پیری بیولوژیکی ممکن است ناشی از آن چیزی نباشد که تصور می‌کردیم

دانشمندان اغلب از «ساعت‌های اپی‌ژنتیکی» برای اندازه‌گیری پیری بیولوژیکی استفاده می‌کنند، اما آنچه که باعث می‌شود این ساعت‌ها به تیک‌تاک بیفتند، به طور کامل شناخته نشده است. اکنون دانشمندان سرنخی مهم را کشف کرده‌اند: ساعت‌ها با جهش‌های تصادفی که با بالارفتن سن در DNA ظاهر می‌شوند، همگام‌سازی می‌شوند.

از مدت‌ها پیش مشخص شده است که در طول عمر انسان، جهش‌ها در DNA سلول‌ها جمع می‌شوند. این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که سلول‌ها تکثیر می‌شوند یا در معرض محرک‌هایی مثل پرتوها و عفونت قرار می‌گیرند. به‌علاوه، با افزایش سن، مکانیزم‌هایی که آسیب DNA را ترمیم می‌کنند، به خوبی کار نمی‌کنند. همچنین با بالارفتن سن افراد و افزایش جهش‌ها، احتمال مشکلات ایمنی، تخریب عصبی و سرطان به طور چشمگیری افزایش می‌یابد. بااین‌حال، جهش‌های DNA کل داستان پیری را روایت نمی‌کنند.

علاوه‌بر جهش‌ها، تغییرات مولکولی نیز وجود دارند که فراتر از DNA رخ می‌دهند و به عنوان تغییرات اپی‌ژنتیکی معروف هستند. این تغییرات به طور مستقیم کد اصلی DNA را تغییر نمی‌دهند، بلکه ژن‌ها را روشن یا خاموش یا میزان فعالیتشان را کم و زیاد می‌کنند.

پژوهش‌ها نشان می‌دهند که الگوی نشانگر‌های اپی‌ژنتیک روی DNA با افزایش سن به روش‌های قابل پیش‌بینی تغییر می‌کند و ساعت‌های اپی‌ژنتیک با ردیابی آن الگوها و سپس تخمین «سن بیولوژیکی» یک فرد با بافت معین کار می‌کنند.

پژوهش جدید که ۱۳ ژانویه در مجله نیچر ایجینگ منتشر شد، این تغییرات ژنتیکی و اپی‌ژنتیکی را به روشی جدید به یکدیگر ربط می‌دهد.

پژوهش جدید با دکتر استیون کامینگز یکی از نویسندگان ارشد پژوهش و مدیر اجرایی مرکز هماهنگی سانفرانسیسکو در دانشگاه کالیفرنیا آغاز شد. او این نظریه را مطرح کرد که جهش‌های ژنی ممکن است مستقیما با تغییرات اندازه‌گیری‌شده توسط ساعت‌های اپی‌ژنتیکی مرتبط باشند.

برای توضیح استدلال پشت این نظریه باید کمی درمورد فرآیندهای شیمی صحبت کرد. یکی از روش‌های رایج اپی‌ژنتیک که اکثر ساعت‌های اپی‌ژنتیک مبتنی بر آن هستند، متیلاسیون DNA نام دارد. این روش شامل مولکول‌هایی به نام گروه‌های متیل است که روی سیتوزین (C) که یکی از چهار حرف موجود در کد DNA است، می‌چسبند. این اتفاق در درجه اول در مکان‌هایی از مولکول‌های DNA اتفاق می‌افتد که C در کنار گوانین (G) قرار می‌گیرد و به عنوان مکان‌های CpG شناخته می‌شوند. اما اگر جهشی وجود داشته باشد و C یا G تغییر کند، آن مکان دیگر CpG نیست و بنابراین احتمال متیله‌شدن بسیار کمتر است. تردی ایدکر، یکی از نویسندگان پژوهش و استاد دانشکده پزشکی دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید: «این یک روش است که در آن یک جهش می‌تواند باعث تغییر در متیلاسیون شود.» او افزود:

و در واقع ممکن است عکس این موضوع نیز درست باشد. متیلاسیون می‌تواند به نوبه خود بر محل وقوع جهش‌های DNA تأثیر بگذارد. اگر یک گروه متیل به بخش خاصی از باز C متصل شود، می‌تواند یک واکنش شیمیایی را تحریک کند که باعث ناپایداری C شده و احتمال جهش آن را در آینده افزایش دهد.

