Epigenetisk klokke - Epigenetic clock

En epigenetisk klokke er en biokjemisk test som kan brukes til å måle alder. Testen er basert på DNA -metyleringsnivåer , som måler akkumulering av metylgrupper til ens DNA -molekyler.

Historie

Alders sterke effekter på DNA -metyleringsnivåer har vært kjent siden slutten av 1960 -tallet. En omfattende litteratur beskriver sett med CpG -er hvis DNA -metyleringsnivåer korrelerer med alder, f.eks. Den første robuste demonstrasjonen av at DNA -metyleringsnivåer i spytt kunne generere aldersforutsigere med en gjennomsnittlig nøyaktighet på 5,2 år, ble publisert av et UCLA -team inkludert Sven Bocklandt, Steve Horvath , og Eric Vilain i 2011 (Bocklandt et al. 2011). Laboratoriene til Trey Ideker og Kang Zhang ved University of California, San Diego publiserte Hannum epigenetiske klokke (Hannum 2013), som besto av 71 markører som nøyaktig estimerer alder basert på blodmetyleringsnivåer. Den første epigenetiske klokken med flere vev, Horvaths epigenetiske klokke, ble utviklet av Steve Horvath , professor i menneskelig genetikk og biostatistikk ved UCLA (Horvath 2013). Horvath brukte over 4 år på å samle offentlig tilgjengelige Illumina DNA -metyleringsdata og identifisere egnede statistiske metoder.

Den personlige historien bak oppdagelsen ble omtalt i Nature . Aldersestimatoren ble utviklet ved å bruke 8000 prøver fra 82 Illumina DNA -metyleringsarray -datasett, som omfatter 51 friske vev og celletyper. Den største innovasjonen i Horvaths epigenetiske klokke ligger i dens brede anvendelighet: det samme settet med 353 CpG og den samme prediksjonsalgoritmen brukes uavhengig av DNA -kilden i organismen, det vil si at det ikke krever noen justeringer eller forskyvninger. Denne egenskapen gjør det mulig å sammenligne aldre for forskjellige områder av menneskekroppen ved hjelp av den samme aldrende klokken.

Forholdet til en årsak til biologisk aldring

Det er ennå ikke kjent hva som måles nøyaktig med DNA -metyleringsalder. Horvath antok at DNA -metyleringsalder måler den kumulative effekten av et epigenetisk vedlikeholdssystem, men detaljer er ukjente. Det faktum at DNA-metyleringsalder for blod forutsier dødelighet av alle årsaker i senere liv, har blitt brukt for å argumentere for at det er knyttet til en prosess som forårsaker aldring. Imidlertid, hvis en bestemt CpG spilte en direkte årsaksrolle i aldringsprosessen, ville dødeligheten den skapte gjøre det mindre sannsynlig å bli observert hos eldre individer, noe som gjør stedet mindre sannsynlig å ha blitt valgt som prediktor; 353 klokke -CpG har derfor sannsynligvis ingen årsakseffekt. Den epigenetiske klokken fanger heller en fremvoksende egenskap av epigenomet.

Epigenetisk teori om aldring

I 2010 ble en ny samlende modell for aldring og utvikling av komplekse sykdommer foreslått, som inkluderte klassiske aldringsteorier og epigenetikk. Horvath og Raj utvidet denne teorien og foreslo en epigenetisk teori om aldring med følgende prinsipper:

  • Biologisk aldring resulterer som en utilsiktet konsekvens av både utviklingsprogrammer og vedlikeholdsprogram, hvis molekylære fotavtrykk gir opphav til DNA -metyleringsalderestimatorer.
  • De presise mekanismene som knytter de medfødte molekylære prosessene (underliggende DNAm -alder) til nedgangen i vevsfunksjon, relaterer sannsynligvis både intracellulære endringer (som fører til tap av mobil identitet) og subtile endringer i cellesammensetning, for eksempel fullt fungerende somatiske stamceller.
  • På molekylært nivå er DNAm alder en proksimal avlesning av en samling medfødte aldringsprosesser som konspirerer med andre, uavhengige grunnårsaker til aldring til skade for vevsfunksjonen.

