새로운 후성유전학적 시계가 나이 측정 방법을 재창조하다

무엇이 우리를 늙게 만드는가? 연구자들이 개발한 새로운 “시계”는 답을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. Mass General Brigham 의료 시스템의 창립 멤버인 Brigham and Women’s Hospital의 연구자들은 DNA 구조를 통해 생물학적 연령을 예측하도록 설계된 기계 학습 모델인 새로운 형태의 후성유전 시계를 공개했습니다. 새로운 모델은 노화를 늦추거나 가속화하는 유전적 차이를 구별하고 생물학적 연령을 예측하며 향상된 정확도로 노화 방지 개입을 평가합니다. 결과는 다음에 게시됩니다. 자연 노화.

“이전의 시계는 메틸화 패턴과 우리가 알고 있는 특징 사이의 관계가 노화와 관련이 있다고 생각했지만 어떤 요인이 신체의 노화를 더 빠르게 또는 더 느리게 유발하는지 알려주지 않았습니다. 우리는 원인과 결과를 구별하는 최초의 시계를 만들었습니다.” 교신 저자이자 BWH 유전학부의 주요 조사관인 Vadim Gladyshev 박사는 말했습니다. “우리의 시계는 노화를 가속화하고 이에 대응하는 변화를 구별하여 생물학적 연령을 예측하고 노화 개입의 효능을 평가합니다.”

노화 연구자들은 DNA 메틸화(유전자 기능을 형성하는 유전적 구조의 변화)와 그것이 노화 과정에 미치는 영향 사이의 연관성을 오랫동안 인정해 왔습니다. 특히 CpG 사이트로 알려진 DNA의 특정 영역은 노화와 더 밀접하게 연관되어 있습니다. 흡연이나 식습관과 같은 생활 방식 선택이 DNA 메틸화에 영향을 미치는 반면, 유전적 유전도 영향을 미쳐 비슷한 생활 방식을 가진 개인이 노화 속도가 다른 이유를 설명합니다.

기존의 후성유전학적 시계는 DNA 메틸화 패턴을 사용하여 생물학적 연령(연대순이 아닌 세포의 실제 나이)을 예측합니다. 그러나 지금까지 생물학적 노화를 유발하는 메틸화 차이와 단순히 노화 과정과 관련된 차이를 구별하는 기존 시계는 없습니다.

Gladyshev 연구실의 대학원생인 제1저자 Kejun (Albert) Ying은 대규모 유전자 데이터 세트를 사용하여 데이터를 무작위화하고 DNA 구조와 관찰 가능한 특성 사이의 인과 관계를 확립하는 데 사용되는 기술인 후성유전체 전체 멘델 무작위화(EWMR)를 수행했습니다. 20,509개의 CpG 사이트에서 8가지 노화 관련 특성을 유발합니다. 8가지 노화 관련 특성에는 수명, 극한 장수(90번째 백분위수 이상 생존으로 정의), 건강 수명(주요 노화 관련 질병이 처음 발생한 연령), 노쇠 지수(건강의 축적을 기준으로 노쇠를 측정하는 척도)가 포함되었습니다. 수명 동안의 적자), 자가 평가 건강, 가족력, 사회경제적 지위 및 기타 건강 요인을 통합하는 세 가지 광범위한 노화 관련 측정을 포함합니다.

이러한 특성과 관련 DNA 부위를 염두에 두고 Ying은 원인 DNA 요인을 기반으로 생물학적 연령을 예측하는 일반 시계인 CausAge와 손상 또는 보호 변화만 포함하는 DamAge 및 AdaptAge라는 세 가지 모델을 만들었습니다. 그런 다음 조사관은 “스코틀랜드 세대 코호트(Generation Scotland Cohort)”의 18~93세 개인 7,036명의 혈액 샘플을 분석하고 궁극적으로 코호트에 속한 2,664명의 데이터에 대한 모델을 훈련했습니다.

연구자들은 이러한 데이터를 바탕으로 생물학적 노화를 유발하는 인간의 CpG 부위를 정확히 찾아내는 지도를 개발했습니다. 이 지도를 통해 연구자들은 노화를 유발하는 바이오마커를 식별하고 다양한 개입이 어떻게 장수를 촉진하거나 노화를 가속화하는지 평가할 수 있습니다.

과학자들은 프레이밍햄 심장 연구(Framingham Heart Study)와 규범적 노화 연구(Normative Aging Study)에서 4,651명의 개인으로부터 수집한 데이터를 바탕으로 시계의 유효성을 테스트했습니다. 그들은 DamAge가 사망률을 포함한 부정적인 결과와 상관관계가 있고, AdaptAge가 장수와 상관관계가 있다는 것을 발견했습니다. 이는 연령 관련 손상이 사망 위험에 기여하는 반면 DNA 메틸화에 대한 보호적 변화는 수명 연장에 기여할 수 있음을 시사합니다.

다음으로 그들은 줄기 세포를 재프로그래밍(피부 세포와 같은 특수 세포를 신체의 다양한 유형의 세포로 발전할 수 있는 더 젊고 덜 정의된 상태로 다시 변환)하여 생물학적 나이를 평가하는 시계의 능력을 테스트했습니다. 새로 형질전환된 세포에 시계를 적용하면 DamAge가 감소하여 재프로그래밍 중 연령 관련 손상이 감소했음을 나타내는 반면, AdaptAge는 특별한 패턴을 나타내지 않았습니다.

마지막으로 연구팀은 암, 고혈압 등 다양한 만성 질환을 앓고 있는 환자의 생물학적 샘플과 흡연과 같은 생활 방식 선택으로 인해 손상된 샘플에서 시계 성능을 테스트했습니다. DamAge는 연령 관련 손상과 관련된 조건에서 지속적으로 증가하는 반면 AdaptAge는 감소하여 보호 적응을 효과적으로 포착합니다.

Gladyshev는 “노화는 복잡한 과정이며 이에 대한 개입이 실제로 효과가 있는지는 아직 모릅니다.”라고 말했습니다. “우리의 연구 결과는 노화 연구의 한 단계 발전을 제시하여 생물학적 연령을 보다 정확하게 정량화하고 수명을 늘리기 위한 새로운 노화 중재의 능력을 평가할 수 있게 해줍니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/02/240214203341.htm