Vliv epigenetiky na stárnutí a nástroj zvaný „Position Effect Variegation“
Jaderná DNA v buňkách je obklopena transkripčním aparátem, proteinovými strukturami, které se snaží přepisovat genové sekvence. Pokud je DNA zhutněna do oblastí zvaných heterochromatin, a to navázáním na histony, geny v těchto oblastech jsou utlumeny, jelikož jejich sekvence zůstávají skryty transkripčnímu aparátu. Rozhodování o tom, zda je daný úsek DNA zhutněn, je řízeno epigenetickými mechanismy. Tyto mechanismy zahrnují především modifikace, jako jsou methylové skupiny, připojené k DNA a histonům, které mění jejich strukturální chování.
Běžným rysem stárnutí je ztráta heterochromatinu a následné zvýšení exprese genů a dalších sekvencí, které jsou v mladém věku obvykle utlumeny. Tento proces může vést například k expresi transpozonů, které mohou způsobovat poškození DNA a záněty, a také k narušení a změně normální buněčné funkce.
Metoda pozorování změn v DNA
V minulosti vyvinuli vědci metodu, která umožňuje vizualizovat, zda je daná oblast DNA zhutněna do heterochromatinu. Tuto metodu nazývají Position Effect Variegation (PEV). V rámci tohoto přístupu lze geneticky modifikovat octomilky (Drosophila melanogaster) tak, že mají vhodně umístěné geny, které mění barvu některých jejich znaků, například segmentů oka, v závislosti na tom, zda jsou exprimovány. Pozorováním octomilky tak vědci mohou zjistit, zda je oblast DNA obsahující vložený gen zhutněna. V průběhu let bylo vytvořeno mnoho různých linií octomilek, aby bylo možné zkoumat různé oblasti DNA.
PEV jako nástroj pro výzkum stárnutí
Současná publikace se zabývá Position Effect Variegation jako nástrojem pro zkoumání změn v zhutnění DNA do heterochromatinu, ke kterým dochází s věkem. Současně se zkoumá korelace těchto změn s celkovými výsledky, jako je riziko úmrtnosti a dlouhověkost. Protože se zdá, že posílený heterochromatin je spojen s delším životem u octomilek, mohla by být Position Effect Variegation použita k vývoji „stárnoucích hodin“ (alespoň u octomilek), které primárně odrážejí změny ve struktuře DNA spíše než jiné mechanismy.
Korelace heterochromatinu a dlouhověkosti
Model stárnutí založený na ztrátě heterochromatinu naznačuje, že s věkem dochází k úbytku epigenetických faktorů, které formují a udržují stav heterochromatinu na chromozomech. Studie využila PEV k prozkoumání souvislosti mezi změnami stavu heterochromatinu a stárnutím.
Bylo pozorováno, že pericentrické inzerce způsobující PEV vykazovaly v pokročilém věku potlačené variegace ve srovnání s mladým věkem. To bylo potvrzeno progresivním zvyšováním transkripce, což indikuje ztrátu utlumení zprostředkovaného heterochromatinem. V rámci jedné populace žijí zvířata s posílenými PEV fenotypy déle než ta s potlačenými PEV fenotypy. Tato skutečnost naznačuje, že drobné rozdíly v environmentálních nebo genetických faktorech v této populaci mohou být zodpovědné za rozdíly v heterochromatinu a délce života.
Environmentální faktory mohou stav heterochromatinu ovlivňovat. Snížený příjem živin a nižší teplota byly spojeny s posíleným heterochromatinem a delším životem. Dále genetické varianty spojené s dlouhým životem, včetně mutantů chico, vedou ke zvýšení heterochromatinu a posíleným PEV fenotypům. Z toho vyplývá, že stárnutí může být spojeno se ztrátou heterochromatinu a vývojové zvýšení heterochromatinu je spojeno s dlouhověkostí. PEV reportéry tak fungují jako „stárnoucí hodiny“, které vizualizují ztrátu heterochromatinu s věkem a epigenetické změny, které mohou podporovat dlouhověkost.