Ценность ДНК (помимо передачи генов) обусловлена компактной и аккуратной формой хранения.

Ценность ДНК (помимо передачи генов) обусловлена компактной и аккуратной формой хранения. К сожалению, поскольку мы стареем, наша ДНК хранится менее аккуратно, как показывают простые взятия крови. Обнаруженная в крови бесклеточная ДНК (cfDNA), то есть ДНК, высвобождаемая в кровоток разрушенными клетками, сохраняет информацию о своей «упаковке», тем самым обеспечивая биомаркер биологического возраста.

Ученые из Университета Брауна искали разницу в cfDNA, связанную с возрастом и состоянием здоровья. Эти ученые во главе с Николаем Неретти, доктором философии, доцентом молекулярной биологии, клеточной биологии и биохимии, извлекли cfDNA из образцов крови людей в возрасте от 20 до 70 лет, а также долгожителей, которые были в «здоровом» и «не здоровом» состоянии. Четыре группы людей, как обнаружила команда Брауна, обладали cfDNA, которые демонстрируют различные паттерны нуклеосом.

Нуклеосомы – это элементы упаковки ДНК, которые включают гистоновые белки и работают подобно катушкам, вокруг которых намотаны нити ДНК. В зависимости от того, как расположены нуклеосомы, участки ДНК могут быть более или менее доступными, влияя на функцию клеток.

Упаковка нуклеосом является одним из аспектов эпигенома – набора наследуемых изменений, которые влияют на экспрессию или активность генов, не влияя на последовательность ДНК или геном. По мнению исследователей Брауна, правильно расположенные нуклеосомы сохраняют грамотное клеточное функционирование и способствуют сохранению здоровья.

Команда Брауна определила, что нуклеосомы были грамотно расположены в ДНК добровольцев в возрасте 20 лет, но их порядок был нарушен в старших группах, особенно долгожителей, у которых наблюдались проблемы со здоровьем. Кроме того, порядок нуклеосом у здоровых долгожителей был скорее похож на порядок у людей в возрасте 20 лет, чем людей в возрасте 70 лет.

Например, в статье описывается, как секвенирование cfDNA следующего поколения сочеталось со сложным вычислительным анализом, чтобы позволить реконструкцию паттернов нуклеосом. Эти методы использовались для оценки расстояния между нуклеосомами для различных областей генома – как областей, которые обычно открыты для экспрессии генов, так и областей, которые обычно плотно упакованы.

Наши результаты показывают, что сигналы нуклеосом, полученные из cfDNA, согласуются с перераспределением гетерохроматина, наблюдаемым при клеточном старении и старении в других модельных системах. Кроме того, мы обнаружили относительную потерю cfDNA в нескольких местах генома, таких как локации начала и окончания транскрипции, 5'UTR L1HS ретротранспозонов и димерных элементов AluY в зависимости от возраста.

Совокупное мнение авторов исследования.

Команда обнаружила снижение сигналов cfDNA в начале двух распространенных транспозонов с увеличением возраста. Это говорит о том, что эти транспозоны активно выделяются у нездоровых долгожителей и людей старше 70 лет. Более того, они с большей вероятностью будут «копировать и вставлять» себя в геном, вызывая генетический беспорядок.

Среди других признаков, здоровые долгожители сохраняют эпигеномный профиль, который характерен больше для молодых людей. Но когда мы говорим про старение, то подразумеваем сложный процесс с рядом факторов, среди которых сложно определить причину или следствие. С нашим тестом cfDNA мы надеемся получить представление об этих эпигенетических изменениях и их значении.

Др. Неретти.

Ученые впервые обнаружили cfDNA в крови больных раком, и их фрагменты могут быть полезны для диагностики рака. Более ранние исследования показали, что cfDNA продуцируется умирающими клетками.

CfDNA – это что-то вроде письма в бутылке, в котором запечатлено, как клетка выглядела эпигенетически до того, как она умерла. Многие клеточные механизмы участвуют в поддержании расстояния между нуклеосомами, и эти компоненты могут ухудшаться с возрастом. Нуклеосомы сами по себе не раздвигаются и не становятся более плотными. Интервал между нуклеосомами – это просто считывание изменений этого механизма.

Др. Неретти.

Однако, добавил он, изменения в упаковке нуклеосом приводят к изменениям в доступности различных частей генома, что приводит к еще большему количеству ошибок, включая освобождение нормально блокированных генетических элементов, называемых транспозонами.

Наши результаты также показали, что возраст и ухудшение состояния здоровья коррелируют с повышенным количеством CfDNA в разных тканях.

Совокупное мнение авторов исследования.

В исследовании анализировалась образцы cfDNA 12-ти человек из Болоньи, Италия (по трое из каждой группы). Образцы были собраны сотрудником Клаудио Франчески из Болонского университета. По словам Неретти, необходимо провести более масштабное исследование, чтобы получить информацию, необходимую для использования этих эпигенетических маркеров для прогнозирования биологического возраста. Тем не менее, поскольку в тесте cfDNA вместо инвазивных образцов ткани используется легко собираемая кровь, ученый считает, что будет легко расширить исследование, подтверждающее концепцию.

В идеале вы хотели бы отследить популяцию людей старше 20 или 30 лет, чтобы увидеть, как меняется эпигеном каждого индивидуума, а также изучить его скорость изменения с возрастом. Большое исследование может позволить найти связь эпигеномных различий с состоянием здоровья, образом жизни или диетами.

Др. Неретти.

ТТем временем исследовательская группа корректирует тест.

Ученые работают над оптимизацией процесса извлечения cfDNA из крови. У мышей они могут надежно получить необходимое количество cfDNA из четверти чайной ложки крови. Неретти считает, что не нужно определять последовательность всего генома, чтобы обнаружить связанные с возрастом и здоровьем эпигенетические изменения. Для этого исследования они провели секвенирование всего генома, но он ожидает, что секвенирования 2–5% генома может быть достаточно.

По словам Неретти, помимо уточнения анализа позиционирования нуклеосом, исследователи хотели бы изучить другой тип эпигенетического маркера (паттерны метилирования ДНК) в cfDNA. Это дало бы дополнительную информацию, включая маркеры, которые могут указывать, из какой ткани поступила cfDNA. Определение источников cfDNA в разных возрастах (или тканей, в которых происходит массовая гибель клеток) может дать представление о процессе старения.

Неретти добавил, что лучшее понимание эпигенетических изменений процесса старения может помочь в разработке методов лечения возрастных расстройств или когда-нибудь будет использовано для определения того, стареет ли ваш организм быстрее или медленнее, чем обычно.

Автор: редакция www.genengnews.com

Перевод: Филипп Дончев

Источник: www.genengnews.com

Комментарии: