Już w latach 60. XX w. naukowcy zauważyli, że wiek chronologiczny danej osoby może różnić się od wieku, o którym świadczą zmiany epigenetyczne nagromadzone w jej DNA. W oparciu o tę wiedzę, po latach badań, stworzyli tzw. zegar epigenetyczny – uniwersalny i niezwykle precyzyjny zestawy biomarkerów molekularnych procesu starzenia się komórki.
Teraz badacze zauważyli, że niektóre czynniki przyspieszają wskazówki epigenetycznego zegara, powodując zbyt szybkie postępowanie niekorzystnych zmian w naszym ciele, przyczyniając się do rozwoju chorób i skracając długość życia.
W przyszłości manipulując tymi czynnikami będziemy umieli zatrzymywać starzenie i przywracać je po poziomu wyznaczanego przez naszą metrykę. To nie fikcja, to kwestia najbliższych lat – twierdzi dr hab. n. med. Tomasz K. Wojdacz, kierownik Samodzielnej Pracowni Epigenetyki Klinicznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego w Szczecinie.
Różne tempo starzenia
„Każdy z nas ma swój wiek chronologiczny. On istnieje i nie da się go oszukać. Jednak czasami, a nawet dość często, starzejemy się szybciej niż wynikałoby to z naszej metryki. I wydaje się, że w największym stopniu odpowiada za to epigenetyka – mówi prof. Wojdacz. – No bo przecież generalnie w naszych komórkach nie zachodzą żadne mutacje, sekwencja DNA się nie zmienia, a jednak, jeśli popatrzymy na zmiany epigenetyczne, jakie zachodzą w komórkach, to często widzimy, że ich starzenie przyspiesza”.
Jak wyjaśnia badacz, epigenetyka to podstawa rozwoju i różnicowania komórkowego. To jej mechanizmy sprawiają, że pojedyncze komórki zaczynają tworzyć działający organizm. Każda komórka ciała ma dokładnie to samo DNA, a jednak serce różni się od wątroby, a mięsień od oka. Muszą więc istnieć mechanizmy, które umożliwiają czytanie zawartej w DNA informacji na różne sposoby, w sposób specyficzny dla danej komórki. Te mechanizmy to właśnie epigenetyka. To ona uruchamia pewne geny, a inne wycisza. Powoduje, że komórka robi to, co ma robić w danym miejscu i danym momencie.
„Epigenetyka to coś, co włącza i wyłącza geny po to, aby odpowiednio wyspecjalizować każdą komórkę ciała” – mówi rozmówca PAP.
Metylacja DNA – co to za proces?
Nasz organizm zaczyna się starzeć już od momentu poczęcia. Odpowiada za to wiele czynników, ale tym, który w ostatnich latach budzi największe zainteresowanie naukowców, jest proces zwany metylacją DNA – jeden z podstawowych mechanizmów epigenetycznych warunkujących funkcjonowanie komórki. Najprościej mówiąc metylacja naznacza geny, których komórka nie potrzebuje i utrzymuje je w nieaktywnym stanie. Jeśli dochodzi do zmian metylacji, geny, które nie powinny działać w danej komórce, zaczynają działać, a te potrzebne są wyciszane. Im organizm starszy, tym więcej zmian metylacji w DNA zachodzi, co przyczynia się do zapoczątkowania niekorzystnych procesów i rozwoju chorób związanych z wiekiem.
Kiedy organizm funkcjonuje prawidłowo, a dodatkowo znajduje się w optymalnych dla siebie warunkach, wiek epigenetyczny zgadza się w wiekiem chronologicznym. Jednak zdarza się, że ten pierwszy zaczyna niepokojąco przyspieszać, powodując, że starzejemy się szybciej niż powinniśmy.
„Już wiele lat temu naukowcy zauważyli, że w oparciu o ilość zmian epigenetycznych w określonych fragmentach DNA możemy oszacować wiek człowieka – opowiada prof. Wojdacz. – Opracowano coś, co zaczęto nazywać zegarem epigenetycznym (ang. epigenetic clock). To taki zestaw markerów molekularnych, który można wykorzystać do pomiaru wieku, a który opiera się właśnie na poziomach metylacji DNA”.
„W skrócie polega to na tym, że analizujemy zmiany metylacji w całej komórce, a potem przy użyciu narzędzi bioinformatycznych i technik sztucznej inteligencji wyliczamy wiek epigenetyczny danego człowieka. Wartość tę korelujemy następnie z rzeczywistym wiekiem. I jeśli się one pokrywają, uznajemy, że osoba taka jest w dobrym stanie ogólnym. Jeśli zaś obie wartości mocno się od siebie różnią, czyli zmian epigenetycznych jest więcej niż wskazuje na to metryka, to znaczy, że coś niedobrego dzieje się w organizmie” – dodaje rozmówca PAP.
Naukowiec wyjaśnia, że miejsc, w których może dojść do metylacji, jest w genomie ok. 26 milionów. Oczywiście nie bada się ich wszystkich, gdyż byłoby to zbyt skomplikowane i przede wszystkim zbyt kosztowne. Stworzono jednak bardzo skuteczną technologię opartą na tzw. mikromacierzach, która pozwala zmierzyć zmiany metylacyjne w ok. 800 tysiącach miejsc na raz.
„Wynik takiego badania zestawia się z informacjami o konkretnym człowieku i sprawdza, czy istnieją jakieś korelacje między zmianami epigenetycznymi a jego wiekiem. W efekcie otrzymujemy mapę miejsc, które faktycznie są związane ze starzeniem się organizmu” – tłumaczy prof. Wojdacz. Takich miejsc, jak dodaje, jest od kilkudziesięciu do kilkuset, w zależności od tkanki oraz typu „zegara”, z którego korzystamy. Podsumowując: zmiany epigenetyczne są więc biomarkerem starzenia się.
Dlaczego zmiany te nasilają się wraz z wiekiem, jeszcze dokładnie nie wyjaśniono. „Wiemy natomiast na pewno, że jeżeli komórka przeszła już ileś cyklów podziałowych albo znajduje się aktualnie w bardzo niekorzystnych warunkach środowiskowych, to jej wiek liczony na podstawie zmian metylacji zasadniczo różni się od tego, na który wskazuje jej data urodzenia” – podkreśla badacz ze Szczecina.
Czytaj też:
Naukowcy odmłodzili organizm myszy. „To efekt Benjamina Buttona”