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研究通过DNA甲基化分析,揭示哺乳动物长寿的秘密

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时间:2024-06-19

在最近发表在《Science Advances》杂志上的一项研究中,研究人员通过检查来自 348 种哺乳动物的 15,000 个样本,利用脱氧核糖核酸甲基化 (DNAm) 估算了最大寿命、妊娠期和性成熟年龄。

研究背景

哺乳动物甲基化联盟收集了 348 只动物的 DNA 甲基化数据,以研究哺乳动物物种的最大寿命。需要更好地了解决定寿命的分子途径,但由于样本量和数据收集方法有限,目前人们对这一点知之甚少。该集合涵盖了哺乳动物年龄相关甲基化改变、表观遗传衰老、机器学习技术和系统表观遗传建模树的研究。

关于该项研究

在目前的研究中,研究人员创建了多元回归来估计最大寿命和相关的物种特定特征。

研究人员利用哺乳动物甲基化联盟的数据开发了回归模型,强调了来自 59 种组织和 25 个分类群的 348 种哺乳动物物种的 15,000 个脱氧核糖核酸样本中胞嘧啶甲基化的高度保守模式。研究人员根据 CpG 甲基化水平得出了适用于除狨猴以外的所有哺乳动物物种的通用性别预测。

研究人员利用三种惩罚回归模型,根据最新版本的 anAge 数据库估计每个物种的最大寿命、妊娠时间和性成熟年龄。估计的最大寿命是使用对数年估计值测量的表观遗传或 DNA 甲基化最大寿命。研究人员调查了样本个体的实际年龄和生活史变量之间的关联。他们根据比该物种典型性成熟年龄更年轻且不到五年的动物样本,开发了一种不同的最大寿命预测(幼年动物估计器)。

研究人员根据所有物种和组织类型的平均甲基化水平,创建了与组织无关的生命史预测。他们在具有不同组织类型的选定动物身上测试了这些预测因子,以更好地了解组织类型如何影响寿命估计。研究人员使用弹性网络回归模型根据 CpG 甲基化数据和分类顺序指示估计最大寿命。他们使用 k-最近邻回归模型评估了预测因子的准确性。该研究还使用最终回归模型(以对数尺度预测物种水平的寿命)。研究了不同性别的最大寿命预测可能存在的差异。

图:使用表观遗传预测因子对生命史特征进行多变量分析。该图总结了表观遗传预测因子的留一法 (LOSO) 交叉验证分析。所有估计值均对各种生命史特征进行了对数转换(基底为 e),包括(A 和 B)最大寿命(以年为单位)、(C)妊娠时间(以天为单位)和(D) 性成熟年龄(以对数年为单位)。散点图面板中的每个物种都用一个特定的数字表示。此数值表示的整数部分对应于其分类顺序。这些数字按各自的分类顺序进行颜色编码,链接到不同的物种。有关详细数值,请参阅表 S4 和图 S8。每个面板顶部的标题提供皮尔逊相关系数 ( R )、中位绝对误差 (MAE) 和双侧未调整 P 值 ( P)。本图和其他相关图中,分类顺序的颜色表示保持一致。散点图中的虚线表示完美预测线,而实心红线表示拟合的线性回归。动物剪影来自Phylopic 数据库 ( https://www.phylopic.org/ ) 或 Wikimedia,属于公共领域或 CC BY 3.0 许可证

研究结果

DNAm 最大寿命预测表明,在包括人类在内的 17 种哺乳动物生物物种中,女性可能比男性具有内在的长寿优势。估计值不受部分重新编程和卡路里限制的影响。涉及生长激素相关受体的生长激素网络中的遗传紊乱影响了特定组织中 DNA 的最大寿命。癌症相关死亡率与表观遗传生命史特征估计值不相关。

DNAm 最大寿命估计值未检测到物种内寿命差异,例如不同犬种之间的寿命差异。最大寿命部分由表观遗传特征确定,这些特征是内在属性,与个体死亡风险相关的特征不同。哺乳动物阵列生成的 DNAm 数据可以精确的分类样本物种、性别和组织。表观遗传预测因子是准确的,预测的最大寿命对数与老年人的观察值大致匹配。

实际对数妊娠时间与预期寿命有更紧密的联系。表观遗传学对性成熟年龄的预测与观察到的数据的关联略弱。幼年动物预测因子与预期最大寿命表现出很强的相关性,尽管年龄限制限制了可供研究的物种数量。研究小组发现,单个样本的估计最大寿命可能不同,并且妊娠时间和性成熟年龄与某些物种组织层的年龄有相当大的相关性。

研究表明,尽管其他物种的成年体重与最大寿命呈负相关,但不同物种的最大寿命与成年体重呈正相关。然而,最大寿命的表观遗传预测因子与实际值呈正相关。研究人员发现,哺乳动物的癌症风险与观察到的妊娠期呈负相关,这意味着生命史特征可能预测哺乳动物的癌症死亡风险。然而,生命史特征的表观遗传预测与哺乳动物的癌症风险之间没有发现显著的联系,这表明生活方式活动对人类的最大寿命影响微乎其微。

研究发现,一个物种的最大寿命与其表观遗传特征有显著关联,而与性别、体重、热量限制或生活方式无关。生长激素敲除和完全重新编程会影响该特征。表观遗传估计对妊娠时间的精确度高于对最大寿命的精确度,这可能是由于难以收集不同物种的正确数据。寿命预测中的性别二态性在不同性别之间表现出一致性,而包括人类在内的 17 个物种中,女性的预期寿命更长。

期刊参考

  • Caesar Z. Li et al., Epigenetic predictors of species maximum life span and other life-history traits in mammals, Sci. Adv. 10, eadm7273 (2024), DOI: 10.1126/sciadv.adm7273, https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adm7273

延展阅读

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