Motivasjon for biologiske klokker

Generelt forventes biologiske aldringsklokker og biomarkører for aldring å finne mange bruksområder i biologisk forskning siden alder er en grunnleggende egenskap for de fleste organismer . Nøyaktige målinger av biologisk alder (biologiske aldringsklokker) kan være nyttige for

Samlet sett forventes biologiske klokker å være nyttige for å studere hva som forårsaker aldring og hva som kan gjøres mot det. Imidlertid kan de bare fange effektene av inngrep som påvirker graden av fremtidig aldring, det vil si skråningen av Gompertz -kurven som dødeligheten øker med alderen, og ikke den av inngrep som virker på et tidspunkt, f.eks. For å redusere dødeligheten på tvers alle aldre, dvs. avskjæringen av Gompertz -kurven.

Egenskaper for Horvaths klokke

Klokken er definert som en aldersestimeringsmetode basert på 353 epigenetiske markører på DNA. De 353 markørene måler DNA -metylering av CpG -dinukleotider . Estimert alder ("forutsagt alder" i matematisk bruk), også referert til som DNA -metyleringsalder, har følgende egenskaper: for det første er det nær null for embryonale og induserte pluripotente stamceller ; sekund, korrelerer den med cellepassasjetall ; for det tredje gir det opphav til et svært arvelig mål på aldersakselerasjon; og for det fjerde er det aktuelt for sjimpansevev (som brukes som menneskelige analoger for biologiske testformål). Organisk vekst (og samtidig celledeling) fører til en høy tikkende hastighet på den epigenetiske klokken som bremser til en konstant tikkende hastighet (lineær avhengighet) etter voksen alder (20 år). Det faktum at DNA-metyleringsalder for blod forutsier dødelighet av alle årsaker senere i livet, selv etter justering for kjente risikofaktorer, er forenlig med en rekke årsakssammenhenger, f.eks. En vanlig årsak for begge. På samme måte er markører for fysisk og mental form forbundet med den epigenetiske klokken (lavere evner assosiert med aldersakselerasjon). Det undervurderer systematisk alder fra eldre individer.

Viktige trekk ved Horvaths epigenetiske klokke inkluderer dets anvendelighet på et bredt spekter av vev og celletyper. Siden det tillater en å kontrastere alder av forskjellige vev fra samme emne, kan det brukes til å identifisere vev som viser tegn på akselerert alder på grunn av sykdom.

Statistisk tilnærming

Den grunnleggende tilnærmingen er å danne et veid gjennomsnitt av 353 klokke -CpG -er, som deretter transformeres til DNA -alder ved hjelp av en kalibreringsfunksjon. Kalibreringsfunksjonen avslører at den epigenetiske klokken har en høy tikkende hastighet fram til voksen alder, hvoretter den bremses til en konstant tikkhastighet. Ved å bruke treningsdatasettene brukte Horvath en straffet regresjonsmodell ( elastisk nettregularisering ) for å regressere en kalibrert versjon av kronologisk alder på 21 369 CpG -sonder som var tilstede både på Illumina 450K og 27K plattform og hadde færre enn 10 manglende verdier. DNAm alder er definert som estimert ("forutsagt") alder. Den elastiske nettforutsigeren valgte automatisk 353 CpG. 193 av de 353 CpGene korrelerer positivt med alderen, mens de resterende 160 CpGene korrelerer negativt med alderen. R-programvare og et fritt tilgjengelig nettbasert verktøy finnes på følgende webside.

