Mechanismus biologických hodin v kontextu stárnutí
Vědecký výzkum zaměřený na problematiku stárnutí využívá k odhadu biologického věku takzvané biologické hodiny. Tyto nástroje jsou založeny na matematických modelech strojového učení, které analyzují komplexní biologická data u velkých populací. Algoritmus přiřadí konkrétnímu souboru měření hodnotu chronologického věku nebo rizika úmrtnosti. Pokud vypočtený biologický věk přesahuje věk chronologický, je tento rozdíl interpretován jako vyšší míra kumulovaného poškození a dysfunkce organismu. Přestože tyto metody vykazují přesnost na populační úrovni, stále přetrvávají nejasnosti v otázce, jak přesně naměřené parametry korelují s mechanismy stárnutí a jakou mají výpovědní hodnotu pro jednotlivce v klinické praxi.
Využití chromatinu pro sledování stárnutí
Současný výzkum se zaměřuje na vývoj nových metod založených na analýze omics dat, přičemž nejčastějším zdrojem vzorků jsou imunitní buňky získané z krve. Odbornou diskuzi vyvolává otázka, do jaké míry jsou poznatky získané z těchto buněk přenositelné na ostatní tkáně, a jak odlišit změny způsobené procesy stárnutí od změn vyvolaných dočasným stresem či infekcí. Nové poznatky v této oblasti přináší studie publikovaná pod názvem sc-ChromAging: A Single-Cell Chromatin Accessibility-based Clock Decodes Cell-Type-Specific Epigenetic Aging Trajectories.
Autoři se v této práci zaměřili na analýzu přístupnosti chromatinu na úrovni jednotlivých buněk. Chromatin představuje strukturovanou formu jaderné DNA, jejíž uspořádání určuje, které úseky genetické informace budou exprimovány. Tento proces je řízen epigenetickými mechanismy, které přímo ovlivňují produkci proteinů a tím i chování buňky.
Analýza imunitních buněk a výsledky studie
Pro konstrukci modelu sc-ChromAging využili vědci data z kohorty Chinese Immune Multi-Omics Atlas. Cílem bylo analyzovat heterogenitu imunitního stárnutí, označovaného jako imunosenescence, pomocí metody scATAC-seq. Tato metoda umožňuje zkoumat regulační potenciál genomu v rozlišení na jednotlivé buňky.
Výsledky ukazují, že predikční schopnost těchto hodin se liší podle typu imunitních buněk. Nejvyšší přesnost byla zaznamenána u T lymfocytů, konkrétně u CD4+ naivních T buněk. Vědci se domnívají, že vysoká přesnost u tohoto typu buněk souvisí s procesem involuce brzlíku. Zatímco u paměťových či efektorových buněk je epigenom remodelován vlivem expozice antigenům, naivní T buňky zůstávají v relativně klidovém stavu. Změny v přístupnosti jejich chromatinu jsou tak primárně určovány vnitřním programem stárnutí.
Studie dále poukazuje na rozdíly mezi naivními T buňkami typu CD4+ a CD8+. Ačkoliv obě skupiny vykazují dobrou predikční schopnost, u buněk CD8+ je přesnost nižší. Autoři tento jev připisují možné vyšší citlivosti CD8+ naivních T buněk k vnějším vlivům, jako jsou homeostatické signály závislé na cytokinech a další environmentální podněty, které mohou proces stárnutí v těchto buňkách modifikovat.