Biomarkers of aging
વૃદ્ધત્વના બાયોમાર્કર્સ એ બાયોમાર્કર્સ છે જે કાલક્રમિક વય કરતાં વધુ સારી રીતે પછીની ઉંમરે કાર્યાત્મક ક્ષમતાની આગાહી કરી શકે છે. બીજી રીતે, વૃદ્ધત્વના બાયોમાર્કર્સ સાચા "જૈવિક વય" આપશે, જે કાલક્રમિક વયથી અલગ હોઈ શકે છે. વૃદ્ધત્વના માન્ય બાયોમાર્કર્સ જીવનકાળ વધારવા માટે પરીક્ષણ દરમિયાનગીરીઓને મંજૂરી આપશે, કારણ કે બાયોમાર્કર્સમાં ફેરફારો જીવતંત્રના સમગ્ર જીવનકાળ દરમિયાન અવલોકનક્ષમ રહેશે. તેમ છતાં મહત્તમ જીવનકાળ વૃદ્ધત્વના બાયોમાર્કર્સને માન્ય કરવાનું એક સાધન હશે, તે મનુષ્યો જેવી લાંબા સમય સુધી જીવતી પ્રજાતિઓ માટે વ્યવહારુ માધ્યમ નહીં હોય કારણ કે સમાંતર અભ્યાસમાં ઘણો સમય લાગશે. આદર્શ રીતે, વૃદ્ધત્વના બાયોમાર્કર્સે વૃદ્ધત્વની જૈવિક પ્રક્રિયાનું મૂલ્યાંકન કરવું જોઈએ અને રોગની પૂર્વધારણાને બદલે, જીવતંત્રમાં ઓછામાં ઓછી માત્રામાં આઘાતનું કારણ બનવું જોઈએ, અને જીવતંત્રના જીવનકાળની તુલનામાં ટૂંકા અંતરાલ દરમિયાન પુનઃઉત્પાદનક્ષમ રીતે માપી શકાય તેવું હોવું જોઈએ. જીવતંત્ર માટે બાયોમાર્કર ડેટાના એકત્રીકરણને તેની "એજોટાઇપ" કહી શકાય. જો કે ઉંમર સાથે વાળનો સફેદ રંગ વધતો જાય છે, તેમ છતાં વાળ સફેદ થવાને વૃદ્ધત્વનું બાયોમાર્કર ન કહી શકાય. તેવી જ રીતે, ત્વચાની કરચલીઓ અને વૃદ્ધત્વ સાથે જોવા મળતા અન્ય સામાન્ય ફેરફારો ભવિષ્યની કાર્યક્ષમતાના કાલક્રમિક વય કરતાં વધુ સારા સૂચકાંકો નથી. બાયોજેરોન્ટોલોજિસ્ટ્સે વૃદ્ધત્વના બાયોમાર્કર્સને શોધવા અને માન્ય કરવાના પ્રયાસો ચાલુ રાખ્યા છે, પરંતુ અત્યાર સુધી સફળતા મર્યાદિત રહી છે. સીડી4 અને સીડી8 મેમરી ટી કોષો અને નિષ્કપટ ટી કોષોના સ્તરનો ઉપયોગ મધ્યમ વયના ઉંદરના અપેક્ષિત જીવનકાળની સારી આગાહી કરવા માટે કરવામાં આવ્યો છે. મોટા ડેટા વિશ્લેષણમાં પ્રગતિએ નવા પ્રકારની "વૃદ્ધ ઘડિયાળો" વિકસાવવાની મંજૂરી આપી. એપિજેનેટિક ઘડિયાળ એ વૃદ્ધત્વનું આશાસ્પદ બાયોમાર્કર છે અને માનવ કાલક્રમિક વયની સચોટ આગાહી કરી શકે છે. કાલક્રમિક વયની સચોટ આગાહી કરવા માટે મૂળભૂત રક્ત બાયોકેમિસ્ટ્રી અને કોષોની ગણતરીનો પણ ઉપયોગ કરી શકાય છે. દક્ષિણ કોરિયન, કેનેડિયન અને પૂર્વીય યુરોપીયન વસ્તીના મોટા ડેટાસેટ્સ પર હેમેટોલોજીકલ ઘડિયાળના વધુ અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું હતું કે વૃદ્ધત્વના બાયોમાર્કર્સ વસ્તી-વિશિષ્ટ અને મૃત્યુદરની આગાહી કરી શકે છે. ટ્રાન્સક્રિપ્ટોમિક ઘડિયાળનો ઉપયોગ કરીને માનવ કાલક્રમિક વયની આગાહી કરવી પણ શક્ય છે. એપિજેનેટિક ગુણ હિસ્ટોન્સની ખોટ વૃદ્ધત્વ કોષોના અભ્યાસમાં જોવા મળતું નવું એપિજેનેટિક ચિહ્ન હિસ્ટોન્સની ખોટ છે. મોટાભાગના પુરાવા દર્શાવે છે કે હિસ્ટોન્સની ખોટ કોષ વિભાજન સાથે જોડાયેલી છે. યીસ્ટના વૃદ્ધત્વ અને વિભાજનમાં એમએનએઝ-સેક (માઇક્રોકોકલ ન્યુક્લિયસ સિક્વન્સિંગ) એ ~50% ના ન્યુક્લિયોસોમ્સનું નુકસાન દર્શાવ્યું હતું. યીસ્ટમાં યોગ્ય હિસ્ટોન ડોઝ મહત્વપૂર્ણ છે, જે હિસ્ટોન્સને વધુ પડતા વ્યક્ત કરતા તાણમાં જોવા મળતા વિસ્તૃત જીવનકાળમાંથી દર્શાવવામાં આવ્યું છે. યીસ્ટમાં હિસ્ટોનના નુકશાનનું પરિણામ ટ્રાન્સક્રિપ્શનનું વિસ્તરણ છે. નાના કોષોમાં, જે જનીનો વય સાથે સૌથી વધુ પ્રેરિત થાય છે તેમાં ચોક્કસ ક્રોમેટિન માળખાં હોય છે, જેમ કે ફઝી ન્યુક્લિયર પોઝિશનિંગ, પ્રમોટર પર ન્યુક્લિયોસોમ ક્ષીણ પ્રદેશ (એન. ડી. આર.) નો અભાવ, નબળા ક્રોમેટિન ફેઝિંગ, ટાટા તત્વોની ઊંચી આવર્તન અને દમનકારી ક્રોમેટિન પરિબળોની વધુ ઓક્યુપન્સી. જો કે, જૂની કોશિકાઓમાં, પ્રમોટર પર સમાન જનીન ન્યુક્લિયોસોમનું નુકસાન વધુ પ્રચલિત છે જે આ જનીનોનું વધુ ટ્રાન્સક્રિપ્શન તરફ દોરી જાય છે. આ ઘટના માત્ર યીસ્ટમાં જ જોવા મળતી નથી, પરંતુ વૃદ્ધ કૃમિઓમાં, માનવ ડિપ્લોઇડ પ્રાથમિક ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ્સના વૃદ્ધત્વ દરમિયાન અને સેનેસન્ટ માનવ કોષોમાં પણ જોવા મળે છે. માનવ પ્રાથમિક ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ્સમાં, નવા હિસ્ટોન્સનું ઘટેલું સંશ્લેષણ ટૂંકા ટેલોમિયર્સનું પરિણામ હોવાનું જોવા મળ્યું હતું જે ડીએનએ નુકસાન પ્રતિક્રિયાને સક્રિય કરે છે. કોર હિસ્ટોન્સની ખોટ એ ઘણા સજીવોમાં વૃદ્ધત્વનું સામાન્ય એપિજેનેટિક ચિહ્ન હોઈ શકે છે. મુખ્ય હિસ્ટોન્સ, H2A, H2B, H3 અને H4 ઉપરાંત, હિસ્ટોન પ્રોટીનની અન્ય આવૃત્તિઓ છે જે તેમના ક્રમમાં નોંધપાત્ર રીતે અલગ હોઈ શકે છે અને ક્રોમેટિન ગતિશીલતાને નિયંત્રિત કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે. હિસ્ટોન H3.3 એ હિસ્ટોન H3 નો એક પ્રકાર