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狗狗1岁相当于人类31岁!基于基因组甲基化图谱建立首个跨物种年龄转换公式

狗狗1岁相当于人类几岁?

有一种说法“狗的年龄乘以7可以得出对应的人类年龄”,但真的是这样吗?

近日,加州大学圣地亚哥分校的研究团队绘制了拉布拉多犬基因组中的甲基化变化图谱,并得出一个公式,可以更准确地比较人类和狗的年龄。结果表明,狗和人类在其寿命中的老化速度不同,因此这种比较并不是像1:7那样完全线性的。更重要的是,该研究团队建立的基于甲基化的公式是第一个可跨物种的年龄转换公式,不仅帮助科学家评估抗衰老策略,还可以为兽医提供潜在的有用工具。该研究成果发表在Cell Systems上,文章题为“Quantitative Translation of Dog-to-Human Aging by Conserved Remodeling of the DNA Methylome”。

来源:Cell Systems

所有的哺乳动物,无论是狗、人还是其他任何生物,都经历着相似的生命周期,包括胚胎发育、出生、婴儿、青春期、成熟和衰老。发育和衰老在不同物种中是以不同速率发生的保守过程。近年来,科学家发现衰老过程中的关键分子改变是DNA甲基化组的重塑。研究已经发现数以万计的CpG甲基化状态会随着时间的变化而发生可预测的变化,进而能够构建称为“表观遗传钟”的数学模型,利用这些模型来准确地检测个体的年龄。但尚不清楚随着年龄增长发生的主要表观遗传变化是否涉及不同物种中相同或不同(甚至随机)的CpG位点。

该研究由加州大学圣地亚哥分校Trey Ideker教授领导进行,加州大学戴维斯分校兽医学院人口健康与生殖学Danika Bannasch教授以及癌症遗传学和比较基因组学分部主任Elaine Ostrander教授也参与了该研究。Bannasch博士提供了100多只拉布拉多犬的血液样本。作为最早对狗基因组进行测序的人,Ostrander博士为狗基因组分析提供了宝贵的意见。

为比较狗和人类一生中基因组发生的甲基化变化,以确定与年龄相关的保守变化,研究团队开发了一种同亚硫酸氢盐测序(SysBS)方法,用于鉴定狗基因组中与由Illumina人类甲基化组阵列捕获的CpG同义的CpG。数据显示,SysBS可在Illumina阵列的232,000个保守CPG中捕获90,000个CpG。

图:研究概述,来源:Cell Systems

使用这种方法,研究人员对104只拉布拉多犬的基因组甲基化进行了鉴定,年龄在0.1至16岁之间。同时,整合了此前发表的甲基化谱,这些甲基化数据来自1至103岁之间的320个人的血液。通过比较,研究团队绘制了一个公式(人的年龄=16 ln(狗的年龄)+31),可以将狗的年龄与人类年龄进行匹配。

图:狗狗与人类年龄换算

结果表明,甲基化组变化不是按照线性1:7的比率随时间进行。分析发现,幼犬和年轻人、老年狗和老年人的甲基化组最为相似,表明物种间甲基化变化的保守性。与人类相比,在狗年幼时的衰老速度更快。其中,狗的1岁类似于人31岁;狗4岁相当于人53岁;在狗7岁时衰老速度开始变慢。一只12岁的狗相当于71岁的人类。

此外,研究人员将好莱坞巨星汤姆·汉克斯的年龄跟拉布拉多做了对比。从图中可以看出,两岁的拉布拉多的生物学年龄已经到中年了,相当于人类的42岁。

图:人类年龄与狗狗年龄对比,来源:Cell Press

Ideker表示:“表观遗传学的改变为科学家提供了有效的基因组年龄线索,就像一个人的皱纹为年龄提供了线索。”狗为科学家提供了一个独特的机会来对比物种间的甲基化变化。尽管可能有450多个不同的狗品种,但大多数是少数品种衍生的,并且不同狗品种内部具有很强的表型和遗传同质性。鉴于狗与人类的亲密关系,狗的环境和化学暴露也与人类非常相似,它们获得的保健水平几乎相同。

通常甲基化测序预测物种年龄仅用于同一物种。研究团队发现基因组的甲基化状态可用于构建不同物种间的年龄保守模型。数据分析表明,多种哺乳动物在衰老过程中经历了保守的甲基化变化,这些变化的范围是整个甲基化组。但一个物种随着年龄增长而变化的轨迹不一定与另一个物种的变化轨迹一致。

同时,该研究也存在一定的局限性。研究获得的表观遗传模型是用单个犬种开发的,但某些犬种的寿命比其他犬更长,因此还需要进行更多的研究验证。接下来,研究团队计划检测其他犬种,使用唾液样本确定结果是否成立,并通过小鼠模型分析通过各种干预措施延长寿命时其表观遗传标记发生了什么。

参考资料:

1.Quantitative Translation of Dog-to-Human Aging by Conserved Remodeling of the DNA Methylome. Cell Systems, 2020, DOI:https://doi.org/10.1016/j.cels.2020.06.006

https://www.cell.com/cell-systems/fulltext/S2405-4712(20)30203-9

2.Epigenetic Clock More Accurately Aligns Dog Age to Human Years

Epigenetic Clock More Accurately Aligns Dog Age to Human Years

3. Translation of Dog Years Into Human Years Updated With Epigenetic Analysis

https://www.genomeweb.com/sequencing/translation-dog-years-human-years-updated-epigenetic-analysis#.XwV5tjMpj2d

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本文由 测序中国 作者:白云 发表,转载请注明来源!

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