Diseño de un reloj de metilación que evalúa de forma fiable las intervenciones antienvejecimiento

¿Se puede confiar en los relojes de metilación en este contexto? los primeros relojes fueron entrenados solo en la edad cronológica y, sin embargo, predijeron la morbilidad y la mortalidad mejor que la edad cronológica. He estado entusiasmado con la tecnología desde 2013. Pero recientemente ha habido desafíos sustanciales para la validez de todos los relojes existentes.


Un artículo publicado la semana pasada cumple un deseo que he expresado en columnas anteriores. He creído que los relojes de metilación son la mejor herramienta que tenemos para evaluar las intervenciones antienvejecimiento, y existe el potencial de acelerar enormemente los ensayos antienvejecimiento. Pero no está probado que retrasar cualquier reloj de metilación dará como resultado una mayor longevidad.

Los relojes de metilación son un sustituto de la expresión génica. El problema es que con la edad le suceden dos cosas a la expresión génica.

[1] El envejecimiento programado activa la inflamación crónica y apaga los mecanismos de reparación con la edad.

[2] El cuerpo está cada vez más dañado y los mecanismos de reparación se activan en respuesta a ese daño.

Sí, el cuerpo lucha consigo mismo a medida que envejecemos. Algunos de los cambios epigenéticos que ocurren son suicidas, pero las respuestas fundamentales de autoprotección todavía están en juego.

Supongamos que toma una pastilla anti-envejecimiento. Si la píldora te hace lucir más joven según [1] entonces estás destinado a vivir más tiempo; pero si puntúas más joven según [2] lo más probable es que su vida se acorte aún más.

La forma en que se derivan la mayoría de los relojes de metilación no indica qué combinación de [1] y [2] entra en el algoritmo de edad. Para complicar aún más la situación, un tipo fuerte [2] la respuesta podría ser una indicación de más daño, lo que sería malo, o una respuesta hormética efectiva, lo que sería bueno.

(He argumentado que el reloj PhenoAge probablemente está sesgado hacia [1]y me preocupaba que el reloj GrimAge pudiera tener muchas [2].)

Esta preimpresión de Ying et al.una colaboración entre el laboratorio Gladyshev en Harvard y el laboratorio Horvath en UCLA, utiliza métodos bioinformáticos para enfrentar el problema de frente.

«No está claro si los cambios en la metilación del ADN que se utilizan para predecir la edad son causales de los fenotipos relacionados con el envejecimiento o son simplemente subproductos del proceso de envejecimiento que no influye en el envejecimiento en sí».

Agregaría: O peor aún, algunos cambios de metilación con la edad en realidad mitigan el daño [2]y «restablecerlos» sería perjudicial para la salud, probablemente acortando la vida útil.

El experimento que queremos hacer sería cambiar la metilación en miles de CpG en una muestra de personas y ver cómo afecta el cambio a su salud. Esto es muy poco práctico, tanto porque aún no podemos manipular la metilación de la citosina directamente, como porque la cantidad de sujetos involucrados sería enorme. Un enfoque práctico sería calibrar un reloj antiguo contra datos históricos utilizando vida útil restante como objetivo (ver más abajo, “Una alternativa más simple”). Este procedimiento no se ha seguido, que yo sepa, pero fenoedad, GrimAgey Ritmo de Dunedin todos tienen algunas características de este procedimiento.

El nuevo artículo que estoy revisando aquí adopta un enfoque diferente, implementando GWAS.

GWAS (Estudios de asociación de todo el genoma) se han utilizado en el pasado para correlacionar varios resultados de salud con variantes genéticas comunes. Por ejemplo, uno podría mirar los datos de 23 y yo para personas que han tenido ataques cardíacos y compararlos con una muestra emparejada de personas que no han tenido ataques cardíacos; luego busque variaciones del genoma (SNP) que tienden a ser diferentes en los dos grupos. Las computadoras rápidas pueden hacer millones de cálculos de correlación e informar sobre los que muestran los resultados más sólidos.