છે જે પ્રતિકૃતિથી સ્વતંત્ર જીનોમમાં સમાવિષ્ટ છે. તે સેનેસન્ટ માનવ કોષોના ક્રોમેટિનમાં જોવા મળતા હિસ્ટોન એચ 3 નું મુખ્ય સ્વરૂપ છે, અને એવું લાગે છે કે વધારાનું એચ 3 એ સેનેસન્સને ચલાવી શકે છે. હિસ્ટોન 2 ના બહુવિધ પ્રકારો છે, જે વૃદ્ધત્વમાં સૌથી વધુ નોંધપાત્ર રીતે સંકળાયેલું છે તે મેક્રો એચ 2 એ છે. મેક્રોએચ2એનું કાર્ય સામાન્ય રીતે ટ્રાન્સક્રિપ્શનલ સાયલેન્સિંગ હોવાનું માનવામાં આવે છે; તાજેતરમાં, એવું સૂચવવામાં આવ્યું છે કે મેક્રોએચ2એ સેનેસેન્સ-એસોસિએટેડ હેટેરોક્રોમેટિન ફોસી (એસએએચએફ) ખાતે ટ્રાન્સક્રિપ્શનને દબાવવામાં મહત્વપૂર્ણ છે. મેક્રોએચ2એ ધરાવતું ક્રોમેટિન એટીપી-આધારિત રિમોડેલિંગ પ્રોટીન અને ટ્રાન્સક્રિપ્શન પરિબળોના બંધન માટે અભેદ્ય છે. હિસ્ટોનના ફેરફારો હિસ્ટોનનું વધેલું એસિટિલેશન ક્રોમેટિનને એક જીવતંત્રની ઉંમર તરીકે વધુ યુક્રોમેટિક સ્થિતિ લેવામાં ફાળો આપે છે, જે હિસ્ટોનના નુકસાનને કારણે જોવા મળતા વધેલા ટ્રાન્સક્રિપ્શન જેવું જ છે. વૃદ્ધાવસ્થા દરમિયાન H3K56acના સ્તરમાં ઘટાડો થાય છે અને H4K16acના સ્તરમાં વધારો થાય છે. જૂના યીસ્ટના કોષોમાં વધેલા H4K16ac એ HDAC સર 2 ના સ્તરમાં ઘટાડા સાથે સંકળાયેલ છે, જે વધુ પડતા અભિવ્યક્ત થાય ત્યારે જીવનકાળમાં વધારો કરી શકે છે. હિસ્ટોન્સનું મિથાઇલેશન ઘણા સજીવોમાં જીવનકાળના નિયમન સાથે જોડાયેલું છે, ખાસ કરીને H3K4me3, એક સક્રિય ચિહ્ન અને H4K27me3, એક દમન ચિહ્ન. સી. એલિગન્સમાં, WDR-5 અને મિથાઈલટ્રાન્સફેરેસ SET-2 અને ASH-2 જેવા H3K4ના ટ્રાઇમિથાઇલેશનને ઉત્પ્રેરિત કરતા ત્રણ ટ્રિથોરાક્સ પ્રોટીનમાંથી કોઈપણનું નુકસાન, H3K4me3નું સ્તર ઘટાડે છે અને આયુષ્યમાં વધારો કરે છે. એચ3કે4એમઈ3, આરબી-2ને ડિમાઇથાઇલેટ કરનારા એન્ઝાઇમની ખોટ, સી. એલિગન્સમાં એચ3કે4એમઈ3નું સ્તર વધારે છે અને તેમના જીવનકાળમાં ઘટાડો કરે છે. રીસસ મકાક મગજના પ્રિફ્રન્ટલ આચ્છાદનમાં, H3K4me2 પ્રસવોત્તર વિકાસ અને વૃદ્ધત્વ દરમિયાન પ્રવર્તકો અને વૃદ્ધિકર્તાઓ પર વધે છે. આ વધારો ઉત્તરોત્તર વધુ સક્રિય અને અનુલેખન રૂપે સુલભ (અથવા ખુલ્લા) ક્રોમેટિન માળખાને પ્રતિબિંબિત કરે છે જે ઘણીવાર ડીએનએ નુકસાન પ્રતિભાવ જેવા તણાવ પ્રતિસાદો સાથે સંકળાયેલા હોય છે. આ ફેરફારો જેમ જેમ તે વિકાસ પામે