Nøyaktighet

Medianfeilen for estimert alder er 3,6 år på tvers av et bredt spekter av vev og celletyper, selv om dette øker for eldre individer. Den epigenetiske klokken fungerer godt i heterogene vev (for eksempel fullblod, mononukleære celler i perifert blod, cerebellare prøver, occipital cortex , bukkalt epitel, tykktarm, fett, nyre, lever, lunge, spytt, livmorhals, epidermis, muskel) så vel som i individuelle celletyper som CD4 T -celler, CD14 -monocytter, glialceller, nevroner, udødelige B -celler, mesenkymale stromaler celler. Imidlertid avhenger nøyaktigheten til en viss grad av kilden til DNA.

Sammenligning med andre biologiske klokker

Den epigenetiske klokken fører til en kronologisk aldersprediksjon som har en Pearson -korrelasjonskoeffisient på r = 0,96 med kronologisk alder (figur 2 i). Således fylte korrelasjonen er nær sin maksimalt mulige verdi av korrelasjon 1. Andre biologiske klokker er basert på a) telomere lengde, b) p16INK4a ekspresjonsnivåer (også kjent som INK4a / ARF locus), og c) mikro mutasjoner. Korrelasjonen mellom kronologisk alder og telomerlengde er r = -0,51 hos kvinner og r = -0,55 hos menn. Korrelasjonen mellom kronologisk alder og ekspresjonsnivåer av p16INK4a i T -celler er r = 0,56.

Søknader av Horvaths klokke

Ved å kontrastere DNA -metyleringsalder (estimert alder) med kronologisk alder, kan man definere målinger av aldersakselerasjon. Aldersakselerasjon kan defineres som forskjellen mellom DNA -metyleringsalder og kronologisk alder. Alternativt kan det defineres som residualen som er resultatet av regresjon av DNAm -alder på kronologisk alder. Det siste målet er attraktivt fordi det ikke korrelerer med kronologisk alder. En positiv/negativ verdi av epigenetisk aldersakselerasjon antyder at det underliggende vevet eldes raskere/langsommere enn forventet.

Genetiske studier av epigenetisk aldersakselerasjon

Den generelle arveligheten (definert via Falconers formel ) for aldersakselerasjon av blod fra eldre personer er rundt 40%, men det ser ut til å være mye høyere hos nyfødte. På samme måte ble aldersakselerasjonen av hjernevev (prefrontal cortex) funnet å være 41% hos eldre personer. Genomeomfattende assosiasjonsstudier (GWAS) av epigenetisk aldersakselerasjon i hjerneprøver etter døden har identifisert flere SNPer på et genombredt signifikansnivå. GWAS av aldersakselerasjon i blod har identifisert flere genomomfattende signifikante genetiske loci inkludert telomerase revers transkriptasegen ( TERT ) locus. Genetiske varianter assosiert med lengre leukocytttelomerlengde i TERT -genet gir paradoksalt nok høyere epigenetisk aldersakselerasjon i blod.

Livsstilsfaktorer

Generelt har livsstilsfaktorer bare svake sammenhenger med epigenetisk aldersakselerasjon i blod. Tverrsnittsstudier av ekstrinsisk epigenetisk aldring i blod viser redusert epigenetisk aldring korrelerer med høyere utdanning, spiser et høyt plantediett med magert kjøtt, moderat alkoholforbruk og fysisk aktivitet og risikoen forbundet med metabolsk syndrom . Studier tyder imidlertid på at høyt alkoholforbruk er assosiert med akselerert aldring av visse epigenetiske klokker.

Fedme og metabolsk syndrom

Den epigenetiske klokken ble brukt til å studere forholdet mellom høy kroppsmasseindeks (BMI) og DNA -metyleringsaldrene til humant blod, lever, muskel og fettvev. En signifikant korrelasjon (r = 0,42) mellom BMI og epigenetisk aldersakselerasjon kan bli observert for leveren. En mye større prøvestørrelse (n = 4200 blodprøver) avslørte en svak, men statistisk signifikant korrelasjon (r = 0,09) mellom BMI og iboende aldersakselerasjon av blod. Den samme store studien fant at forskjellige biomarkører for metabolsk syndrom (glukose-, insulin-, triglyseridnivåer, C-reaktivt protein, midje-til-hofte-forhold ) var forbundet med epigenetisk aldersakselerasjon i blod. Motsatt var høye nivåer av det gode kolesterolet HDL assosiert med en lavere epigenetisk aldring av blod. Annen forskning tyder på svært sterke sammenhenger mellom høyere kroppsmasseindeks , midje-til-hofte-forhold og midjeomkrets og akselererte epigenetiske klokker, med bevis på at fysisk aktivitet kan redusere disse effektene.

