Науковці зазначають, що епігенетичні «годинники», побудовані на ентропії метиляції, передбачають хронологічний вік з точністю, порівнянною з поширеними методами, які базуються на рівні метиляції окремих цитозинів.
Дослідники Джонатан Чан, Людмила Руббі та Маттео Пеллегріні з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі розробили новий метод вимірювання змін у ДНК, який допомагає передбачити біологічний вік людини. Їхнє дослідження, опубліковане в журналі Aging, представляє нову метрику — ентропія метиляції, яка відображає, наскільки хаотично розподіляються хімічні мітки (метильні групи) по геному з часом.
На відміну від традиційних епігенетичних годинників, які оцінюють вік на основі середнього рівня метиляції ДНК, новий метод зосереджується на ступені безладу у шаблонах метиляції. Це дозволяє по-новому подивитися на те, як старіння впливає на геном. Дослідники виявили, що ентропія метиляції не поступається, а іноді й перевершує існуючі моделі передбачення віку.
Щоб перевірити підхід, команда проаналізувала ДНК з мазків щоки 100 осіб віком від 7 до 84 років. За допомогою цільового біфітного секвенування вони виміряли ентропію метиляції в 3 000 певних ділянках геному. Результати свідчать, що зростаюча варіативність у метиляції ДНК тісно пов’язана зі старінням і може бути важливим інструментом для вивчення вікових захворювань.
Що таке ентропія метиляції?
У цьому контексті ентропія відображає ступінь безладу або варіативності у шаблонах метиляції на певних ділянках ДНК. Вчені з’ясували, що з віком ентропія метиляції змінюється у відтворюваний спосіб — іноді зростає, що свідчить про більш хаотичні патерни, іноді зменшується, показуючи більшу впорядкованість. Ці зміни не завжди пов’язані з рівнем самої метиляції, що вказує на те, що ентропія дає нову інформацію, яку традиційні методи не враховують.
Результати моделювання
Для перевірки точності нової метрики дослідники використали як статистичні, так і машинні методи навчання. Виявилось, що ентропія метиляції передбачає вік не гірше за класичні методи, а найкращі результати дали моделі, які комбінували ентропію з іншими метриками — середнім рівнем метиляції та методом CHALM. Середня похибка передбачення віку становила лише близько 5 років.
За словами науковців, «ентропія метиляції вимірює інші властивості геномних ділянок у порівнянні зі середнім рівнем метиляції та CHALM, і ці ділянки можуть ставати як більш, так і менш хаотичними з віком — незалежно від того, зростає чи зменшується рівень метиляції».
Це дослідження підтримує зростаючу гіпотезу, що старіння частково викликається поступовою втратою епігенетичної інформації — біологічних «інструкцій», які допомагають клітинам правильно функціонувати. Цей висновок також перегукується з останніми дослідженнями, які показують, що відновлення втраченої інформації може допомогти звернути назад деякі ознаки старіння. Хоча для підтвердження необхідно більше досліджень на інших тканинах, ця робота відкриває більш точний і потужний спосіб вимірювання біологічного старіння, що може вплинути на майбутні терапії та лікування, пов’язані з віком.