છે અને ઉંમર વધે છે તેમ તેમ જીવતંત્ર દ્વારા અનુભવાતા તણાવ અને નુકસાનની એપિજેનેટિક મેમરી બનાવી શકે છે. UTX-1, એક H3K27me3 ડિમાઇથાઇલેઝ, C.elegans ના વૃદ્ધત્વમાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છેઃ વધેલી UTx-1 અભિવ્યક્તિ H3K27me3 માં ઘટાડા અને જીવનકાળમાં ઘટાડા સાથે સંકળાયેલી છે. યુટીએક્સ-1 નોકડાઉનમાં જીવનકાળમાં વધારો જોવા મળ્યો H3K27me3 સ્તરમાં ફેરફારો પણ ડ્રોસોફિલા અને મનુષ્યમાં વૃદ્ધ કોષો પર અસર કરે છે. ડીએનએનું મિથાઇલેશન એ સસ્તન પ્રાણીઓના કોષોમાં સામાન્ય ફેરફાર છે. સાયટોસિન આધાર મિથાઇલેટેડ હોય છે અને 5-મિથાઈલસાયટોસિન બની જાય છે, મોટે ભાગે જ્યારે સી. પી. જી. સંદર્ભમાં હોય છે. સી. પી. જી. ટાપુઓનું હાયપરમિથાઇલેશન ટ્રાન્સક્રિપ્શનલ દમન સાથે સંકળાયેલું છે અને આ સ્થળોનું હાયપોમિથાઇલેશન ટ્રાન્સક્રિપ્શનલ સક્રિયકરણ સાથે સંકળાયેલું છે. ઘણા અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે ઉંદરો, ઉંદર, ગાય, હેમસ્ટર અને મનુષ્યો જેવી ઘણી પ્રજાતિઓમાં વૃદ્ધાવસ્થા દરમિયાન ડીએનએ મિથાઇલેશનનું નુકસાન થાય છે. એવું પણ દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે DNMT1 અને DNMT3a વૃદ્ધત્વ સાથે ઘટે છે અને DNMT3b વધે છે. ડીએનએનું હાયપોમેથાઇલેશન જીનોમિક સ્થિરતાને ઘટાડી શકે છે, ટ્રાન્સપોઝેબલ તત્વોના પુનઃસક્રિયતાને પ્રેરિત કરી શકે છે અને છાપના નુકસાનનું કારણ બની શકે છે, જે તમામ કેન્સરની પ્રગતિ અને પેથોજેનેસિસમાં ફાળો આપી શકે છે. રોગપ્રતિકારક બાયોમાર્કર્સ તાજેતરના ડેટા સૂચવે છે કે પેરિફેરલ લોહીમાં સેનેસન્ટ સીડી8 + ટી કોશિકાઓની વધેલી આવર્તન પૂર્વ-ડાયાબિટીક સ્થિતિમાંથી હાયપરગ્લાયકેમિઆના વિકાસ સાથે સંકળાયેલી છે જે સૂચવે છે કે સેનેસન્સ મેટાબોલિક વૃદ્ધત્વમાં ભૂમિકા ભજવે છે. સેનેસન્ટ સી. ડી. 8 + ટી કોષોનો ઉપયોગ પૂર્વ-ડાયાબિટીસથી અતિશય હાયપરગ્લાયકેમિઆ તરફના સંક્રમણને સંકેત આપવા માટે બાયોમાર્કર તરીકે થઈ શકે છે. તાજેતરમાં, હાશિમોટો અને સહકાર્યકરોએ સિંગલ-સેલ રિઝોલ્યુશન પર સુપરસેન્ટેનેરિઅન્સના હજારો ફરતા રોગપ્રતિકારક કોષોની રૂપરેખા તૈયાર કરી. તેઓએ આ સુપરસેન્ટેનેરિયન્સમાં સાયટોટોક્સિક સીડી 4 ટી કોષોમાં એક અનોખો વધારો ઓળખી કાઢ્યો. સામાન્ય રીતે, સીડી4 ટી-કોષો