????5月9日，中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所Andrew ?E.Teschendorff研究組在學(xué)術(shù)期刊Nature Aging上，發(fā)表了標(biāo)題為“Quantifying the stochastic component of epigenetic aging”的研究論文。文章論證了表觀遺傳時鐘的一個重要組成部分來自誘導(dǎo)隨機(jī)DNA甲基化變化的生物機(jī)制，表明表觀遺傳時鐘在預(yù)測實(shí)際年齡方面越準(zhǔn)確，時鐘的潛在隨機(jī)成分就越大。相反，表觀遺傳時鐘在預(yù)測生理年齡方面有更好的表現(xiàn)，具有更強(qiáng)的非隨機(jī)成分。研究結(jié)果體現(xiàn)了增加或減少生理年齡的過程本質(zhì)上是非隨機(jī)的，而表觀遺傳時鐘常規(guī)的指針走動是由DNA甲基化變化增加的內(nèi)在隨機(jī)過程決定的。
????十多年前，研究人員觀察到DNA的表觀遺傳共價修飾，即DNA甲基化，隨著年齡的增長而改變，這種改變在很大程度上與細(xì)胞和組織類型無關(guān)。此后不久，表觀遺傳DNA甲基化時鐘被開發(fā)出來，根據(jù)受試者的DNA樣本，它可以相當(dāng)準(zhǔn)確地預(yù)測該人的實(shí)際年齡，在某種程度上它還可以預(yù)測該人的生理年齡。到目前為止，表觀遺傳時鐘領(lǐng)域已經(jīng)迅速發(fā)展成為最令人興奮和被廣泛研究的領(lǐng)域之一，涵蓋了健康老齡化、老年病學(xué)、生態(tài)學(xué)、法醫(yī)學(xué)、心理學(xué)和社會科學(xué)等多個領(lǐng)域。表觀遺傳時鐘已被證明適用于任何哺乳動物物種，并被用于測試抗衰老和細(xì)胞再生策略的功效，以及其它眾多應(yīng)用場景。然而，除了表觀遺傳有絲分裂鐘外，這些時鐘的潛在生物學(xué)機(jī)制仍然有待發(fā)掘。
該研究對表觀遺傳時鐘的工作原理提出了實(shí)質(zhì)性的新見解。Andrew?E.?Teschendorff研究員表示：“這闡明了實(shí)際年齡與生物年齡的二分性。盡管乍聽起來令人驚訝——基于一個隨機(jī)過程可以構(gòu)建出一個非常準(zhǔn)確的實(shí)際年齡預(yù)測器，但這個結(jié)果來自于相對簡明的數(shù)學(xué)過程，因?yàn)閱蝹€細(xì)胞中DNA 甲基化變化的隨機(jī)性在細(xì)胞群體中被平均掉了”。隨機(jī)DNA 甲基化變化在細(xì)胞群體中平均的凈效應(yīng)是累積DNA甲基化變化的線性變化。相反，已知的導(dǎo)致年齡加速的生物過程，例如吸煙引起的解毒通路的激活，本質(zhì)上是非隨機(jī)的。正如Andrew E. Teschendorff研究員所闡述的那樣，這些認(rèn)識與發(fā)現(xiàn)十分重要，因?yàn)橐酝藗冋J(rèn)為生理年齡加速可能只是反映了隨機(jī)DNA甲基化變化的增加，然而來自其實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)表明情況并非如此。研究組的工作還展示了這一規(guī)則的唯一例外是表觀遺傳有絲分裂時鐘，在癌癥或腫瘤前病變中，有絲分裂年齡的加速體現(xiàn)在隨機(jī)DNA甲基化變化的增長率上，這表明與細(xì)胞分裂相關(guān)的DNA甲基化變化本質(zhì)上是隨機(jī)的。
中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所Andrew E. Teschendorff研究員為該論文的通訊作者，博士研究生童惠格為該論文的第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院有關(guān)項(xiàng)目的資助。研究中使用數(shù)據(jù)來自公開數(shù)據(jù)庫。
原文鏈接?https://www.nature.com/articles/s43587-024-00600-8
左圖：時鐘代表表觀遺傳時鐘，決定時鐘的指針走動和預(yù)測實(shí)際年齡的準(zhǔn)確性的隨機(jī)過程在這里用時鐘指針附近滾動的骰子來表示。時鐘的表觀遺傳性，表現(xiàn)為DNA甲基化隨著年齡的增長而緩慢變化，在這里用時鐘圓周上的棒棒糖來表示，其顏色（代表二元的DNA甲基化）隨著年齡（用圓周上的位置來表征）的增長而逐漸改變。
右圖：作為疾病風(fēng)險因素（如病毒感染、吸煙、性別）的結(jié)果，時鐘可能顯示出年齡加速，在這里以“分針”轉(zhuǎn)動為標(biāo)志，但在“分針”周圍沒有骰子，表明潛在的過程是非隨機(jī)的?！皶r針”上的骰子意味著隨機(jī)過程仍然存在。年齡加速也由棒棒糖改變其DNA甲基化狀態(tài)的速度的增加來表示。
官方微信