Brystvev hos kvinner er eldre enn forventet

DNA -alder er høyere enn kronologisk alder i brystvev hos kvinner som grenser til brystkreftvev. Siden normalt vev som ligger ved siden av andre kreftformer ikke viser en lignende aldersakselerasjonseffekt, antyder dette funnet at normalt kvinnelig brystvev eldes raskere enn andre deler av kroppen. På samme måte har normale brystvevsprøver fra kvinner uten kreft blitt funnet å være vesentlig eldre enn blodprøver samlet fra de samme kvinnene samtidig.

Brystkreft hos kvinner

I en studie av tre epigenetiske klokker og risiko for brystkreft, ble DNAm alder funnet å være akselerert i blodprøver av kreftfrie kvinner, år før diagnosen.

Kreftvev

Kreftvev viser både positive og negative aldersakselerasjonseffekter. For de fleste tumortyper kan det ikke observeres noen signifikant sammenheng mellom aldersakselerasjon og tumormorfologi (grad/trinn). I gjennomsnitt har kreftvev med mutert TP53 lavere aldersakselerasjon enn de uten. Videre har kreftvev med høy aldersakselerasjon en tendens til å ha færre somatiske mutasjoner enn de med lav aldersakselerasjon. Aldersakselerasjon er sterkt knyttet til forskjellige genomiske avvik i kreftvev. Somatiske mutasjoner i østrogenreseptorer eller progesteronreseptorer er assosiert med akselerert DNA -alder ved brystkreft. Kolorektal kreftprøver med en BRAF (V600E) mutasjon eller promoter hypermetylering av feilmatchingsreparasjonsgenet MLH1 er assosiert med en økt aldersakselerasjon . Aldersakselerasjon i glioblastoma multiforme -prøver er sterkt signifikant assosiert med visse mutasjoner i H3F3A . En studie antyder at den epigenetiske alderen til blodvev kan være prognostisk for forekomst av lungekreft.

Trisomi 21 (Downs syndrom)

Downs syndrom medfører en økt risiko for mange kroniske sykdommer som vanligvis er forbundet med eldre alder. De kliniske manifestasjonene av akselerert aldring antyder at trisomi 21 øker vevets biologiske alder, men molekylært bevis for denne hypotesen har vært sparsomt. I følge den epigenetiske klokken øker trisomi 21 alderen på blod og hjernevev betydelig (i gjennomsnitt med 6,6 år).

Alzheimers sykdom -relatert nevropatologi

Epigenetisk aldersakselerasjon av den menneskelige prefrontale cortex ble funnet å være korrelert med flere nevropatologiske målinger som spiller en rolle i Alzheimers sykdom. Videre ble det funnet å være assosiert med en nedgang i global kognitiv funksjon og minnefunksjon blant personer med Alzheimers sykdom. Den epigenetiske alderen til blod relaterer seg til kognitiv funksjon hos eldre. Totalt sett tyder disse resultatene sterkt på at den epigenetiske klokken egner seg for måling av hjernens biologiske alder.

Lillehjernen eldes sakte

Det har vært vanskelig å identifisere vev som ser ut til å unngå aldring på grunn av mangel på biomarkører av vevsalder som gjør at man kan kontrastere sammenligne alderene til forskjellige vev. En anvendelse av epigenetisk klokke til 30 anatomiske steder fra seks hundreåringer og yngre fag avslørte at lillehjernen eldes sakte: den er omtrent 15 år yngre enn forventet hos en hundreåring. Dette funnet kan forklare hvorfor lillehjernen viser færre nevropatologiske kjennetegn ved aldersrelaterte demens sammenlignet med andre hjerneområder. Hos yngre fag (f.eks. Yngre enn 70) ser det ut til at hjerneområder og hjerneceller har omtrent samme alder. Flere SNPer og gener er identifisert som er relatert til lillehjernenes epigenetiske alder.

