במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת התקדמות המדעחוקרים העריכו את אורך החיים המקסימלי, תקופת ההיריון וגיל הבגרות המינית באמצעות מתילציה דאוקסיריבונוקלאית (DNAm) על ידי בחינת 15,000 דגימות מ-348 מיני יונקים.
קונסורציום היונקים מתילציה אסף נתוני מתילציה של DNA מ-348 בעלי חיים כדי לבחון את אורך החיים המרבי של מיני יונקים. נדרשת הבנה משופרת של המסלולים המולקולריים הקובעים תוחלת חיים זו, אשר כיום אינה ידועה בשל גדלי דגימות מוגבלים ושיטות איסוף נתונים. האוסף מכסה מחקרים על שינויים במתילציה הקשורים לגיל של יונקים, הזדקנות אפיגנטית, טכניקות למידת מכונה ועצי דוגמנות פילו-אפיגנטית.
מחקר: מנבאים אפיגנטיים של תוחלת חיים מקסימלית של מינים ותכונות אחרות של היסטוריית חיים ביונקים. קרדיט תמונה: צילום קרייג למברט / Shutterstock
לגבי המחקר
במחקר הנוכחי, החוקרים יצרו רגרסיות רב-משתניות כדי להעריך את אורך החיים המקסימלי ומאפיינים ספציפיים למינים קשורים.
החוקרים פיתחו מודלים של רגרסיה תוך שימוש בנתונים של יונקים מתילציה של קונסורציום, תוך שימת דגש על דפוסים שמורים מאוד של מתילציה של ציטוזין מ-15,000 דגימות חומצה דאוקסיריבונוקלאית מ-59 סוגי רקמות ו-348 מיני יונקים מ-25 קבוצות טקסונומיות. החוקרים הפיקו תחזיות מין אוניברסליות המבוססות על רמות מתילציה של CpG החלות על כל מיני היונקים למעט מרמוסטים.
החוקרים השתמשו בשלושה מודלים של רגרסיה שנענשו כדי להעריך את תוחלת החיים המקסימלית, משך ההיריון והגיל בבגרות מינית עבור כל מין בהתבסס על הגרסה העדכנית ביותר של מסד הנתונים של anAge. תוחלת החיים המקסימלית המשוערת, שנמדדה באמצעות אומדני שנת יומן, הייתה אורך החיים המקסימלי האפיגנטי או המתיל של DNA. החוקרים חקרו את הקשר בין גיל כרונולוגי ומשתנים בתולדות החיים בקרב האנשים שנדגמו. הם פיתחו חיזוי שונה של אורך חיים מקסימלי (אומד בעלי חיים צעירים) בהתבסס על דגימות מבעלי חיים צעירים מגיל הבגרות המינית הטיפוסי של המין ופחות מחמש שנים.
חוקרים יצרו תחזיות היסטוריות חיים אגנוסטיות של רקמות המבוססות על רמות מתילציה ממוצעות בכל המינים וסוגי הרקמות. הם בדקו את המנבאים הללו על בעלי חיים נבחרים עם סוגי רקמה מגוונים כדי להבין טוב יותר כיצד סוג הרקמה משפיע על הערכות אריכות ימים. החוקרים השתמשו במודלים של רגרסיה נטו אלסטית כדי להעריך את תוחלת החיים המקסימלית בהתבסס על נתוני מתילציה של CpG ואינדיקציות לסדר טקסונומי. הם העריכו את הדיוק של המנבא עם מודלים של רגרסיה של ה-k-השכן הקרוב ביותר. המחקר בחן גם הבדלים אפשריים בתחזיות אורך חיים מקסימלי בין המינים באמצעות מודל הרגרסיה הסופי, המנבא אורך חיים ברמת המין בסולם לוגריתמי.
