Các nhà nghiên cứu tiết lộ một dạng đồng hồ biểu sinh mới - một mô hình học máy được thiết kế để dự đoán tuổi sinh học từ cấu trúc DNA.
Điều gì khiến chúng ta già đi? Những “đồng hồ” mới do các nhà nghiên cứu phát triển có thể giúp chỉ ra câu trả lời. Các nhà điều tra từ Bệnh viện Brigham and Women's, thành viên sáng lập của hệ thống chăm sóc sức khỏe Mass General Brigham, đã tiết lộ một dạng đồng hồ biểu sinh mới - một mô hình học máy được thiết kế để dự đoán tuổi sinh học từ cấu trúc DNA. Mô hình mới này phân biệt giữa những khác biệt di truyền làm chậm và tăng tốc độ lão hóa, dự đoán tuổi sinh học và đánh giá các biện pháp can thiệp chống lão hóa với độ chính xác cao hơn. Kết quả được công bố trên tạp chí Nature Aging .
"Những chiếc đồng hồ trước đây đã xem xét mối quan hệ giữa mô hình methyl hóa và các đặc điểm mà chúng ta biết là có liên quan đến lão hóa, nhưng chúng không cho chúng ta biết yếu tố nào khiến cơ thể con người già đi nhanh hơn hay chậm hơn. Chúng tôi đã tạo ra chiếc đồng hồ đầu tiên để phân biệt giữa nguyên nhân và kết quả," tác giả tương ứng Vadim Gladyshev, Tiến sĩ, nhà nghiên cứu chính của Khoa Di truyền học tại BWH cho biết.
"Đồng hồ của chúng tôi phân biệt giữa những thay đổi làm tăng tốc và chống lại sự lão hóa để dự đoán tuổi sinh học và đánh giá hiệu quả của các biện pháp can thiệp lão hóa."
Các nhà nghiên cứu về lão hóa từ lâu đã thừa nhận mối liên hệ giữa quá trình methyl hóa DNA - những thay đổi trong cấu trúc di truyền hình thành chức năng gen - và ảnh hưởng của nó đến quá trình lão hóa.
Đáng chú ý là các vùng cụ thể trong DNA của chúng ta, được gọi là vị trí CpG, có liên quan chặt chẽ hơn đến quá trình lão hóa.
Trong khi các lựa chọn về lối sống, như hút thuốc và chế độ ăn uống, ảnh hưởng đến quá trình methyl hóa DNA, thì sự di truyền của chúng ta cũng ảnh hưởng đến điều này, giải thích tại sao những cá nhân có lối sống tương tự có thể già đi với tốc độ khác nhau.
(adv)
Đồng hồ biểu sinh hiện tại dự đoán tuổi sinh học (tuổi thực tế của các tế bào của chúng ta chứ không phải theo trình tự thời gian) bằng cách sử dụng các mẫu methyl hóa DNA.
Tuy nhiên, cho đến nay, chưa có đồng hồ nào phân biệt được giữa sự khác biệt trong quá trình methyl hóa gây ra lão hóa sinh học và những khác biệt đơn giản là tương quan với quá trình lão hóa.
Sử dụng một bộ dữ liệu di truyền lớn, tác giả đầu tiên Kejun (Albert) Ying, một nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm Gladyshev, đã thực hiện Phép ngẫu nhiên hóa Mendelian trên toàn bộ gen (EWMR), một kỹ thuật được sử dụng để ngẫu nhiên hóa dữ liệu và thiết lập mối quan hệ nhân quả giữa cấu trúc DNA và các đặc điểm có thể quan sát được, trên 20.509 địa điểm CpG gây ra tám đặc điểm liên quan đến lão hóa.
