L’orologio di Horvath, il primo orologio biologico “universale” / The Horvath Clock, the First “Universal” Biological Clock
L’orologio di Horvath, il primo orologio biologico “universale” / The Horvath Clock, the First “Universal” Biological Clock
- Steve Horvath, biogerontologo e biostatistico, è uno dei pionieri nello sviluppo di orologi biologici epigenetici
- Le sue ricerche riguardano soprattutto la metilazione di alcuni geni e hanno portato a definire un metodo per valutare il processo di invecchiamento di tessuti, organi ed organismi
- L’”età della metilazione” è vicina allo zero per le cellule staminali embrionali
Età anagrafica ed età biologica
Definire l’invecchiamento solamente sulla base dell’età anagrafica – banalmente, di quanti giri la Terra ha compiuto intorno al Sole da quando siamo nati – è riduttivo: due persone nate nello stesso anno possono avere due stati di salute e due processi di invecchiamento molto diversi. È nata così la ricerca di nuove definizioni di età che rendessero conto dello stato di salute e fossero predittive della propensione ad ammalarsi o rimanere in salute, e soprattutto che si basassero su indicatori di funzionalità fisiologica dell’organismo e biomarcatori molecolari.
Fra i pionieri nello sviluppo di questi “orologi biologici” c’è Steve Horvath, biogerontologo e biostatistico, che nel 2013 ha pubblicato uno studio sul suo orologio biologico epigenetico basato sulla metilazione del Dna.
Le regole per definire un orologio biologico
Horvath ha definito quattro condizioni che stabiliscono se un orologio biologico è sensato e funzionale: deve essere in grado di fornire una misura quantitativa che correla con l’età; deve essere applicabile a tutti i mammiferi; deve valere per la maggior parte dei tipi di cellule (e quindi deve valere per organi e tessuti diversi); deve essere in grado di predire la mortalità, il rischio di ammalarsi ed in generale il declino dello stato di salute; infine, deve essere applicabile anche a cellule studiate in laboratorio.
Considerando la complessità dell’organismo umano, comunque, definire un’età biologicaDiversa dall'età cronologica. È una misura dell’invecchiamento dell'organismo, basata sull’efficacia dei meccanismi che mantengono giovani le cellule e su marcatori della funzionalità di organi e apparati. globale non è banale: per questo la maggior parte degli studi si è concentrato inizialmente sulla definizione di età biologica dei singoli tessuti e organi.
Horvath ha definito quattro condizioni che stabiliscono se un orologio biologico è sensato e funzionale: deve essere in grado di fornire una misura quantitativa che correla con l’età; deve essere applicabile a tutti i mammiferi, deve valere per la maggior parte dei tipi di cellule; deve essere in grado di predire lo stato di salute.
Il ruolo della metilazione
L’orologio epigenetico sviluppato da Horvath considera come indicatore primario dell’età biologica il cambiamento dei processi di metilazione di alcuni geni. Vediamo di che si tratta. L’identità delle cellule, la loro specializzazione ed anche la loro capacità di funzionare a dovere sono stabilite da due componenti: la genetica, ovvero l’insieme delle informazioni biologiche che una cellula ha a disposizione, e l’epigeneticaLetteralmente “al di sopra della genetica”. Con questo termine s’intendono tutti i processi biochimici che, senza modificare la sequenza del DNA, incidono sulla espressione dei geni, sia “accendendoli” che “spegnendoli”., ovvero le modificazioni del Dna che non cambiano il codice genetico, ma che ne modificano la struttura e influenzano il modo in cui i geni vengono letti ed espressi in una cellula.
Fra i processi epigenetici fondamentali nello sviluppo, nella differenziazione e nel mantenimento dell’”identità cellulare” c’è la metilazione. Semplificando, è un meccanismo che regola l’espressione genetica delle cellule mediante il trasporto di gruppi metili che si associano alle basi azotate nel Dna. Assieme ad altri processi epigenetici, la metilazione ha un ruolo centrale nei processi che portano allo sviluppo di malattie e anche nei processi di invecchiamento, e molti studi l’hanno identificata come un buon marcatore dell’età per diversi tessuti.
L’orologio epigenetico sviluppato da Horvath considera come indicatore primario dell’età biologica il cambiamento dei processi di metilazione di alcuni geni.
L’orologio di Horvath
Con lo scopo di trovare un predittore di età che consentisse di stimare l’età di metilazione del Dna della maggior parte dei tessuti e dei tipi di cellule, Horvath ha considerato 8 mila campioni provenienti dall’Illumina DNA methylation array – un database che contiene i livelli di metilazione del Dna in vari punti del genoma umano. I dati riguardavano 51 tessuti e diversi tipi di cellule sane. L’analisi sistematica dei campioni ha consentito di stilare una serie di proprietà riguardanti l’”età della metilazione del Dna”: per esempio che è vicina a zero per le cellule staminali embrionali, che è correlata al numero di passaggi delle cellule, che il “tasso di invecchiamento epigenetico” è ereditabile e che è applicabile anche ai tessuti degli scimpanzé.
In uno studio successivo condotto in Italia su famiglie costituite da ultracentenari (circa 105 anni) e sui figli di 71 anni in media, Horvath ed il gruppo di ricercatori italiani hanno osservato che, dal punto di vista epigenetico, i centenari sono più giovani di 8,6 anni in media rispetto alla loro età cronologica, e che la progenie ha un’età epigenetica inferiore rispetto ai soggetti-controllo di pari età, di circa 5,1 anni.
