Przez wiele lat zakładano, że struktura DNA pozostaje względnie stabilna przez całe życie człowieka. Najnowsze wyniki dużego badania genetycznego pokazują jednak, że starzenie się DNA to znacznie bardziej dynamiczna relacja, niż wcześniej przypuszczano. Analiza danych genetycznych ponad 900 tysięcy osób wykazała, że wraz z wiekiem niektóre fragmenty DNA ulegają stopniowemu wydłużaniu i destabilizacji. Chodzi o krótkie sekwencje nukleotydów powtarzane wielokrotnie w genomie, tak zwane powtórzenia DNA. Proces ich ekspansji zachodzi u większości ludzi i może być istotnym, niedocenianym elementem biologii starzenia.
Powtórzenia DNA i ich znaczenie dla zdrowia
Ekspansja powtórzeń DNA jest znaną przyczyną ponad 60 chorób dziedzicznych, w tym choroby Huntingtona, dystrofii miotonicznej czy niektórych postaci stwardnienia zanikowego bocznego. Dotychczas uważano jednak, że dotyczy ona stosunkowo wąskiej grupy osób.
Nowe badanie pokazuje, że powtórzenia te wydłużają się stopniowo u większości populacji, nawet jeśli nie prowadzą bezpośrednio do chorób genetycznych. Oznacza to, że niestabilność genomu związana z wiekiem może być zjawiskiem powszechnym, a nie wyjątkiem.
Obejrzyj też: Dlaczego włosy wypadają?
Ogromna skala analizy genomów
Zespół naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, Broad Institute oraz Harvard Medical School przeanalizował dane sekwencjonowania całych genomów pochodzące z dwóch wielkich biobanków. Łącznie objęto badaniem ponad 900 tysięcy uczestników, co pozwoliło na wyjątkowo precyzyjną ocenę zmian zachodzących w DNA wraz z wiekiem.
Badacze opracowali nowe metody obliczeniowe umożliwiające wykrywanie długości powtórzeń DNA oraz ich niestabilności na podstawie standardowych danych sekwencyjnych. Przeanalizowano ponad 350 tysięcy zmiennych miejsc powtórzeń w całym genomie.
Wpływ wariantów genetycznych na tempo zmian
Jednym z kluczowych odkryć było to, że tempo ekspansji powtórzeń DNA jest silnie kontrolowane genetycznie. Zidentyfikowano 29 regionów genomu, w których powszechnie występujące warianty genetyczne mogą przyspieszać lub spowalniać ten proces nawet czterokrotnie.
Co istotne, te same geny odpowiedzialne za naprawę DNA mogą działać w odmienny sposób w zależności od rodzaju powtórzenia. Wariant stabilizujący jeden fragment genomu może jednocześnie destabilizować inny, co podkreśla złożoność relacji między starzeniem się a DNA.
Nowe powiązania z chorobami nerek i wątroby
Badanie ujawniło również wcześniej nieznane powiązania między ekspansją powtórzeń DNA a chorobami przewlekłymi. Szczególną uwagę zwrócono na powtórzenia w genie GLS. Te występują u niewielkiego odsetka populacji, ale wiążą się ze znacząco podwyższonym ryzykiem ciężkiej choroby nerek oraz schorzeń wątroby.
Odkrycie to sugeruje istnienie nieopisanych dotąd chorób związanych z ekspansją powtórzeń DNA, które mogą pozostawać niezdiagnozowane w dużych populacjach.
DNA krwi jako biomarker starzenia
Autorzy badania podkreślają, że pomiary niestabilności powtórzeń DNA w komórkach krwi mogą w przyszłości stać się użytecznym biomarkerem. Pozwoliłoby to oceniać skuteczność terapii mających na celu spowolnienie ekspansji powtórzeń w chorobach neurodegeneracyjnych i metabolicznych.
Ponieważ zmiany te można wykrywać w standardowych próbkach krwi, otwiera to drogę do monitorowania procesów starzenia na poziomie molekularnym w sposób mniej inwazyjny.
Nowe kierunki badań nad starzeniem
Wyniki badania wskazują, że starzenie się DNA to proces silnie modulowany przez geny, a nie jedynie bierny efekt upływu czasu. Zrozumienie, dlaczego te same mechanizmy naprawy DNA działają różnie w zależności od kontekstu genetycznego, będzie wymagało dalszych badań na poziomie komórkowym i molekularnym.
Naukowcy planują zastosować opracowane narzędzia obliczeniowe do kolejnych biobanków, aby odkryć następne niestabilne regiony genomu i ich powiązania z chorobami. Wiedza ta może w przyszłości doprowadzić do opracowania terapii, które nie tylko leczą skutki chorób genetycznych, ale także spowalniają fundamentalne procesy starzenia organizmu.
Źródło: https://www.technologynetworks.com/tn/online-events/advances-in-proteomics-metabolomics-407450