¿Cómo podría aplicarse esto a los sitios de metilación? La metilación afecta qué genes se activan en un individuo, en lugar de qué alelo del gen ese individuo tiene. El truco es buscar correlaciones de 3 vías. MeQTL significa «loci de rasgos cuantitativos de metilación». Hay SNP que están asociados con cambios de metilación en CpG particulares y también con resultados de salud. Tal vez sea a través del CpG que el cambio de metilación esté causando el efecto en la salud. ¿Cómo pueden determinar si este es el caso? Una propuesta fue presentada por Richardson et al. [2018]

Resumen
Hemos llevado a cabo un estudio sistemático de aleatorización mendeliana (MR) utilizando loci de rasgos cuantitativos de metilación (meQTL) como
instrumentos genéticos para evaluar la relación entre la variación genética, la metilación del ADN y 139 rasgos complejos. Usando MR de dos muestras, identificamos 1148 asociaciones en 61 rasgos donde las variantes genéticas se asociaron con ambos proximales Metilación del ADN (es decir, cis-meQTL) y variación de rasgos complejos (P 08). El mapeo de probabilidad conjunta proporcionó evidencia que la variante genética que influyó en los niveles de metilación del ADN para 348 de estas asociaciones en 47 rasgos también fue responsable de la variación en rasgos complejos. Estas asociaciones mostraron una alta tasa de replicación en el BIOS QTL y Conjuntos de datos del Biobanco del Reino Unido para 14 rasgos seleccionados, ya que 101 de las 128 asociaciones intentadas sobrevivieron a múltiples correcciones de prueba (P 04). La integración de datos de loci de rasgos cuantitativos de expresión (eQTL) sugirió que las variantes genéticas responsables de 306 de las 348 asociaciones meQTL refinadas también influyen en la expresión génica, lo que indica un sistema coordinado de efectos que son consistentes con la causalidad. … Aunque somos incapaces de distinguir la mediación de la pleiotropía horizontal en estos análisisnuestros hallazgos deberían resultar valiosos para priorizar los loci candidatos donde el ADN la metilación puede influir en los rasgos y ayudar a desarrollar una visión mecanicista de la etiología de enfermedades complejas. [Richardson 2018]

El método consiste en buscar correlaciones de 3 vías entre (A) el rasgo en cuestión, (B) la metilación de un sitio CpG particular y (C) una variación genética puntual (SNP). Es un juego peligroso por varias razones. Primero, escanear una gran cantidad de posibilidades asegura que algunas de ellas resulten positivas solo por casualidad. Si ejecuta un experimento 20 veces, probablemente obtenga algún resultado (en una sola ejecución) que se muestre como estadísticamente significativo, con probabilidades contra la posibilidad de p-6. Suena impresionante decir p

Las personas que hacen estos análisis no son incompetentes. Lo saben y lo compensan estableciendo el umbral 100 veces más bajo, en este caso p-8. Pero estas probabilidades siempre se calculan sobre la base de una serie de suposiciones no verificables, y siempre es posible que se deslice alguna asociación aleatoria.

Hay un segundo problema con estas asociaciones de 3 vías. Recuerde que lo que estamos tratando de establecer es que un CpG en particular causa un rasgo en particular.

CpG ⇒ rasgo

Al carecer de una forma de correlacionar directamente el CpG con el rasgo, este método se basa en el hecho de que tanto el rasgo como el CpG están asociados con el mismo SNP. La implicación «causal» es que

SNP ⇒ CpG ⇒ rasgo

Pero los autores pasan por alto la posibilidad de que

SNP ⇒ rasgo y
SNP ⇒ CpG

En palabras: supongamos que el SNP tiene dos acciones (la pleiotropía es la regla y no la excepción) de modo que provoca de forma independiente el rasgo y la metilación de CpG. En este caso, no hay indicios de que el CpG realmente cause el rasgo. Una posibilidad aún peor es esta:

SNP ⇒ rasgo ⇒ CpG

Esto es particularmente preocupante. Por ejemplo, si el rasgo es inflamación, le gustaría establecer el hecho de que este sitio de metilación en particular causa inflamación. Pero si el CpG está asociado con una respuesta de extinción a la inflamación, entonces esperaría que la activación del CpG sea parte de la solución del cuerpo a la inflamación percibida.

El hecho de que se tienda a ver camiones de bomberos e incendios en los mismos lugares de una ciudad no significa que los camiones de bomberos provoquen incendios.

Estoy a favor de usar estadísticas sofisticadas para aprender sobre el metabolismo. Pero cuanto más embriagadoras sean las estadísticas que utilice, más tendrá que preocuparse por las cosas que podrían salir mal.

Todo esto en el contexto de mi sofisticación limitada con métodos estadísticos avanzados. Los autores de este estudio reconocen todos los peligros que he catalogado, y presentan argumentos de por qué los han compensado efectivamente. No tengo los antecedentes para emitir un juicio sobre esos argumentos.

“Aquí, aprovechamos los datos genéticos a gran escala y realizamos pruebas aleatorias mendelianas en todo el epigenoma. ización (EWMR) en 420,509 sitios CpG para identificar sitios CpG que son causales de doce relacionados con el envejecimiento rasgos. Descubrimos que ninguno de los relojes existentes está enriquecido para sitios CpG causales”.