L’idea di Horvath, quindi, è che l’età della metilazione del Dna sia una misura cumulativa del grado di mantenimento epigenetico di un organismo: mentre il processo di invecchiamento di ciascun tessuto o organo è legato a mutazioni cellulari specifiche, la metilazione è un processo che correla strettamente con l’età e riguarda tutti i tessuti di un organismo.
L’orologio epigenetico proposto nel 2013, quindi, può essere utilizzato come parametro per rispondere ad una serie di domande nella biologia dello sviluppo, del cancro e dell’invecchiamento. In uno degli studi più recenti, pubblicato lo scorso anno, Horvath è anche riuscito a stimare un’età biologica basata sulla metilazione valida per 59 tipi di tessuto in 128 specie di mammiferi.
ENGLISH
Certain epigenetic mechanisms underlie the aging process in many mammalian species, including humans. This is the basis of the clock developed by Steve Horvath, a pioneer in biological age research.
Steve Horvath, a biogerontologist and biostatistician, is one of the pioneers in the development of epigenetic biological clocks.
His research focuses primarily on the methylation of certain genes and has led to the development of a method for assessing the aging process of tissues, organs, and organisms.
The "methylation age" is close to zero for embryonic stem cells.
Chronological Age and Biological Age
Defining aging solely on the basis of chronological age—simply, the number of revolutions the Earth has made around the Sun since we were born—is reductive: two people born in the same year can have two very different states of health and two very different aging processes. This sparked a search for new definitions of age that would reflect health status and predict the propensity to become ill or remain healthy, and above all, that would be based on indicators of the body's physiological function and molecular biomarkers.
Among the pioneers in the development of these "biological clocks" is Steve Horvath, a biogerontologist and biostatistician, who in 2013 published a study on his epigenetic biological clock based on DNA methylation.
The Rules for Defining a Biological Clock
Horvath defined four conditions that establish whether a biological clock is meaningful and functional: it must be able to provide a quantitative measure that correlates with age; it must be applicable to all mammals; it must be valid for most cell types (and therefore must be valid for different organs and tissues); it must be able to predict mortality, the risk of disease, and generally the decline in health; and finally, it must also be applicable to cells studied in the laboratory.
Considering the complexity of the human organism, however, defining biological age
Different from chronological age. It is a measure of the organism's aging, based on the effectiveness of mechanisms that keep cells young and on markers of organ and system function.
A global biological clock is not trivial: this is why most studies initially focused on defining the biological age of individual tissues and organs.
Horvath defined four conditions that establish whether a biological clock is meaningful and functional: it must be able to provide a quantitative measure that correlates with age; it must be applicable to all mammals; it must be valid for most cell types; it must be able to predict health.
The Role of Methylation
The epigenetic clock developed by Horvath considers changes in the methylation processes of certain genes as the primary indicator of biological age. Let's see what it is. The identity of cells, their specialization, and even their ability to function properly are determined by two components: genetics, the set of biological information available to a cell, and epigenetics.
Literally, "above genetics." This term refers to all the biochemical processes that, without modifying the DNA sequence, affect the expression of genes, either "turning them on" or "turning them off."
, that is, DNA modifications that do not change the genetic code, but rather modify its structure and influence the way genes are read and expressed in a cell.
Among the epigenetic processes fundamental to development, differentiation, and the maintenance of "cellular identity" is methylation. Simply put, it is a mechanism that regulates the genetic expression of cells through the transport of methyl groups that associate with nitrogenous bases in DNA. Along with other epigenetic processes, methylation plays a central role in the processes that lead to the development of diseases and even in the aging process, and many studies have identified it as a good marker of age for various tissues.
The epigenetic clock developed by Horvath considers changes in the methylation processes of certain genes as the primary indicator of biological age.
Horvath's Clock
To find an age predictor that would allow estimating the DNA methylation age of most tissues and cell types, Horvath considered 8,000 samples from the Illumina DNA methylation array—a database containing DNA methylation levels at various sites across the human genome. The data covered 51 tissues and various healthy cell types.
Systematic analysis of the samples allowed them to draw up a series of properties regarding "DNA methylation age": for example, that it is close to zero for embryonic stem cells, that it correlates with the number of cell passages, that the "epigenetic aging rate" is heritable, and that it also applies to chimpanzee tissues.
In a subsequent study conducted in Italy on families of centenarians (approximately 105 years old) and their offspring, who averaged 71 years of age, Horvath and the Italian research team observed that, epigenetically, centenarians are 8.6 years younger than their chronological age on average, and that their offspring have an epigenetic age lower than age-matched controls, by approximately 5.1 years.
Horvath's idea, therefore, is that DNA methylation age is a cumulative measure of an organism's degree of epigenetic maintenance: while the aging process of each tissue or organ is linked to specific cellular mutations, methylation is a process that correlates closely with age and affects all tissues in an organism.
The epigenetic clock proposed in 2013, therefore, can be used as a parameter to answer a series of questions in developmental biology, cancer, and aging. In one of the most recent studies, published last year, Horvath also managed to estimate a biological age based on methylation valid for 59 tissue types in 128 mammalian species.
Da:
https://solongevity.com/longevity-news/lorologio-di-horvath-il-primo-orologio-biologico-universale/
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