با توجه به این فشار و کشمکش بین جهش و متیلاسیون، پژوهشگرها به این فکر افتادند که آیا می‌توانند فرآیندهای وابسته به یکدیگر را به پیری مرتبط کنند یا خیر. نویسنده اصلی مطالعه زین کوچ، دانشجوی دکترای بیوانفورماتیک در یو‌سی سن‌دیگو برای انجام این کار به دو پایگاه داده موجود نگاه کرد: اطلس ژنوم سرطان و تجزیه و تحلیل پان سرطان کل ژنوم. پژوهشگرها بر اساس این پایگاه‌ها، داده‌های جهش و متیلاسیون را از بیش از ۹۳۳۰ بیمار سرطانی ترسیم کردند.  

بیشتر داده‌ها از بیوپسی تومور به دست آمدند؛ اما زیرمجموعه‌ای از بیماران نمونه‌هایی از بافت طبیعی و غیرسرطانی هم داشتند. به گفته‌ی ایدکر، یافتن مجموعه داده‌های نسبتا بزرگ با داده‌های ژنتیکی و اپی‌ژنتیکی دشوار است.

پژوهشگرها با محاسبه اعداد دریافتند که مکان‌های CpG جهش‌یافته، متیلاسیون کمتری نسبت به مکان‌های CpG جهش‌‌نیافته دارند. علاوه بر این به نظر می‌رسید که جهش‌ها با یک اثر موجی گسترده‌تر منطبق باشند: در مقایسه، مکان‌های دست‌نخورده‌ی CpG واقع در نزدیکی این جهش‌یافته‌ها به طرز شگفت‌انگیزی هایپرمتیله شده بودند و این اثرات نوسانی را می‌توان تا ۱۰ هزار حرف در هر سمت جهش مشاهده کرد. ایدکر می‌گوید:

این فرآیند به انفجار تغییر متیلاسیون در اطراف جهش شبیه است. تنها می‌دانیم که این رابطه بسیار واضح وجود دارد.

گروه پژوهشگرها با مشاهده رابطه‌ی یادشده، ساعت‌هایی را بر اساس این الگوهای تغییرات ژنتیکی و اپی‌ژنتیکی ساختند. هر دو ساعت پیش‌بینی‌های مشابهی از سن داشتند. به طور خلاصه، به نظر می‌رسد که دو ساعت همگام شده‌اند؛ اما این مشاهده چه چیزی می‌تواند درباره‌ی پیری به ما بگوید؟ ممکن است تغییرات ژنتیکی و اپی‌ژنتیکی هر دو در پایین‌دست فرآیند دیگری اتفاق بیفتند که در واقع عامل اصلی و واقعی پیری است. بااین‌حال، کامینگز از نظریه متفاوتی حمایت می‌کند: اینکه جهش‌های DNA باعث پیری می‌شوند و اپی‌ژنتیک به سادگی این روند را منعکس می‌کند.

اگر اینطور باشد، دانشمندانی که در تلاش برای معکوس‌کردن یا متوقف کردن پیری هستند با یک چالش روبه‌رو می‌شوند. به گفته‌ی کامینگز، آن‌ها باید بفهمند که چگونه می‌توان جهش‌های جسمی را معکوس کرد.

برای توضیح کامل یافته‌های مطالعه و ارتباط آن‌ها با افزایش سن، باید پژوهش‌های بیشتری انجام داد. پوگانیک گفت برای شروع مطالعه کنونی فقط بافت‌های افراد مبتلا به سرطان را بررسی کرد؛ بنابراین یافته‌ها باید در افراد بدون این بیماری تکرار شود. علاوه بر این، نمونه‌های بافتی از هر فرد در یک مقطع زمانی گرفته شد، بنابراین پژوهشگرها نتوانستند به صورت مستقیم تغییرات مرتبط با سن را شناسایی کنند.

به پیشنهاد ایدکر، در بررسی‌های آزمایشگاهی آینده دانشمندان می‌توانند جهش‌هایی را در سلول‌ها ایجاد کنند و سپس بر تغییرات اپی‌ژنتیکی که آشکار می‌شوند، نظارت کنند. به گفته‌ی پوگانیک، مطالعه‌ی طولانی‌مدت روی انسان‌ها نیز که افراد را در طول زمان دنبال می‌کنند، می‌تواند نشان دهد که کدام پدیده ابتدا اتفاق افتاده است یا اینکه آیا واقعا یک تعامل مداوم بین این دو وجود دارد. بررسی‌های آینده می‌توانند عملکرد ساعت‌های اپی‌ژنتیکی و به طور گسترده‌تر عوامل تأثیر‌گذار بر پیری ما را آشکار کنند.