Badanie znaczenia zmian epigenetycznych w procesie starzenia to dziedzina, którą na świecie zajmuje się wiele grup badawczych. Spowolnienie starzenia dzięki epigenetyce to przyszłość medycyny personalnej. To kwestia najbliższych lat – mówi PAP epigenetyk, dr hab. n. med. Tomasz K. Wojdacz.
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, profesor Uniwersytetu w Arhus (Dania) i kierownik Samodzielnej Pracowni Epigenetyki Klinicznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego w Szczecinie.
„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.
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.
I właśnie niekorzystne warunki środowiskowe są tym czynnikiem, który najmocniej posuwa wskazówki zegara epigenetycznego. „Większość badań pokazuje, że zdrowy tryb życia, czyli przede wszystkim aktywność fizyczna, odpowiednia ilość snu czy zdrowe odżywianie, zbliża wiek epigenetyczny do chronologicznego. I odwrotnie – zły styl życia powoduje największe rozbieżności” – wskazuje.
Zdaniem prof. Wojdacza najistotniejsze jest to, że wiedząc o istnieniu takich korelacji i znając czynniki, które najsilniej przyspieszają molekularne starzenie się, możemy zacząć szukać sposobów na odwrócenie niekorzystnych zmian. Zmiany epigenetyczne różnią się bowiem od genetycznych tym, że można je dość łatwo cofnąć.
„Są już nawet badania pokazujące, że u osób, których wiek epigenetyczny znacznie przekraczał ten metrykalny, po zmianie kilku kluczowych aspektów związanych z trybem życia, obie wartości zaczęły się zrównywać. I stało się to dość szybko” – mówi naukowiec.
„Genetyka jest bardzo stabilna, epigenetyka jest zaś płynna. Zmiany epigenetyczne powstają i mogą się cofać, bo odpowiadają za nie proste procesy enzymatyczne. Co więcej: mogą następować naturalnie, ale też być przez nas wymuszane. Dlatego to świetne pole do popisu dla wszelkiego rodzaju interwencji medycznych” – dodaje.
„Czyli badając odpowiednio dużą grupę ludzi i zestawiając zmiany epigenetyczne w ich komórkach z ich wiekiem, możemy stworzyć swoisty przewodnik, pokazujący, jakie zachowania związane ze stylem życia prowadzą do szybszych zmian epigenetycznych, a więc szybszego starzenia się. I od razu wiemy też, jakie zachowania czy interwencje cofną owe zmiany, a więc przywrócą normalne procesy starzenia. Możemy wręcz przewidywać długość życia człowieka na podstawie jego epigenomu – mówi naukowiec. – Oczywiście nie zatrzymamy czasu i starzenia, ale możemy je przywrócić do stanu optymalnego”.
Zdaniem specjalisty w przyszłości na pewno będzie to miało przełożenie na praktyczne zastosowania kliniczne. Lekarze na podstawie badania próbki krwi będą w stanie oszacować, kto jest bardziej podatny na pewne choroby albo czyja oczekiwana długość życia jest krótsza niż być powinna. „I mogliby to modulować, wydając pacjentom odpowiednie zalecenia” – twierdzi.
Do niedawna uważano, że największy wpływ na procesy starzenia mają struktury zwane telomerami. Są to fragmenty DNA zlokalizowane na końcach chromosomów, pełniące funkcje ochronne podczas podziałów komórki. „Z roku na rok okazuje się jednak, że telomery aż tak dużej roli w regulacji starzenia się nie mają. Zauważono bowiem, że niektóre komórki w trakcie swojego życia bardzo szybko się dzielą, a nadal mają długie telomery; inne nie dzielą się prawie wcale, a ich telomery są krótkie. Czyli założenie, że na podstawie długości telomerów będziemy mogli przewidywać długość życia, wydaje się nie potwierdzać” – mówi epigenetyk.
