Nové hodiny stárnutí založené na transkriptomických datech z mikroglií
Jakýkoli dostatečně komplexní soubor biologických dat lze pomocí přístupů strojového učení využít k vytvoření tzv. hodin stárnutí, které generují kombinaci hodnot odrážejících biologický věk. To je možné díky tomu, že zátěž poškození a dysfunkcí spojených se stárnutím vyvolává charakteristické změny v biologických datech. Vědecká komunita v současnosti publikuje nové hodiny stárnutí poměrně rychlým tempem. Příkladem jsou i hodiny popsané v nedávno zveřejněném článku v časopise Aging Cell, které byly vytvořeny z transkriptomických dat získaných z mikroglií, buněk přirozené imunity mozku. Jedná se primárně o výzkumný nástroj, který je pro běžné lékařské využití nepraktický vzhledem k obtížnosti získávání buněk z mozku žijícího jedince.
Kontext a omezení hodin stárnutí
Existence hodin stárnutí nám sama o sobě neříká nic o tom, jakým způsobem složky těchto hodin souvisejí s konkrétními formami poškození a dysfunkcí; ukazuje pouze na možnou korelaci. Hodiny by teoreticky mohly být založeny na měřeních, která jsou citlivá pouze na některé mechanismy nebo důsledky stárnutí. Vzhledem ke způsobu vývoje těchto hodin a neschopnosti přesně určit, jak konkrétní „-omické“ měření (například hladina specifického transkriptu) souvisí se stárnutím, je to těžké zjistit. Proto nelze hodinám důvěřovat v přesném hodnocení potenciálních terapií zpomalujících stárnutí nebo omlazovacích terapií, dokud nebudou proti těmto terapiím zkalibrovány. To si vyžádá určitý čas a přestože rostoucí množství dat z různých studií hodin je velmi zajímavé, tato komplexní kalibrace zatím u žádných dosud vyvinutých hodin neproběhla.
Vývoj hodin stárnutí z jednobuněčných RNA-Seq dat mikroglií
Studie publikovaná v Aging Cell (DOI: 10.1111/acel.70095) se zaměřila na vývoj hodin biologického stárnutí na základě dat z mikroglií. Tradičně byly „hodiny biologického stárnutí“ – kompozitní molekulární markery, o nichž se předpokládá, že zachycují biologický věk jedince – vyvíjeny pomocí analýz smíšených buněk a tkání na úrovni celých vzorků (tzv. bulk analýzy). Nedávné důkazy však zdůrazňují význam získávání poznatků o procesu stárnutí na úrovni jednotlivých buněk. Mikroglie jsou klíčové imunitní buňky v mozku, u nichž bylo prokázáno, že se funkčně přizpůsobují stárnutí a nemocem.
Vědci v této studii využili existující datové soubory jednobuněčného RNA sekvenování (scRNA-seq), které transkripčně profilují mikroglie během stárnutí a vývoje u lidí a myší. Vyvinuli a porovnali výpočetní přístupy pro generování souhrnů celého transkriptomu z mikroglií za účelem vytvoření robustních a použitelných hodin stárnutí.
Výsledky a použitelnost mikrogliálních hodin
Výsledky studie ukázaly, že neřízené, frekvenčně založené sumarizační přístupy, které kódují distribuce buněk napříč molekulárními subtypy, dosahují rovnováhy v přesnosti, interpretovatelnosti a výpočetní efektivitě. Významné je, že výpočetně odvozené markery z mikroglií dosáhly vysoké přesnosti v predikci chronologického věku napříč třemi různými jednobuněčnými datovými soubory. To naznačuje, že mikroglie vykazují během stárnutí a vývoje charakteristické změny v genové expresi, které lze výpočetně shrnout a vytvořit tak robustní markery biologického stárnutí.
Vědci dále extrapolovali a demonstrovali použitelnost jednobuněčných mikrogliálních hodin na snadno dostupná data z bulk RNA-seq analýz s environmentálním vstupem (stres v raném věku). To naznačuje potenciál pro široké využití těchto modelů napříč různými genomickými modalitami a pro testování hypotéz o tom, jak environmentální vstupy ovlivňují věk mozku. Takovéto jednobuněčně odvozené markery mohou poskytnout vhled do determinant stárnutí mozku a v konečném důsledku podpořit intervence, které příznivě modulují trajektorie zdraví a nemocí.