Huntingtons sykdom

Det er funnet at Huntingtons sykdom øker de epigenetiske aldringshastighetene i flere menneskelige hjerneområder.

Hundreåringer eldes sakte

Avkomene til semi-supercentenarians (fag som nådde en alder på 105–109 år) har en lavere epigenetisk alder enn alderssvarende kontroller (aldersforskjell = 5,1 år i blod) og hundreåringer er yngre (8,6 år) enn forventet basert på deres kronologisk alder.

HIV -infeksjon

Infeksjon med Human Immunodeficiency Virus-1 ( HIV ) er forbundet med kliniske symptomer på akselerert aldring, noe som fremgår av økt forekomst og mangfold av aldersrelaterte sykdommer i relativt unge aldre. Men det har vært vanskelig å oppdage en akselerert aldringseffekt på molekylært nivå. En epigenetisk klokke-analyse av humant DNA fra HIV+ -personer og kontrollpersoner påviste en betydelig aldersakselerasjonseffekt i hjerne (7,4 år) og blod (5,2 år) vev på grunn av HIV-1-infeksjon. Disse resultatene stemmer overens med en uavhengig studie som også fant en alderstigning på 5 år i blod av HIV -pasienter og en sterk effekt av HLA -lokus.

Parkinsons sykdom

En storskala studie tyder på at blodet til personer med Parkinsons sykdom viser (relativt svake) akselererte aldringseffekter.

Utviklingsforstyrrelse: syndrom X

Barn med en svært sjelden lidelse kjent som syndrom X opprettholder fasaden med vedvarende småbarnlignende funksjoner mens de blir eldre fra fødsel til voksen alder. Siden den fysiske utviklingen til disse barna er dramatisk forsinket, ser det ut til at disse barna er småbarn eller i beste fall førskolebarn. Ifølge en epigenetisk klokke -analyse er ikke blodvev fra syndrom X -tilfeller yngre enn forventet.

Overgangsalderen akselererer epigenetisk aldring

Følgende resultater tyder sterkt på at tapet av kvinnelige hormoner som følge av overgangsalderen akselererer den epigenetiske aldringshastigheten for blod og muligens for andre vev. For det første har man funnet at tidlig overgangsalder er assosiert med en økt epigenetisk aldersakselerasjon av blod. For det andre er kirurgisk overgangsalder (på grunn av bilateral oophorektomi ) forbundet med epigenetisk aldersakselerasjon i blod og spytt. For det tredje er hormonbehandling i overgangsalderen , som reduserer hormoneltap, forbundet med en negativ aldersakselerasjon av bukkale celler (men ikke av blodceller). For det fjerde er genetiske markører som er forbundet med tidlig overgangsalder også forbundet med økt epigenetisk aldersakselerasjon i blod.

Cellulær aldring mot epigenetisk aldring

Et forvirrende aspekt ved biologisk aldring er arten og rollen til senescerende celler. Det er uklart om de tre hovedtypene cellulær aldring, nemlig replikativ aldring, onkogenindusert aldring og DNA-skadeindusert aldring, er beskrivelser av det samme fenomenet som er initiert av forskjellige kilder, eller om hver av disse er forskjellige, og hvordan de er assosiert med epigenetisk aldring. Induksjon av replikativ senescens (RS) og onkogen-indusert senescence (OIS) ble funnet å være ledsaget av epigenetisk aldring av primære celler, men aldring forårsaket av DNA-skade var ikke det, selv om RS og OIS aktiverer den cellulære DNA-skaderesponsbanen. Disse resultatene fremhever uavhengigheten til cellulær aldring fra epigenetisk aldring. I samsvar med dette fortsatte telomerase-udødeliggjorte celler å eldes (i henhold til den epigenetiske klokken) uten å ha blitt behandlet med noen senescensindusere eller DNA-skadelige midler, og bekreftet uavhengigheten av prosessen med epigenetisk aldring fra telomerer, cellulær senescens og DNA -skaderesponsveien. Selv om frakobling av aldring fra cellulær aldring ved første øyekast ser ut til å være uforenlig med det faktum at senescentceller bidrar til den fysiske manifestasjonen av organismenes aldring, som demonstrert av Baker et al., Der fjerning av senescentceller bremset aldring.