ניתוח רב-משתני של תכונות היסטוריות חיים באמצעות מנבאים אפיגנטיים. נתון זה מסכם את ניתוח האימות הצולב של צא-אחד-מין החוצה (LOSO) של מנבאים אפיגנטיים. כל האומדנים עוברים טרנספורמציה ביומן (בסיס e) עבור תכונות שונות של היסטוריית חיים, כולל (א ו ב) תוחלת חיים מקסימלית (בשנים יומן), (ג) זמן הריון (בימי יומן), ו-ד) גיל בבגרות מינית (בשנים יומן). כל מין בלוחות הפיזור מסומל במספר מסוים. החלק השלם (המספר השלם) של ייצוג מספרי זה מתאים לסדר הטקסונומי שלו. המספרים הללו, המקודדים בצבע לפי הסדרים הטקסונומיים שלהם, מקשרים למינים שונים. לערכים מספריים מפורטים, עיין בטבלה S4 ובאיור. S8. הכותרת בראש כל פאנל מספקת מקדם מתאם פירסון (ר), שגיאה חציונית אבסולוטית (MAE), ותוצאה דו-צדדית לא מותאמת פ ערך (פ). עקביות בייצוג הצבעים עבור סדרים טקסונומיים נשמרת לאורך כל זה ונתונים קשורים אחרים. קו מקווקו בתוך שלילות הפיזור מייצג את קו החיזוי המושלם, בעוד שהקו האדום המוצק הוא הרגרסיה הליניארית המותאמת. צלליות בעלי חיים המוצגות מקורן במסד הנתונים של פילופיק (https://www.phylopic.org/) או ויקימדיה, שנמצאות תחת תחום ציבורי או רישיון CC BY 3.0
תוצאות
תחזיות אריכות החיים המקסימלית של DNAm הצביעו על תועלת מובנית של אריכות ימים לנשים על פני גברים בקרב 17 מינים ביולוגיים של יונקים, כולל בני אדם. ההערכות לא הושפעו מתכנות מחדש חלקי ומהגבלות קלוריות. הפרעות גנטיות ברשתות סומטוטרופיות המערבות קולטנים הקשורים להורמון גדילה השפיעו על אורך החיים המרבי של ה-DNA ברקמות ספציפיות. שיעורי התמותה הקשורים מסרטן לא היו מתואמים עם הערכות תכונת החיים האפיגנטית.
מעריך אריכות החיים המקסימלית של DNAm לא זיהה שינויים תוך-מין באורך החיים, כמו בין גזעי כלבים שונים. אורך חיים מקסימלי מוכח בחלקו על ידי חתימות אפיגנטיות שהן תכונות מהותיות ונבדלות מאלה הקשורות לסיכוני מוות ברמת הפרט. נתוני DNAm שנוצרו על ידי מערך יונקים עשויים לסווג במדויק מינים, מין ורקמות מדגימות. המנבאים האפיגנטיים מדויקים, כאשר משך החיים המרבי החזוי שלו תואם בערך את אלה שנצפו אצל מבוגרים.
לזמן הריון בפועל יש קשר חזק יותר עם משך החיים הצפוי. החיזוי האפיגנטי של גיל בבגרות מינית מראה קשר מעט חלש יותר לנתונים שנצפו. מנבא החיות הצעירות מציג מתאמים חזקים עם אורך החיים המקסימלי הצפוי, למרות שאילוץ הגיל הגביל את מספר המינים הנגישים לחקירה. הצוות מצא כי משך החיים המרבי המשוער עבור דגימות בודדות עשוי להיות שונה וכי משכי ההיריון וגילי הבגרות המינית מתואמים במידה ניכרת עם הגיל בחלק משכבות המין-רקמות.
המחקר הראה קשר חיובי בין אורך חיים מקסימלי למשקל מבוגר ממוצע על פני מינים למרות מתאם שלילי בין משקל בוגר לאריכות חיים מקסימלית במינים אחרים. עם זאת, המנבא האפיגנטי של אריכות ימים מירבית היה קשור באופן חיובי לערכים בפועל. החוקרים מצאו קשר שלילי בין הסיכון לסרטן יונקים לבין תקופת ההיריון הנצפית, מה שמרמז שמאפיינים היסטוריים עשויים לחזות את הסיכון לתמותה מסרטן ביונקים. עם זאת, לא התגלה קשר מובהק בין תחזיות אפיגנטיות של מאפייני תולדות חיים לבין הסיכון לסרטן יונקים, מה שמצביע על כך שלפעילויות אורח חיים הייתה השפעה זניחה על אורך החיים האנושי המקסימלי.
המחקר מצא כי אורך החיים המקסימלי של מין קשור באופן משמעותי לחתימה האפיגנטית שלו, ללא קשר למין, מסת גוף, הגבלת קלוריות או אורח חיים. חתימה זו מושפעת מנוק-אאוט של הורמון גדילה ותכנות מחדש מלא. לאומדנים אפיגנטיים היה דיוק גבוה יותר עבור זמן ההריון מאשר עבור אורך חיים מקסימלי, ככל הנראה בשל קושי באיסוף נתונים נכונים על פני מינים שונים. דימורפיזם מיני בתחזיות תוחלת חיים הדגים התאמה בין המינים, בעוד שלנקבות היה משך חיים צפוי גבוה יותר ב-17 מינים, כולל בני אדם.