Tomo esto como una bandera roja. ¿Cómo puede ser que haya una superposición insignificante entre los CpG encontrados por esta nueva metodología GWAS y cualquiera de los relojes Horvath del pasado? Creo que el envejecimiento está impulsado en un nivel profundo por cambios epigenéticos, y esto le da credibilidad a la idea detrás de los relojes de metilación. He reconocido el riesgo de que estos relojes puedan estar contaminados con algunos CpG que no son impulsores del envejecimiento. [1] pero las respuestas al envejecimiento [2]. Pero si creemos en estos nuevos resultados, tenemos que descartar GrimAge y PhenoAge como algo peor que inútil.

«Contradiciendo la noción popular de que la mayoría de los cambios relacionados con la edad son malos para el organismo, nuestros hallazgos revelaron que, en términos de la cantidad de CpG, no hubo un enriquecimiento para los cambios de metilación protectores o dañinos durante el envejecimiento».

Los primeros dos artículos que propusieron que la metilación es un factor principal del envejecimiento aparecieron en 2012 [one, two]. Yo era un partidario entusiasta en 2013. Una década después, estos artículos han sembrado todo un campo de estudio. Pero la declaración anterior sugiere que todo esto fue en vano, que los cambios de metilación con la edad son solo una correlación, y noRealmente no tiene que ver con los impulsores del envejecimiento [1] o protección contra daños [2].

“Nuestros resultados sugieren que el conocido efecto relacionado con la vida útil [of APOE] puede estar mediada por la metilación del ADN”.

Esto en sí mismo es una conclusión sorprendente y debería conducir a terapias basadas en la metilación para los millones de personas que tienen un riesgo elevado de EA y CVD según APOE4 en sus genomas.

Tres relojes nuevos

Ying et al anuncian la creación de tres nuevos relojes de metilación basados ​​en la ciencia descrita anteriormente. CausaEdad se desarrolló utilizando métodos tradicionales con un impulso adicional para los sitios que se identifican a través de GWAS como asociados con las causas del declive relacionado con la edad. Daño fue diseñado para incluir solo sitios que están asociados con un daño creciente al cuerpo; tiempo AdaptAge fue diseñado para basarse en lo opuesto: sitios asociados con adaptaciones protectoras. Anotando mayores en el Daño presumiblemente, el reloj es algo malo porque indica más daño, mientras que la puntuación es más antigua en el AdaptAge reloj debe asociarse, paradójicamente, con un más extenso esperanza de vida. «Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que la aceleración de DamAge puede ser dañina y acortar la esperanza de vida, mientras que la aceleración de AdaptAge sería protectora o neutral, lo que podría indicar una longevidad saludable». Tuve que leer esta frase varias veces porque era al revés de lo que esperaba del texto. Basado en esta oración, supongo que Daño corresponde a lo que llamé [1] arriba, y AdaptAge es [2].

“Encontramos que el tratamiento a corto plazo con condensado de humo de cigarrillo en los bronquios las células epiteliales aceleraron significativamente el Daño pero no afectaron a otros relojes probados (Fig. 6c). Además, una suplementación con ácidos grasos omega-3 durante 6 semanas en sujetos con sobrepeso, que ha demostrado proteger contra las enfermedades cardiovasculares relacionadas con la edad, aumentó significativamente AdaptAge y redujo DamAge (Fig. 6c)”.

Este es otro signo de interrogación para mí. El humo del cigarrillo hace Daño se ve viejo. Siempre he imaginado que el efecto directo del humo es dañar el tejido pulmonar, y que algún tipo de respuesta epigenética a esto es el cuerpo.s intento de protegerse a sí mismo. eso seria un tipo [2] respuesta (hormética). Pero de acuerdo con la oración subtitulada arriba, el humo del cigarrillo tiene un efecto directo y perjudicial sobre la metilación, un tipo [1] respuesta. puedoNo digo que esto sea imposible, simplemente inesperado.

Una alternativa más simple

El reloj de metilación ideal estaría arraigado en una comprensión profunda de la bioquímica. Sabríamos qué genes están asociados con la inflamación, con la senescencia inmunológica, con las hormonas sexuales, con la apoptosis, con los lípidos en sangre, y también qué CpG activan y desactivan estos genes. Este tipo de detalle no está disponible en la actualidad, pero es un objetivo razonable a largo plazo.

He aquí mi propuesta para crear un reloj de envejecimiento que mida lo que más nos interesa: ¿la edad biológica de una determinada persona es mayor o menor que otras de la misma edad cronológica?