Den epigenetiske klokke -analysen av aldring antyder imidlertid at cellulær aldring er en tilstand som celler blir tvunget til som et resultat av ytre trykk som DNA -skade, ektopisk onkogenuttrykk og uttømmende spredning av celler for å fylle opp de som elimineres av eksterne/miljøfaktorer. Disse senescerende cellene, i tilstrekkelig antall, vil trolig føre til forringelse av vev, som tolkes som organismenes aldring. På mobilnivå er imidlertid aldring, målt ved den epigenetiske klokken, forskjellig fra aldring. Det er en iboende mekanisme som eksisterer fra cellens fødsel og fortsetter. Dette innebærer at hvis cellene ikke blir shuntet til aldring av det ytre trykket beskrevet ovenfor, ville de fortsatt fortsette å bli eldre. Dette er i samsvar med det faktum at mus med naturlig lange telomerer fortsatt blir eldre og til slutt dør, selv om telomerlengdene deres er langt lengre enn den kritiske grensen, og de eldes for tidlig når deres telomerer blir tvangsforkortet på grunn av replikativ aldring. Derfor er cellulær aldring en rute der celler går ut for tidlig fra det naturlige løpet av cellulær aldring.

Effekt av kjønn og rase/etnisitet

Menn eldes raskere enn kvinner i henhold til epigenetisk aldersakselerasjon i blod, hjerne, spytt, men det avhenger av strukturen som forskes og livsstilen. Den epigenetiske klokkemetoden gjelder for alle undersøkte ras/etniske grupper i den forstand at DNAm alder er sterkt korrelert med kronologisk alder. Men etnisitet kan være forbundet med epigenetisk aldersakselerasjon. For eksempel eldes latinamerikanernes og tsimanéens blod saktere enn blodet fra andre populasjoner som kan forklare det latinamerikanske dødelighetsparadokset .

Foryngelseseffekt på grunn av stamcelletransplantasjon i blod

Hematopoietisk stamcelletransplantasjon , som transplanterer disse cellene fra en ung donor til en eldre mottaker, forynger den epigenetiske blodalderen til donorens. Imidlertid er transplantat-mot-vert-sykdom assosiert med økt DNA-metyleringsalder.

Progeria

Voksen progeri også kjent som Werner syndrom er assosiert med epigenetisk aldersakselerasjon i blod. Fibroblastprøver fra barn med Hutchinson-Gilford Progeria viser akselerert epigenetisk aldringseffekt i henhold til "hud og blod" epigenetisk klokke, men ikke i henhold til den originale pannevevsklokken fra Horvath.

Biologisk mekanisme bak den epigenetiske klokken

Til tross for at aldringens biomarkører basert på DNA -metyleringsdata har muliggjort nøyaktige aldersestimater for vev i hele livsløpet, er den presise biologiske mekanismen bak den epigenetiske klokken foreløpig ukjent. Imidlertid kan epigenetiske biomarkører hjelpe til med å løse mangeårige spørsmål på mange felt, inkludert det sentrale spørsmålet: hvorfor eldes vi? For å forstå essensen av mekanismene bak den epigenetiske klokken, vil det være tilrådelig å foreta en sammenligning og finne forholdet mellom avlesningene til den epigenetiske klokken og den transkriptome aldrende klokken Følgende forklaringer har blitt foreslått for nå i litteraturen.

