比较人类和家犬之间的表观遗传差异提供了一个新的衰老模型。最常见的误解之一是,就衰老而言,一个人的一年等于七个狗的一年。然而,这种等价性是误导性的,并且一直被兽医所摒弃。最近的一项发表在《细胞系统》杂志上的研究,提出了一个比较狗和人类老化的新框架。在一个这样的比较中,研究人员发现狗生命的前八周相当于人类婴儿期的前九个月,但是这个比例会随着时间而变化。这项研究使用表观遗传学作为研究衰老过程的生物标记,表观遗传学是基因组发生修饰的过程。通过比较人类和狗的表观遗传变化标志着特定发育时期的时间和内容,研究人员希望也能获得对人类衰老的具体见解。
研究人员进行了一项综合分析,定量比较了两种哺乳动物——狗和人类——的衰老进程。
所有哺乳动物都经历相同的总体发育时间线:出生、婴儿期、青少年期、青春期、成年期和死亡。但是研究人员长期以来一直在寻找特定的生物事件来控制各生命阶段的发生。研究这种进展的一种方法涉及表观遗传学——基因表达的变化是由除了DNA序列本身以外的因素引起的。最近的发现表明,表观遗传变化与衰老的特定阶段有关,这些变化在物种间是共有的。
研究人员专注于一种叫做甲基化的表观遗传变化,这是一种叫做甲基的分子附着在特定的DNA序列上的过程,通常是基因的一部分。甲基化的DNA区域有效地将基因转变为“关闭”位置。到目前为止,研究人员已经发现,在人类中,甲基化模式会随着时间的推移而发生可预测的变化。这些模式创造了能够精确测量个体年龄的数学模型——称为“表观遗传时钟”。
但是这些表观遗传时钟只能成功预测人类的年龄。它们似乎不适用于所有物种,例如老鼠、狗和狼。为了了解为什么其他物种的表观遗传时钟不同于人类,研究人员首先研究了家犬一生中的表观遗传变化,并将结果与人类进行了比较。
狗是进行这种比较的有用的模型,因为它们生活的环境、饮食、化学物质暴露以及生理和发育模式都与人类相似。“狗和人类一样经历着衰老的生物学特征,但这是在一个压缩的时期,平均大约10到15年,而人类则超过70年。这使得狗在研究包括人类在内的所有哺乳动物的衰老遗传学方面具有不可估量的价值。”
Ostrander博士和她的同事在加州大学圣地亚哥分校的Trey Ideker的实验室采集了104只狗的血样,这些狗大多是拉布拉多寻回犬,年龄从4至16岁不等。他们还从320名年龄从1岁到103岁的人那里获得了之前发表的甲基化模型。然后,研究人员研究并比较了两个物种的甲基化模式。基于这些数据,研究人员发现了类似的年龄相关的甲基化模式,特别是当年轻的狗和年轻的人配对或者年长的狗和年长的人配对时。当比较幼犬和老年人时,他们没有观察到这种关系,反之亦然。 该研究还发现,参与发育的特定基因组可以解释许多相似性,在狗和人类的衰老过程中,这些基因具有相似的甲基化模式。
Ideker博士说:“这些结果表明,衰老在一定程度上可以用从发育开始的一系列变化来解释。”“幼犬处在子宫和童年时期的特定时期,发育程序表现得异常强烈。但同样强大的是压制和阻止它的系统。从某种意义上来说,我们将老化视为这些强大力量的残余‘余烬’。”
研究人员还试图将人类表观遗传时钟与狗联系起来,以此作为将狗年转换为人类年的代理。新公式比“乘以7”的方法更复杂。当狗和人类经历类似的生理里程碑时,比如婴儿期、青春期和老年期,新的公式提供了等效年龄的合理估计。例如,通过使用新的配方,狗的8周大致相当于人类的9个月,这相当于幼犬和婴儿的婴儿阶段。老年拉布拉多寻回犬的预期寿命是12岁,准确地说,人类的预期寿命是70岁,即全球平均预期寿命。 该组织承认狗对人的年龄公式主要是基于拉布拉多寻回犬的数据。因此,未来对其他品种狗的研究将需要测试公式的普遍性。因为狗的品种有不同的寿命,所以不同品种的推算公式可能不同。
Ostrander博士指出,“研究长寿品种将是特别有趣的,长寿品种中体型较小的品种的数量不成比例,而寿命较短的品种中包括许多较大的品种。”这将有助于我们将公认的狗的骨骼大小和寿命之间的关系联系起来。” 该研究还表明,研究甲基化模式可能是一种有用的方法,可以将一个生物体(如人类)经历的与年龄相关的生理机能定量转化为另一个生物体(如狗)的生理学上最相似的年龄。该组织希望这样的转化可以提供一个有用的工具来理解衰老和最大限度的延长健康寿命的方法。
Ostrander博士说:“这项研究突出了犬类衰老研究的相关性,进一步拓展了犬类作为遗传系统的效用,用于人类健康和生物学研究。”
这篇新闻稿描述了一个基础的研究发现。基础研究增加了我们对人类行为和生物学的理解,这是推进预防、诊断和治疗疾病的新的更好方法的基础。科学是一个不可预测的渐进过程——每一项研究进展都建立在过去的发现之上,而且往往是以意想不到的方式。没有基本的基础研究的知识,大多数临床进展是不可能的。
内容来源:NIH
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