Jena – Forschende des Leibniz-Instituts für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) haben ein neues epigenetisches Uhr-Modell entwickelt, das nicht nur das Alter präzise vorhersagt, sondern auch besser nachvollziehbar macht, welche biologischen Prozesse dem Altern zugrunde liegen.
Epigenetische Uhren nutzen charakteristische Veränderungen in der DNA-Methylierung, um das biologische Alter einer Person zu bestimmen. Obwohl sie in der Alternsforschung weit verbreitet sind, war bislang unklar, welche molekularen Mechanismen hinter ihren Vorhersagen stehen.
Das Team um Tushar Patel und Alena van Bömmel analysierte daher systematisch die DNA-Methylierungsstellen etablierter epigenetischer Uhren mit besonderem Fokus auf Bindungsstellen von Transkriptionsfaktoren. Diese regulieren die Genexpression und sind zentral für zelluläre Prozesse.
Auf dieser Grundlage entwickelten die Forschenden das neue Modell TFMethyl Clock. Im Unterschied zu bisherigen Ansätzen berücksichtigt es gezielt DNA-Methylierungsstellen, die sowohl altersabhängig sind als auch in Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen liegen. Ergänzt wurde das Modell durch neue statistische Verfahren zur Gruppierung biologisch ähnlicher Methylierungsmuster.
Das TFMethyl Clock erreichte eine Vorhersagegenauigkeit, die mit etablierten Modellen vergleichbar oder in manchen Fällen sogar besser war. Gleichzeitig liefert es deutlich mehr Hinweise auf die biologischen Prozesse, die mit dem Altern in Verbindung stehen. So fanden die Forschenden Hinweise auf die Beteiligung von Signalwegen, die unter anderem mit der Produktion des Entzündungsmediators Interleukin-1? und dem Fettsäurestoffwechsel zusammenhängen.
Etwa drei Viertel der vom Modell identifizierten Zielgene zeigten altersabhängige Veränderungen in ihrer Genaktivität. Dies deutet darauf hin, dass die ausgewählten Marker tatsächlich funktional relevante Alterungsprozesse widerspiegeln.
„Unser Modell ist nicht nur eines der genauesten bisher entwickelten, sondern bietet erstmals Hinweise auf die biologischen Mechanismen, die dem Altern zugrunde liegen könnten“, sagt Alena van Bömmel, die kürzlich an die Ludwig-Maximilians-Universität München berufen wurde.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nucleic Acids Research veröffentlicht (DOI: 10.1093/nar/gkag661). Die Forschenden sehen in dem neuen Ansatz eine Möglichkeit, epigenetische Uhren künftig nicht nur als Biomarker, sondern auch als Werkzeuge zur Untersuchung molekularer Alterungsprozesse einzusetzen.
