Новый эпигенетический биомаркер точно определяет биологический возраст самцов млекопитающих

Группа ученых из Новой Зеландии и Великобритании определила всего лишь один сайт, уровень метилирования которого с позволяет высокой точностью определить возраст самцов овец и мышей. Cреди соавторов исследования — изобретатель одних из самых известных современных эпигенетических часов Стив Хорват. Новый биомаркер старения назвали андрогеновыми часами.

Старение — сложный процесс, характеризующийся снижением функций всего организма, которое сопровождается значительными молекулярными изменениями в клетках, в том числе обширным изменением метилирования ДНК. На протяжении жизни организма в определенных локусах его генома происходит последовательное и предсказуемое усиление или ослабление метилирования. Это позволило разработать так называемые эпигенетические часы — алгоритмы установления биологического возраста индивида по данным об уровнях метилирования определенных участков ДНК.

На процесс старения влияет множество факторов, и один из наиболее значимых — пол организма. Хорошо известно, что самки многих видов живут дольше. При этом кастрация часто увеличивает продолжительность жизни самцов, а удаление яичников сокращает жизнь самок, что говорит о важной роли половых гормонов в старении.

Недавние исследования тех же авторов исследования выявили набор CpG-динуклеотидов — последовательно расположенных остатков цитозина (C) и гуанина (G) в геноме — которые постепенно теряют метилирование с возрастом исключительно у самцов овец, мышей и летучих мышей. Самки сохраняют стабильно высокий уровень метилирования этих сайтов на протяжении всей жизни. В то же время у кастрированных баранов они были метилированы на таком же высоком уровне, как и у овец.

Эти сайты назвали андрогенчувствительными дифференциально метилированными зондами (asDMPs), поскольку ими были обогащены участки связывания андрогеновых рецепторов (AR) в ДНК. (Андрогеновые рецепторы выступают в роли факторов транскрипции, регулируя активность определенных генов, необходимых для поддержания мужского фенотипа.) Кроме того, только ткани с высокой экспрессией AR показали специфическое для самцов возрастное деметилирование.

Для исследования авторы выбрали сайт asDMP, наиболее значимо различающийся по уровню метилирования между интактными и кастрированными банарами. Им оказался CpG-сайт cg21524116 в интроне гена Muskelin 1 (MKLN1), характеризующийся потерей метилирования при старении. Степень метилирования оценивали методом бисульфитного ампликонного секвенирования с баркодами (BBA-seq), которое позволяет одновременно исследовать сотни образцов с помощью даже самых низкопроизводительных секвенирующих платформ Illumina.

Точность теста авторы проверили на образцах ягнятины и баранины из местной мясной лавки и убедились, что уровень метилирования в образцах мяса взрослых баранов значительно ниже. Таким образом, предложенный метод настолько прост и точен, что в перспективе может помочь выводить на чистую воду недобросовестных продавцов, выдающих баранину за мясо ягнят. Авторы отмечают, что один образец ягнятины по проценту метилирования оказался ближе к мясу старых баранов, но, не обладая полной информацией об этом образце, они не могут утверждать, что выброс связан с фальсификацией.

Далее ученые проверили, насколько точно уровень метилирования выявленного CpG-сайта ДНК предсказывает биологический возраст самцов. Оказалось, что включение дополнительных asDMP не повышает, а, наоборот, в большинстве случаев снижает точность оценки возраста, что подчеркивает отличную прогностическую способность только cg21524116. Этот специфический для мужского пола эпигенетический маркер старения позволяет оценить биологический возраст овец и мышей с точностью до 4,3 и 1,4 месяцев (средняя абсолютная ошибка), соответственно.

На следующем этапе авторы подвергли самок мышей хроническому воздействию андрогенов путем имплантации капсул, высвобождающих дигидротестостерон. Спустя 13 недель такого воздействия наблюдалось значительное деметилирование cg21524116 в тканях мышц, хвоста, уха и почек. В то же время в ткани печени, отличающейся низким уровнем экспрессии рецепторов андрогена, уровень метилирования незначительно отличался от контроля. Выполнив нокаут адрогеновых рецепторов у самцов мышей, ученые подтвердили, что при их отсутствии «андрогеновые часы» не работают даже при добавлении андрогенов извне.

Таким образом, арсенал инструментов исследователей в области старения пополнили «андрогеновые часы» — эпигенетический биомаркер, который позволяет очень точно измерять биологический возраст организма при длительном воздействии андрогенов на основе уровня метилирования одного-единственного CpG-сайта в ДНК. «Тиканье» этих эпигенетических часов может быть полностью остановлено путем удаления семенников у особей мужского пола или активировано у самок введением синтетических андрогенов. Это открывает для ученых уникальную возможность точно воздействовать на их ход и разобраться в механизмах возрастных изменений метилирования ДНК.