраст организма, то есть функционально состояние организма, позволяет оценить риски развития различных патологических состояний и преждевременной смерти. Наличие такой точной оценки биологического возраста критически необходимо для дальнейшей разработки различных технологий, которые направлены на продление жизни и улучшение ее качества. На текущий момент для оценки функционального возраст организма используются различные биомаркеры старения, про которые уже говорилось в предыдущих лекциях — такие, как укорочение теломер, различные протеомные маркеры, а также клинико-диагностические тесты. Возрастные изменения затрагивают и эпигеном. Так, хроматин подвержен различным возрастным изменениям. Например, накопления фосфорилированного гистона H2A.X, который является маркером репарации ДНК. Также потеря модифицированных гистонов, специфичных для гетерохроматина. Было также обнаружено, что различные возрастные изменения затрагивают также и паттерны метилирования геномной ДНК. Именно такие изменения с использованием современных методов анализа могут быть количественно оценены и использованы для определения возраста. Какие же изменения происходят с паттернами метилирования ДНК в ходе жизни? Как мы с вами уже знаем, основной тип метилирования ДНК у млекопитающих это метилирование азотистого основания цитозина в составе цетозин-гуанин-динуклеотидов. Всего в геноме человека насчитывается более 28 млн таких CpG динуклеотидов, и места их скопления формируют так называемые CpG-островки. Другие же районы генома, которые также содержат CpG-динуклеотиды, но в меньшем количестве, называются "берега", "шельф" или "открытое море" — в зависимости от удаления от CpG-островка. При исследование CpG динуклеотидов, уровень метилирования которых менялся в ходе старения организма, было показано, что около 2/3 из них снижают уровень метилирования, в то время как у оставшихся наблюдается повышение уровня метилирования. Причем гиперметилированию подвержены в первую очередь CpG-островки. Насколько мы помним, CpG-островки располагаются в промоутерах генов и задействованы в регуляции генной экспрессии. Гиперметилированные сайты в ходе старения были также обнаружены для генов, которые задействованы в процессах регуляции, транскрипции, арегуляции, развитии и конечной дифференцировки. Опираясь на полученные факты, исследователи предположили, что эти изменения могут быть количественно охарактеризованы и использованы для оценки возраста. И легли, собственно, в основу концепции эпигенетических часов. Что же такое эпигенетические часы и почему стала возможна их разработка? С развитием современных методов высокопроизводительного анализа генома, транскриптома и метилома, все большее распространение получают исследования, в которых биологические образцы для анализа, полученные от сотен и даже тысяч разных людей. Зачастую такие цены дополняются различной информацией о статусе биомаркеров старения, о результатах различных клинико-диагностических тестов, что вкупе позволяет оценить функциональный возраст организма. На текущий момент накоплен обширный массивы данных, которые исследуют паттерны метилирования ДНК на клетках, которые были получены от людей разного возраста. Такие исследования в конечном итоге зачастую лишаются персонализированных данных и выкладывается в общий доступ, в котором любой исследователь может с ними поработать. Именно эти данные позволили исследователям разработать эпигенетические часы. Что же такое эпигенетические часы? Строго говоря, это регрессионная модель, которая связывает изменение уровня метилирования определенных CpG нуклеотидов с возрастом. В очень упрощенной форме разработка их состоит из трех шагов. Первом шаге, используя полностью описанные данные, в которых мы знаем возраст образца, мы знаем паттерны метилирования геномные ДНК, которые получены при исследовании этого образца, и различные дополнительные функциональные вещи, которые также доступны из открытых источников. Используя такую информацию, исследователи подбирают статистические параметры и строят математическую модель, которая связывает изменение уровня метилирования CpG динуклеотидов и возраст. На следующем этапе такая модель должна пройти валидацию. Для того, чтобы оценить, насколько точно она оценивает возраст. Для этого используются, опять таки, полностью описанные данные и оценивается насколько модель ошибочна или нет. В случае прохождения успешного таких тестов, уже модель используется для непосредственной оценки биологического возраста, опираясь только на паттерны метилирования геномной ДНК. Первые модели эпигенетических часов связывали изменение уровня метилирования специфических CgG динуклеотидов и хронологический возраст организма. Так были получены часы Ханнума, которые анализируют 71 CpG динуклеотид, и как правило используются для оценки возраста с использованием образцов крови. Часы Хорвата, которые часто считаются практически золотым стандартом уже используются для изменение уровня метилирования в 353 CpG динуклеотидах. И позволяют оценить возраст различных тканей организма. Важно отметить удивительную точность часов Хорвата. Было показано, что возраст, определенный при помощи этого алгоритма, отличается от реального возраста всего лишь на три года. Последние версии эпигенетических часов — как, например, часы Левина — также учитывает уже различные данные клинических исследований, то есть позволяют оценить не только хронологический возраст, но и уже биологический возраст организма. Одним из наиболее важных параметров, которые показывают и оценивает эпигенетические часы, это ускорение эпигенетического возраста. Что такое ускорение эпигенетического возраста? Это по большому счету разница между определенным эпигенетическим возрастом и хронологическим возрастом организма. Если эпигенетический возраст значительно превышает хронологический возраст организма, это означает, что организм подвержен высокому риску развития различных патологических состояний и преждевременной смерти. Это было подтверждено, в частности, на образцах опухолевой ткани, в которых наблюдалось анормальное ускорение эпигенетического возраста. В случае же, если эпигенетический возраст ниже хронологического возраста это хороший знак для организма, у которого это было обнаружено, поскольку в таком случае риски развития патологических состояний и преждевременной смерти снижаются. Важно отметить, что ускорение эпегенетического возраста это далеко не всегда плохо. Так, на ранних этапах развития организма часы в принципе тикают быстрее, и более высокий эпигенетический возраст у новорожденных детей связан с более высоким ростом этих детей и более высоким индексом жира. К сожалению, по-прежнему не до конца ясно, что же на самом деле отображает эпигенетические часы. Являются ли изменения паттернов метилирования ДНК причиной старения и его последствиям. На текущий момент существует гипотеза, что изменение паттерна метилирования геномной ДНК, которое детектируется эпигенетическими часами, это сопутствующие последствия различных программ развития и поддержания стабильности клеточных функций. Будем надеяться, что дальнейшие исследования позволят прояснить эту не до конца понятную область, и также позволят определить регуляторные механизмы, которые лежат в основе счастливого долголетия, что в конце концов позволит его достичь.