Mulig forklaring 1: Epigenomisk vedlikeholdssystem

Horvath antok at klokken hans stammer fra et metyleringsfotavtrykk etterlatt av et epigenomisk vedlikeholdssystem.

Mulig forklaring 2: Ureparerte DNA -skader

Endogene DNA-skader oppstår ofte, inkludert omtrent 50 dobbeltstrengede DNA-brudd per cellesyklus og omtrent 10 000 oksidative skader per dag (se DNA-skade (naturlig forekommende) ). Under reparasjon av dobbeltstrengspauser blir mange epigenetiske endringer introdusert, og i en prosentdel av tilfellene gjenstår epigenetiske endringer etter at reparasjonen er fullført, inkludert økt metylering av CpG-øypromotorer. Lignende, men vanligvis forbigående epigenetiske endringer ble nylig funnet under reparasjon av oksidative skader som skyldes H 2 O 2 , og det ble foreslått at av og til disse epigenetiske forandringer kan også forbli etter reparasjon. Disse akkumulerte epigenetiske endringene kan bidra til den epigenetiske klokken. Akkumulering av epigenetiske endringer kan parallelt med akkumulering av ikke-reparerte DNA-skader som er foreslått å forårsake aldring (se DNA-skade teori om aldring ).

Andre aldersestimatorer basert på DNA -metyleringsnivåer

Flere andre aldersestimatorer er beskrevet i litteraturen.

1) Weidner et al. (2014) beskriver en aldersestimator for DNA fra blod som bare bruker tre CpG -steder av gener som knapt påvirkes av aldring (cg25809905 i integrin, alfa 2b (ITGA2B); cg02228185 i aspartoacylase (ASPA) og cg17861230 i fosfodiesterase 4C, cAMP -spesifikk (PDE4C )). Aldersestimatoren av Weidener et al. (2014) gjelder bare for blod. Selv i blod er denne sparsomme estimatoren langt mindre nøyaktig enn Horvaths epigenetiske klokke (Horvath 2014) når den brukes på data generert av Illumina 27K eller 450K plattformer. Men den sparsomme estimatoren ble utviklet for pyrosekvensdata og er svært kostnadseffektiv.

2) Hannum et al. (2013) rapporterer flere aldersestimatorer: en for hver vevstype. Hver av disse estimatorene krever kovariatinformasjon (f.eks. Kjønn, kroppsmasseindeks, batch). Forfatterne nevner at hvert vev førte til en klar lineær forskyvning (avskjæring og skråning). Derfor måtte forfatterne justere den blodbaserte aldersestimatoren for hver vevstype ved hjelp av en lineær modell. Når Hannum -estimatoren brukes på andre vev, fører det til en høy feil (på grunn av dårlig kalibrering) som det kan sees av figur 4A i Hannum et al. (2013). Hannum et al. justerte den blodbaserte aldersestimatoren (ved å justere skråningen og avskjæringsbegrepet) for å bruke den på andre vevstyper. Siden dette justeringstrinnet fjerner forskjeller mellom vev, har den blodbaserte estimatoren fra Hannum et al. kan ikke brukes til å sammenligne alder på forskjellige vev/organer. Derimot er en fremtredende egenskap ved den epigenetiske klokken at man ikke trenger å utføre et slikt kalibreringstrinn: den bruker alltid de samme CpG -ene og de samme koeffisientverdiene. Derfor kan Horvaths epigenetiske klokke brukes til å sammenligne alderen til forskjellige vev/celler/organer fra samme individ. Mens aldersestimatene fra Hannum et al. kan ikke brukes til å sammenligne alderen til forskjellige normale vev, de kan brukes til å sammenligne alderen på et kreftvev med et tilsvarende normalt (ikke-kreft) vev. Hannum et al. rapporterte uttalte aldersakselerasjonseffekter ved alle kreftformer. I kontrast avslører Horvaths epigenetiske klokke at noen krefttyper (f.eks. Trippel negativ brystkreft eller livmor corpus endometrial carcinoma) viser negativ aldersakselerasjon, dvs. kreftvev kan være mye yngre enn forventet. En viktig forskjell gjelder flere kovariater. Hannums aldersestimatorer bruker kovariater som kjønn, kroppsmasseindeks, diabetesstatus, etnisitet og batch. Siden nye data involverer forskjellige grupper, kan man ikke bruke den direkte på nye data. Forfatterne presenterer imidlertid koeffisientverdier for sine CpG -er i tilleggstabeller, som kan brukes til å definere et aggregert mål som har en tendens til å være sterkt korrelert med kronologisk alder, men som kan være dårlig kalibrert (dvs. føre til høye feil).