Na przeciwnym biegunie stoi wiek epigenetyczny – jego korelacja ze starzeniem się i długością życia jest coraz wyraźniejsza. „Powiązanie między wiekiem chronologicznym a epigenetycznym jest dużo silniejsze i bardziej przewidywalne niż między wiekiem, a telomerami” – zaznacza profesor PUM.
„Jeśli chodzi o czynniki indukujące zmiany epigenetyczne związane ze starzeniem się, to na razie potwierdzono, że są nimi: sen, zdrowe odżywianie, odpowiedni poziom aktywności fizycznej – wymienia prof. Wojdacz. – Łatwo było je potwierdzić, bo badania można prowadzić na ogromnych rzeszach ludzi. Niestety bardziej nietypowe czynniki, które potencjalne przyspieszają starzenie, zweryfikować jest znacznie trudniej, gdyż niełatwo jest skompletować odpowiednio liczną grupę badawczą. A mówiąc o odpowiednio licznej, myślę o tysiącach czy nawet setkach tysięcy osób. Tylko takie wartości umożliwiają nam potwierdzenie danej korelacji ponad wszelką wątpliwość. Więc nawet jeśli widzimy, że wiek osoby jest powiązany z jakimś mniej oczywistym czynnikiem, to ta korelacja jest słaba i nie można jej rekomendować”.
„Badania nad związkiem zmian epigenetycznych z wiekiem to dziedzina, która wręcz eksplodowała w ostatnich latach. Na świecie zajmuje się nią wiele grup badawczych. Bo to ta gałąź nauki, która pozwoli nam przewidywać długość życia ludzi, przewidywać ryzyko wystąpienia chorób, określać, jakie czynniki środowiskowe nam szkodzą” – wymienia prof. Wojdacz.
I dodaje: „Na razie to jest nauka, poznawanie, ale niebawem przyjdzie za nimi także praktyka. Siła tej asocjacji jest bowiem wielka. My ją widzimy, rozumiemy, ale, aby móc coś rekomendować do zastosowań klinicznych, badania muszą być wielokrotnie powtórzone na ogromnych populacjach. A obecnie największym problemem tej dziedziny nauki jest właśnie zgromadzenie odpowiednich grup badawczych. Zresztą to jest problem całej medycyny personalnej”.
Zdaniem naukowca jesteśmy już jednak w tym momencie dziejów, kiedy realnie zbliżamy się do punktu krytycznego, jeśli chodzi o ilość danych wymaganych, abyśmy mogli policzyć i z wysokim stopniem pewności rekomendować specyficzne zmiany stylu życia czy nawet leczenie. „Im większa grupa przebadanych pacjentów, tym bliżej jesteśmy takich rekomendacji. Ale już naprawdę zbliżamy się do tego poziomu. W niektórych bazach danych jest już tyle informacji, że możemy przewidywać z siłą graniczącą z pewnością jakieś choroby, stany itp.” – mówi.
„Na razie naszym podstawowym wyzwaniem jest nauczyć się przywracać wiek epigenetyczny do wieku chronologicznego – podsumowuje prof. Wojdacz. – Czy w przyszłości pójdziemy dalej i będziemy w stanie odmładzać ludzi? Tak daleko teraz nie wybiegamy, choć z pewnością pojawią się i takie badania. Bo przesłanki do nich są. Chociażby taka ciekawostka, potwierdzona w dziesiątkach różnych badań, że zwierzęta laboratoryjne żyjące na diecie niskokalorycznej żyją dłużej. Czyli mamy potencjalny czynnik spowalniający procesy starzenia się. Ale to oczywiście tylko spekulacje. Póki co, zajmujemy się tym, aby zatrzymać zbyt szybkie starzenie”.
Dr hab. Tomasz Wojdacz: epigenetyka to dziedzina, która odmieni medycynę
Od borderline do „psychogenetyki” – czy ryzyko zaburzeń jest wpisane w nasze geny?
Źródło: Nauka w Polsce