Tám đặc điểm liên quan đến lão hóa bao gồm tuổi thọ, tuổi thọ cực cao (được định nghĩa là khả năng sống sót vượt quá phân vị thứ 90), tuổi sức khỏe (độ tuổi mắc bệnh nặng đầu tiên liên quan đến tuổi tác), chỉ số yếu đuối (thước đo mức độ yếu đuối của một người dựa trên sự tích lũy sức khỏe). thâm hụt trong suốt cuộc đời của họ), sức khỏe tự đánh giá và ba phép đo rộng liên quan đến lão hóa kết hợp lịch sử gia đình, tình trạng kinh tế xã hội và các yếu tố sức khỏe khác.
Với những đặc điểm này và vị trí DNA liên quan của chúng, Ying đã tạo ra ba mô hình, được gọi là CausAge, một đồng hồ chung dự đoán tuổi sinh học dựa trên các yếu tố DNA nguyên nhân, và DamAge và AdaptAge, chỉ bao gồm những thay đổi có hại hoặc bảo vệ.
Sau đó, các nhà điều tra đã phân tích mẫu máu của 7.036 cá nhân từ 18 đến 93 tuổi từ "Nhóm thuần tập Thế hệ Scotland" và cuối cùng đã huấn luyện mô hình của họ dựa trên dữ liệu từ 2.664 cá nhân trong đoàn hệ.
Với những dữ liệu này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một bản đồ xác định chính xác các vị trí CpG ở người gây ra lão hóa sinh học.
Bản đồ này cho phép các nhà nghiên cứu xác định các dấu ấn sinh học gây ra lão hóa và đánh giá các biện pháp can thiệp khác nhau nhằm thúc đẩy tuổi thọ hoặc đẩy nhanh quá trình lão hóa.
Các nhà khoa học đã kiểm tra tính hợp lệ của đồng hồ của họ dựa trên dữ liệu được thu thập từ 4.651 cá nhân trong Nghiên cứu Tim Framingham và Nghiên cứu Lão hóa thông thường.
Họ phát hiện ra rằng DamAge tương quan với các kết quả bất lợi, bao gồm cả tỷ lệ tử vong và AdaptAge tương quan với tuổi thọ, cho thấy rằng tổn thương liên quan đến tuổi tác góp phần gây ra nguy cơ tử vong trong khi những thay đổi bảo vệ đối với quá trình methyl hóa DNA có thể góp phần kéo dài tuổi thọ.
Tiếp theo, họ kiểm tra khả năng đánh giá tuổi sinh học của đồng hồ bằng cách lập trình lại các tế bào gốc (chuyển đổi các tế bào chuyên biệt, như tế bào da, trở lại trạng thái trẻ hơn, ít xác định hơn để chúng có thể phát triển thành nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thể). Khi áp dụng đồng hồ cho các ô mới được biến đổi, DamAge giảm xuống, cho thấy mức độ thiệt hại liên quan đến tuổi tác giảm đi trong quá trình lập trình lại, trong khi AdaptAge không hiển thị một mẫu cụ thể.
Cuối cùng, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra hiệu suất đồng hồ của họ trong các mẫu sinh học từ những bệnh nhân mắc nhiều bệnh mãn tính khác nhau, bao gồm ung thư và tăng huyết áp, cũng như các mẫu bị hư hỏng do lựa chọn lối sống như hút thuốc lá.
DamAge liên tục tăng trong các điều kiện liên quan đến tổn thương liên quan đến tuổi tác, trong khi AdaptAge giảm, nắm bắt hiệu quả các thích ứng bảo vệ.
Gladyshev cho biết: “Lão hóa là một quá trình phức tạp và chúng tôi vẫn chưa biết những biện pháp can thiệp nào thực sự có hiệu quả”. "Phát hiện của chúng tôi thể hiện một bước tiến trong nghiên cứu lão hóa, cho phép chúng tôi định lượng tuổi sinh học chính xác hơn và đánh giá khả năng can thiệp lão hóa mới để tăng tuổi thọ."
Nguồn Bệnh viện Brigham