સહાયક હોય છે, પરંતુ સાયટોટોક્સિક નહીં, શારીરિક પરિસ્થિતિઓમાં કાર્ય કરે છે, જો કે આ સુપરસેન્ટેનેરિયન્સ, તેમના ટી-સેલ રીસેપ્ટર્સની સિંગલ સેલ પ્રોફાઇલિંગને આધિન, ક્લોનલ વિસ્તરણ દ્વારા સાયટોટોક્સિક સીડી4 ટી-કોષોનું સંચય દર્શાવે છે. સહાયક CD4 ટી-કોષોનું સાયટોટોક્સિક વિવિધતામાં રૂપાંતર એ વૃદ્ધત્વના છેલ્લા તબક્કા માટે અનુકૂલન હોઈ શકે છે જે લડતા ચેપમાં મદદ કરે છે અને સંભવિત રીતે ગાંઠની દેખરેખમાં વધારો કરે છે. વૃદ્ધત્વના સંભવિત બાયોમાર્કર તરીકે ઓળખાતી મુખ્ય પદ્ધતિઓ ડીએનએ મિથાઇલેશન, હિસ્ટોન્સની ખોટ અને હિસ્ટોન ફેરફાર છે. વૃદ્ધત્વના બાયોમાર્કર્સ માટેના ઉપયોગો સર્વવ્યાપક છે અને જૈવિક વૃદ્ધત્વના ભૌતિક પરિમાણને ઓળખવાથી મનુષ્યોને આપણી સાચી ઉંમર, મૃત્યુદર અને બીમારી નક્કી કરવામાં મદદ મળશે. ભૌતિક બાયોમાર્કરમાં ફેરફાર પ્રજાતિની ઉંમરમાં ફેરફારના પ્રમાણમાં હોવો જોઈએ. આમ વૃદ્ધત્વનું બાયોમાર્કર સ્થાપિત કર્યા પછી, મનુષ્ય જીવનકાળ વધારવા અને સંભવિત આનુવંશિક રોગોના ઉદભવ માટે સમયરેખા શોધવા પર સંશોધનમાં ડૂબકી લગાવી શકશે. આ શોધનો એક ઉપયોગ વ્યક્તિની જૈવિક વયની ઓળખ માટે પરવાનગી આપશે. ડીએનએ મિથાઇલેશન વય નક્કી કરવા માટે જીવનના વિવિધ તબક્કે ડીએનએની રચનાનો ઉપયોગ કરે છે. ડીએનએ મિથાઇલેશન એ સી. જી. અથવા સી. પી. જી. પ્રદેશમાં સિસ્ટીનનું મિથાઇલેશન છે. આ પ્રદેશનું હાયપરમિથાઇલેશન ઘટતી ટ્રાન્સક્રિપ્શનલ પ્રવૃત્તિ સાથે સંકળાયેલું છે અને હાયપોમિથાઇલેશન માટે વિપરીત છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, ડીએનએ ક્ષેત્રને જેટલું વધુ "ચુસ્ત" રીતે પકડવામાં આવે છે તેટલું વધુ સ્થિર અને "યુવાન" પ્રજાતિઓ હોય છે. પેશીઓમાં ડીએનએ મિથાઇલેશનના ગુણધર્મોને જોતાં, તે ગર્ભ પેશીઓ માટે લગભગ શૂન્ય હોવાનું જાણવા મળ્યું હતું, તેનો ઉપયોગ વયની પ્રવેગકતા નક્કી કરવા માટે થઈ શકે છે અને પરિણામો ચિમ્પાન્ઝી પેશીઓમાં પુનઃઉત્પાદિત કરી શકાય છે. એપિજેનેટિક ઘડિયાળ વૃદ્ધત્વના હોલમાર્ક બાયોમાર્કર (દવા) સેનસેન્સ સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ બાયોમાર્કર્સ ઓફ એજિંગ ન્યૂઝ એડવાઇઝરી નેશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓન એજિંગ બાયોજેરોન્ટોલોજી ફિઝિયોલોજી સેનસેન્સ બાયોમાર્કર્સ