Nacionaliniame vėžio institute atliktas tyrimas, vertinantis epigenetinį senėjimą, kaip naujos kartos molekulinį žymenį

Aktualų tyrimą atliko tyrėjai – Vilniaus universiteto doc. dr. Audrius Dulskas ir Toronto ir Vilniaus universiteto mokslininkas prof. Artūras Petronis su savo komanda.

Visame pasaulyje žmonės gyvena ilgiau, nei bet kada anksčiau žmonijos istorijoje. Pasaulinės Sveikatos Organizacijos duomenimis, 2030 metais 1 iš 6 pasaulio žmonių bus 60 metų ar vyresnis. Prognozuojama, kad vyresniu nei 80 metų žmonių skaičius pasaulyje išaugs beveik iki 500 milijonų iki 2050 metų. Nors iš pirmo žvilgsnio tai atrodo kaip didžiulis medicinos ir socialinių mokslų laimėjimas, populiacijai senstant susiduriama su naujais iššūkiais ir pavojais. Senyvo amžiaus žmonės žymiai dažniau kenčia nuo bendrų sveikatos sutrikimų, tokių kaip klausos ar regos nusilpimas, sąnarių ir kaulų pažeidimai, diabetas ar psichinės ligos. Senyvas amžius taip pat išskiriamas kaip vienas pagrindinių vėžio rizikos faktorių.  

Senėjimo biologija ir su ja susijusių procesų ryšys su ligomis susilaukia vis daugiau dėmesio. Jungtinės Tautos 2021-2030 metus paskelbė “Sveiko senėjimo dešimtmečiu”, taip atkreipdamos visuomenės, politikų, sveikatos ir mokslo ekspertų dėmesį į šią problemą. Šiuo metu didžiausia pažanga senėjimo tyrimų srityje stebima epigenetikos moksle. Tai palyginti nauja gyvybės mokslų šaka, tirianti paveldimus ir aplinkos veiksnių veikiamus pokyčius, kurie nulemia genų raiškos pakitimus tiesiogiai nekeisdami DNR sekos.  

Epigenetiniai senėjimo ir ligų tyrimai padeda geriau suprasti bazinius senėjimo mechanizmus. Itin reikšmingas įvykis pastarojo dešimtmečio senėjimo biologijos srityje buvo vadinamųjų “epigenetinių laikrodžių” atradimas. Šie laikrodžiai - tai kompiuteriniai algoritmai, kurie remiantis informaciją apie tam tikrų genomo vietų epigenetinę būseną gali būti panaudoti nuspėjant tiriamojo individo biologinį amžių. Kaip taisyklė, biologinis amžius yra panašus į tikrąjį žmogaus amžių, tačiau jis geriau atspindi organizmo biologinę būseną. Lyginant sveikų žmonių ir vėžio pacientų epigenetinį amžių, pastarojoje grupėje įprastai matomas “biologinio amžiaus paspartėjimas”, t.y. epigenetiniu laikrodžiu nustatytas amžius yra senesnis, nei tikrasis paciento amžius. Šis reiškinys stebimas jau ankstyvose ligos stadijose, todėl dedama nemažai vilčių, kad epigenetiniai laikrodžiai jau ne už ilgo taps rutiniškai naudojamu molekuliniu žymeniu.   

Mūsų projekto tikslas buvo nustatyti, kaip būtų galima pagerinti epigenetinių laikrodžių, kaip vėžio diagnostinio įrankio, efektyvumą. Šiam tikslui pasiekti surinkome mėginius iš 5 sveikų įvairaus amžiaus savanorių kelis kartus tos pačios dienos eigoje ir nustatėme kiekvieno mėginio epigenetinį amžių naudodami populiariausius epigenetinius laikrodžius. Šiuo kontroliniu eksperimentu norėjome įvertinti praktikoje naudojamų epigenetinių laikrodžių tikslumą. Gauti rezultatai parodė, kad sveikų tiriamųjų kraujo mėginiuose gaunamos amžiaus paklaidos svyruoja nuo 3.2 iki 5.7 metų, priklausomai nuo naudojamo laikrodžio, ir tai atitinka literatūros duomenis.  

Visiškai netikėtai paaiškėjo svarbus, iki šiol dar neaprašytas reiškinys - aukšta techninė epigenetinių laikrodžių paklaida. Tą patį mėginį tiriant 3 kartus spėjamas amžius gali svyruoti iki 10 metų. Mūsų gauti rezultatai rodo, kad naudojant epigenetinius laikrodžius kaip ligos rizikos ar progresavimo žymenis bus susiduriama su rimtomis interpretacijos problemomis. Nors dauguma atliktų panašaus pobūdžio tyrimų rodo, kad epigenetinio amžiaus paspartėjimas koreliuoja su ligos statusu, jų rezultatai tik retais atvejais sutampa, o kartais yra net priešingi (su ligos rizika labiau susijęs epigenetinio amžiaus atsilikimas). Mūsų žiniomis, tokio tyrimo, įvertinančio epigenetinių laikrodžių tikslumą, iki šiol atlikta nebuvo. Neatitikimai tarp epigenetiniais laikrodžiais besiremiančių tyrimų gali būti susiję būtent su šiuo žymiai didesniu, negu buvo manoma, techniniu variabilumu.   