Sammenligning av de 3 aldersforutsigerne beskrevet i henholdsvis A) Horvath (2013), [10] B) Hannum (2013), [9] og C) Weidener (2014), [61].  X-aksen viser den kronologiske alderen i år, mens y-aksen viser den forventede alderen.  Den helt sorte linjen tilsvarer y = x.  Disse resultatene ble generert i et uavhengig datasett for blodmetylering som ikke ble brukt i konstruksjonen av disse prediktorene (data generert i november 2014).

3) Giuliani et al. identifisere genomiske regioner hvis DNA -metyleringsnivå korrelerer med alderen i menneskelige tenner. De foreslår evaluering av DNA -metylering ved ELOVL2-, FHL2- og PENK -gener i DNA gjenvunnet fra både sement og masse av de samme moderne tennene. De ønsker å bruke denne metoden også på historiske og relativt gamle menneskelige tenner.

4) Galkin et al. brukte dype nevrale nettverk for å trene en epigenetisk aldringsklokke med enestående nøyaktighet ved bruk av> 6000 blodprøver. Klokken bruker informasjon fra 1000 CpG -steder og forutsier mennesker med visse forhold som er eldre enn friske kontrollpersoner: IBD , frontotemporal demens , eggstokkreft, fedme. Aldringsklokken er planlagt å bli utgitt for offentlig bruk i 2021 av et Insilico Medicine spinoff -selskap Deep Longevity.

I en multisenter benchmarking -studie sammenlignet 18 forskergrupper fra tre kontinenter alle lovende metoder for å analysere DNA -metylering i klinikken og identifiserte de mest nøyaktige metodene, etter å ha konkludert med at epigenetiske tester basert på DNA -metylering er en moden teknologi som er klar for bred klinisk bruk.

Andre arter

Wang et al., (Hos muselever) og Petkovich et al. (basert på musens DNA -metyleringsprofiler i blod) undersøkte om mus og mennesker opplever lignende endringsmønstre i metylomet med alderen. De fant at mus behandlet med levetidsforlengende inngrep (for eksempel kalorirestriksjon eller rapamycin i kosten) var signifikant yngre i epigenetisk alder enn deres ubehandlede, villtypede alderssvarende kontroller. Musalderprediktorer oppdager også langtidseffektene av gen-knockouts og foryngelse av fibroblast-avledede iPSC-er .

Mus multi-vevs aldersforutsigelse basert på DNA-metylering på 329 unike CpG-steder nådde en median absolutt feil på mindre enn fire uker (~ 5 prosent av levetiden). Et forsøk på å bruke de menneskelige klokkestedene i mus for aldersspådommer viste at den menneskelige klokken ikke er fullt bevart hos mus. Forskjeller mellom menneske- og museklokker antyder at epigenetiske klokker må trenes spesielt for forskjellige arter.

En ny metode for aldrende hummer ble publisert i 2021 som brukte en ribosomal DNA-metyleringsbasert klokke som kan tillate ikke-invasiv prøvetaking og aldring av ville europeiske hummerbestander (Homarus gammarus)

Endringer i DNA -metyleringsmønstre har stort potensial for aldersestimering og biomarkersøk hos husdyr og ville dyr.

Referanser

Videre lesning