Длина теломер долгое время считалась важным биомаркером старения и болезней человека, но большинство исследований взаимосвязи между длиной теломер и здоровьем проводилось только в одном типе тканей: крови. Это ограничение подняло вопрос о том, являются ли клетки крови надежным представителем других тканей для исследователей, изучающих влияние факторов старения, болезней и образа жизни на длину теломер.
Новое исследование, опубликованное в выпуске журнала Science от 11 сентября, дает ответ на этот вопрос, исследуя длину теломер в более чем 20 различных типах тканей человека от почти 1000 отдельных посмертных доноров. Результаты показывают, что длина теломер в цельной крови может служить заменителем длины теломер в большинстве других тканей и дополнительно подкрепляет существующие исследования взаимосвязи между длиной теломер, происхождением и старением.
Теломеры – это повторяющиеся некодирующие последовательности ДНК на концах хромосом, которые действуют как защитные колпачки для предотвращения разрушения генома. Каждый раз, когда клетка делится, хромосомы должны реплицироваться, давая каждой новой клетке новую копию. Ферменты, которые делают это, не могут достичь конца хромосомы, поэтому небольшая часть кончика хромосомы теряется при каждой дупликации. Теломеры предоставляют небольшое количество дополнительных хромосом в качестве буфера, защищая важную генетическую информацию от потери.
Нормальное старение связано с укорочением теломер, а укорочение теломер связано со смертностью и возрастными заболеваниями. Но взаимосвязь между укорочением теломер, старением и болезнью не совсем ясна – отчасти потому, что ученые не до конца понимают, каким образом теломеры различаются между разными типами тканей.
"Большинство исследований длины теломер человека сосредоточены на типах тканей, которые легко собирать у живых людей, таких как цельная кровь или слюна," сказал первый автор Кэтрин Деманелис, доктор философии.D., докторант кафедры общественного здравоохранения Чикагского университета. "Мы хотели увидеть, насколько хорошо длина теломер, обнаруженных в клетках цельной крови, соответствует длине теломер в других тканях."
В своем исследовании ученые воспользовались проектом Genotype-Tissue Expression (GTEx), огромным общедоступным ресурсом, сосредоточенным на сборе образцов из разных тканей сотен людей.
"Изначально исследование GTEx было разработано для изучения того, как унаследованные генетические вариации регулируют активность генов в разных тканях и как ткани отличаются друг от друга," сказал старший автор Брэндон Пирс, Ph.D., Доцент кафедры общественного здравоохранения и генетики человека в Калифорнийском университете в Чикаго. "Мы рассматривали банк тканей GTEx как возможность получить доступ к типам тканей, которые мы обычно не можем легко изучить, и взглянуть на важный биомаркер – длину теломер – и начали задавать более глубокие вопросы о взаимосвязи между длиной теломер и такими заболеваниями, как рак легких. , и как теломеры укорачиваются с возрастом в разных тканях."
Исследователи использовали новый тип анализа для измерения длины теломер, сопоставимый по стоимости с традиционными методами, но с "более высокая производительность и лучшая точность," по данным соавтора исследования Мухаммада Кибрия, доктора медицины, доктора философии.D., Доцент-исследователь Института народонаселения и точного здоровья в Калифорнийском университете в Чикаго. По словам Кибрия, проанализировав более 6000 образцов тканей более чем 20 типов тканей и около 1000 уникальных вскрытых человеческих субъектов, "Мы смогли найти статистически значимые различия между тканями в длине теломер в наборе образцов."
Это позволило исследователям сравнить длину теломер в различных тканях, таких как кожа, мозг, легкие, толстая кишка и почки, с измерениями длины теломер в клетках крови.
Они обнаружили, что из 23 тканей, которые они исследовали, длина теломер в 15 тканях показала четкую положительную корреляцию с длиной теломер в клетках цельной крови, что подтверждает использование легко собираемой длины теломер цельных клеток крови в качестве показателя длины теломер в более сложных случаях. для доступа к тканям, таким как мозг и почки.
"Мы также смогли изучить все эти типы тканей, чтобы ответить на вопросы, которые неоднократно задавались для теломер клеток крови," сказал Пирс. "Некоторые закономерности сохраняются в разных тканях, например, более короткие теломеры при старении и более длинные теломеры у людей африканского происхождения, но другие нет, например, более длинные теломеры у женщин. У курильщиков мы наблюдали более короткие теломеры лишь в нескольких тканях."
Это помогает прояснить противоречивые результаты прошлых исследований, указывающих на взаимосвязь между отдельными чертами и длиной теломер или ее отсутствие.
Эти результаты помогут исследователям понять, какие аспекты длины теломер постоянно обусловлены генетической наследственностью по сравнению с теми, на которые может повлиять образ жизни, воздействие окружающей среды или эпигенетические изменения в течение жизни человека. Это, в свою очередь, облегчит ученым изучение и понимание роли конкретных биомаркеров в старении и болезнях.
"Как эпидемиологи, мы часто пытаемся ответить на вопросы, изучая образцы крови, поэтому мы должны знать, как эти биомаркеры могут различаться в разных типах тканей," Пирс сказал. "Это большое ограничение. Но мы знаем, что унаследованная последовательность генома одинакова во всех тканях, поэтому, если мы сможем понять, как определенные генетические вариации влияют на биомаркеры, такие как длина теломер, в определенных типах тканей, это облегчит изучение этих биомаркеров в человеческих популяциях. Мы можем использовать наследственные генетические вариации для прогнозирования тканеспецифичных биомаркеров."
В будущих проектах будет проводиться дальнейшее изучение образцов GTEx для изучения различных биомаркеров в разных типах тканей. "Это первое исследование предоставляет ресурс, позволяющий лучше понять, как выглядит длина теломер в различных тканях, и позволит другим исследователям сравнить свои данные с нашими результатами," Деманелис сказал. "В будущем мы рассмотрим другие маркеры, такие как метилирование ДНК и соматические мутации в различных типах тканей, чтобы попытаться понять их связь с длиной теломер и старением."