Mes ėmėmės aktyviai spręsti šią netikėtai iškilusią problemą, nes neturint tikslaus molekulinio įrankio, tolimesnis kolorektalinio vėžio epigenetinio senėjimo tyrimas būtų buvęs beprasmis. Šią problemą iš dalies išsprendėme naudodami vadinamuosius antros kartos epigenetinius laikrodžius, kurie pasitelkia dešimtis tūkstančių epigenetinių žymenų (lyginant su keliais šimtais, naudojamais tradiciškai). Nors galutines išvadas pateikti dar anksti, mes vienaprasmiškai parodėme šiuo metu itin plačiai naudojamų epigenetinių laikrodžių ribotumus ir dar svarbiau - parodėme akivaizdų antrosios kartos laikrodžių pranašumą šiuo požiūriu prieš pirmosios kartos instrumentus. 

Nors epigenetiniai laikrodžiai sukurti dar palyginus neseniai, rinkoje jau egzistuoja net keletas komercinių epigenetinio amžiaus nustatymo paslaugų. Kol kas siūlomos paslaugos orientuotos į bendros organizmo būsenos įvertinimą, tačiau be abejonės netolimoje ateityje šis rodiklis bus naudojamas ir kaip ligų rizikos diagnostinis įrankis. Mūsų preliminaraus tyrimo rezultatai parodė, kad, norint pritaikyti epigenetinius laikrodžius, klinikinėje diagnostikoje būtina atsižvelgti į keletą svarbių aspektų: 

1. Šiuo metu dažniausiai naudojami pirmos kartos epigenetiniai laikrodžiai, paremti specifinių DNR vietu modifikacijos lygio dėsningumais. Nors nemažai tyrimų pademonstravo, kad tarp įvairių ligų rizikos ir šiais metodais nustatyto epigenetinio amžiaus egzistuoja stipri koreliacija, tokius rezultatus vertinti vienareikšmiškai kol kas sudėtinga. Mūsų tyrime pademonstruotas prastas eksperimentinis atkartojamumas ir didelis variabilumas bei kitų mokslinių tyrimų rezultatų nepastovumas. Visa tai kvestionuoja epigenetinių laikrodžių naudą siekiant įvertinti individo chronologinio ir biologinio amžiaus neatitikimus. Mūsų duomenimis, antros kartos epigenetiniai laikrodžiai yra žymiai tikslesni, tačiau jie dar yra ankstyvoje tyrimų stadijoje ir nėra taikomi klinikinėje praktikoje. 
2. Norint sumažinti minėtą variabilumą, būtina daugiau dėmesio skirti techninei mėginių surinkimo ir paruošimo daliai. Modernūs sekoskaitos ir mikrogardelių prietaisai darosi vis jautresni, todėl net menkiausi nukrypimai mėginių paruošimo etape gali atsispindėti duomenų analizėje ir sukelti nepageidaujamus artefaktus. Atlikto tyrimo metu pastebėjome, kad net tokios nežymios detalės, kaip savaitės diena, kada buvo atliktas ląstelių tipų atskyrimas, gali turėti lengvai aptinkamą poveikį tolimesnei analizei. Atliekant aukšto tikslumo reikalaujančius tyrimus, ypač susijusius su jautrių biožymenų taikymu, reikėtų daugiau dėmesio skirti kiekvienam mėginių paruošimo žingsniui. 
3. Dėl praktinių sumetimų ir nusistovėjusių normų, dauguma klinikinių ir mokslinių tyrimų atliekama naudojant viso kraujo mėginius. Vis daugiau naujų tyrimų pabrėžia tokio pasirinkimo trūkumus ir akcentuoja grynų ląstelių linijų, ar net pavienių ląstelių tyrimų pranašumus. Nors tokie tyrimai kur kas sudėtingesni ir brangesni, jie gali padėti išvengti klaidingų rezultatų, atsirandančių dėl tiriamo audinio heterogeniškumo, o ne tikrų su liga susijusių pakitimų. Prieš atliekant tyrimus naudojant grynas ląstelių linijas būtina gerai įvertinti, kokio tipo ląstelės yra aktualiausios tiriamai problemai. 

Klinikinis tyrimas finansuojamas Lietuvos Mokslo Tarybos nacionalinės programos „Sveikas senėjimas (P-SEN-20-19)“. 

Prof. A. Petronio nuotraukos autorius Petras Malūkas, Nacionalinis fotoprojektas „Lietuva ir mes“