Comience con una muestra histórica de perfiles de metilación de muestras de biobancos de personas que han muerto en los años intermedios. Entrene un nuevo reloj de metilación sobre el número de años que sobrevivió cada sujeto desde que se extrajo la muestra, e incluya en el objetivo una penalización por edad cronológica. En otras palabras, el objetivo de entrenamiento es la cantidad de años que la persona realmente vivió menos la cantidad de años que se esperaba que viviera dada su edad cronológica.

(Después de hacer malabares en mi mente con el género de los pronombres en la oración anterior, me doy cuenta de que, dado lo que sabemos sobre los diferentes mecanismos de envejecimiento por sexo, realmente deberíamos hacer este análisis para crear relojes de metilación separados para hombres y mujeres).

Hay muchos más datos disponibles ahora que cuando Steve Horvath hizo su trabajo pionero en 2012-13. Sus relojes han sido obligados a ser lineales en cada sitio de metilación para adultos. Pero tenemos razones para creer que los cambios epigenéticos vienen en oleadas, siendo los diferentes sitios de metilación los más importantes a diferentes edades. Así que calibremos dos relojes diferentes para cada década de la vida, y para hombres y mujeres.

Mientras hago una lista de deseos, agregaría que mi reloj de metilación ideal debería evitar ser demasiado sensible a cualquier CpG. Esto se debe a la razón práctica de que existen problemas de control de calidad que provienen de la técnica de laboratorio y de la fabricación de microesferas.

El problema viene de tener grandes contribuciones positivas y negativas en el algoritmo de edad, que se cancelan sensiblemente en el resultado final. La forma de evitar este problema es derivar dos relojes separados, uno basado solo en CpG que aumentan la metilación con la edad y el otro basado solo en aquellos que disminuyen la metilación con la edad; luego promedie los dos cálculos para los relojes positivos y negativos.

Creo que este proyecto es más que factible, debería ser mucho menos trabajo que el presente análisis de Ying et al. Y para mí, tendría la ventaja de ser transparente, no depender de suposiciones innecesarias y evitar referencias indirectas de correlaciones de 3 vías. Si alguien que lea esto tiene acceso a los datos, me encantaría hacer las estadísticas.

¿Y por qué deberíamos tener fe en que la construcción que describo debería conducir predominantemente a sitios que tienen una relación causal con la senescencia? [1]? No es pan comido, pero el hecho de que una persona muera más tarde de lo esperado es una buena indicación de que las respuestas protectoras están activas y el envejecimiento programado ha disminuido. Nuestra comprensión de la situación se confunde con la hormesis.

La línea de fondo

Este nuevo trabajo debería hacer que se reconsidere todo el trabajo antienvejecimiento de los últimos años que se ha basado en relojes de metilación para medir el éxito. El mensaje es que los relojes que se han desarrollado hasta ahora son, en el mejor de los casos, ortogonales a las verdaderas causas del envejecimiento y, en el peor de los casos, podrían alentar intervenciones que realmente apagan las protecciones naturales del cuerpo. Si creemos en los nuevos resultados, Daño sería una opción mucho mejor que cualquier cosa disponible anteriormente para cualquier ensayo antienvejecimiento, pero la diferencia Daño menos AdaptAge podría ser incluso mejor.

como el Proyecto DataBETA se lanza este otoño, tengo un interés profesional directo en elegir la tecnología adecuada para evaluar una amplia gama de intervenciones y combinaciones que suelen utilizar las personas que intentan vivir más tiempo.

He estado entusiasmado con los relojes de metilación desde el principio sobre la base de que (A) por razones teóricas, me parece creíble que la epigenética impulsa el envejecimiento, y (B) el reloj de Horvath original, derivado solo de la edad cronológica, predice la mortalidad mejor que la cronológica. años. Me cuesta tirar ese razonamiento basado en una nueva preimpresión. Pero también ha habido Experimento de vida útil de Katchery La cautela de Levine basado en motivos teóricos, los cuales han sacudido mi fe en los relojes de metilación a principios de este año.

Francamente, si El nombre de Horvath no hubiera estado en este ms, no me habría inclinado a tomarlo en serio. ¿Deberíamos creer los nuevos resultados, que parecen desacreditar todo el análisis que él y otros han hecho en la primera década de los relojes epigenéticos?

No tengo la experiencia para responder a esta pregunta. Espero que este trabajo reciba un desafío profundo y respetuoso durante el proceso de revisión por pares, y que personas con más habilidades estadísticas que yo debatan ambos lados de esta pregunta en los próximos meses.

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