RE:News aus der Forschung 2020 - 8

Zitat

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Modeling the human aging transcriptome across tissues, health status, and sex

Abstract

Aging in humans is an incredibly complex biological process that leads to increased susceptibility to various diseases. Understanding which genes are associated with healthy aging can provide valuable insights into aging mechanisms and possible avenues for therapeutics to prolong healthy life. However, modeling this complex biological process requires an enormous collection of high‐quality data along with cutting‐edge computational methods. Here, we have compiled a large meta‐analysis of gene expression data from RNA‐Seq experiments available from the Sequence Read Archive. We began by reprocessing more than 6000 raw samples—including mapping, filtering, normalization, and batch correction—to generate 3060 high‐quality samples spanning a large age range and multiple different tissues. We then used standard differential expression analyses and machine learning approaches to model and predict aging across the dataset, achieving an R2 value of 0.96 and a root‐mean‐square error of 3.22 years. These models allow us to explore aging across health status, sex, and tissue and provide novel insights into possible aging processes. We also explore how preprocessing parameters affect predictions and highlight the reproducibility limits of these machine learning models. Finally, we develop an online tool for predicting the ages of human transcriptomic samples given raw gene expression counts. Together, this study provides valuable resources and insights into the transcriptomics of human aging.

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/acel.13280

Das sieht vielversprechend aus. Epigenetik ftw?

Nutrients and Pathways that Regulate Health Span and Life Span
https://www.mdpi.com/2308-3417/5/4/95/ht...Lv-Yqi5ZtXgZAig

Zitat von Prometheus im Beitrag #177

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Kleines Manko aus meiner Sicht:

Die künstliche Intelligenz wird darauf trainiert, das chronologische Alter möglichst exakt vorherzusagen.

Wenn das perfekt gelänge, wäre die Uhr für uns plötzlich uninteressant, weil sie dann eben nicht mehr das biologische Alter anzeigt sondern das chronologische!

Damit die Algorithmen der künstlichen Intelligenz für uns sinnvoll werden, brauchen wir einen Ansatz wie bei Phenoage oder GrimAge nur eben am Transkriptom!

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Common blood pressure drug found to have lifespan-extending potential
https://newatlas.com/biology/hypertensio...ium=most-viewed

Zitat von Prometheus im Beitrag #180

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What to Look For in a Biological Clock
https://joshmitteldorf.scienceblog.com/2...ological-clock/

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Zitat

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Lifespan

Bowhead whales are considered to be the longest-living mammals, living for over 200 years.[28] In May 2007, a 15 m (49 ft) specimen caught off the Alaskan coast was discovered with the 3.5 in (89 mm) head of an explosive harpoon of a model manufactured between 1879 and 1885, so the whale was probably harpooned sometime between those years, and its age at the time of death was estimated at between 115 and 130 years.[29] Spurred by this discovery, scientists measured the ages of other bowhead whales; one specimen was estimated to be 211 years old.[30] Other bowhead whales were estimated to be between 135 and 172 years old. This discovery showed the longevity of the bowhead whale is much greater than originally thought.[31] According to researchers at CSIRO, Australia's national science agency, the genome sequence revealed bowhead whales' maximum lifespan to be 268 years.[32]

Genetic benefits

A greater number of cells present in an organism was once believed to result in greater chances of mutations that cause age-related diseases and cancer.[33] Although the bowhead whale has thousands of times more cells than other mammals, it has a much higher resistance to cancer and aging. In 2015, scientists from the US and UK were able to successfully map the whale's genome.[34] Through comparative analysis, two alleles that could be responsible for the whale's longevity were identified. These two specific gene mutations linked to the bowhead whale's ability to live longer are the ERCC1 gene and the proliferating cell nuclear antigen (PCNA) gene. ERCC1 is linked to DNA repair and increased cancer resistance. PCNA is also important in DNA repair. These mutations enable bowhead whales to better repair DNA damage, allowing for greater resistance to cancer.[33] The whale's genome may also reveal physiological adaptations such as having low metabolic rates compared to other mammals.[35] Changes in the gene UCP1, a gene involved in thermoregulation, can explain differences in the metabolic rates in cells.

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Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/Bowhead_whale

Gut, das ist nicht mehr direkt Epigenetik. Trotzdem stellen sich mir Fragen wie: "Könnte man Versuchstieren Plasmide mit den Langlebigkeitsgenen der Grönlandwale spritzen und so deren Lebensdauer verlängern?" oder "Begrenzt die Stoffwechselrate die maximale Lebensdauer?".

Es scheint so, dass Vormenschen die Europa vor hundertausenden von Jahren bewohnten Winterschlaf hielten!

Ob wohl auch der moderne Mensch mit einfachen Mitteln diese eine solche Möglichkeit offenstehen würde?

Wintermüdigkeit? Ur-Menschen überlebten durch Winterschlaf
Beweise aus Knochen, die an einer der größten Fossilienfundstellen der Welt gefunden wurden, deuten darauf hin, dass unsere Vorfahren vor Hunderttausenden von Jahren extreme Kälte überlebten, indem sie den Winterschlaf hielten.

Zitat

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Das lange Ruhen hinterlässt nämlich charakteristische Spuren in den Knochen der Winterschläfer. Und diese Spuren wurden nun auch bei den Ur-Menschen gefunden. Sie deuten darauf hin, dass auch unsere Vorfahren den Stoffwechsel verlangsamten und monatelang schlafen konnten. Die Knochen stammen aus der Höhle Sima de los Huesos in der Nähe von Burgos in Nordspanien. In den letzten dreißig Jahren wurden die versteinerten Überreste von mehreren Dutzend Menschen aus den Sedimenten geborgen, die am Boden eines 15 Meter tiefen Schachts lagen. Die Höhle sei ein Massengrab, so die Forscher, in der die Toten deponiert wurden. Diese Funde datieren mehr als 400.000 Jahre zurück und stammen wahrscheinlich von frühen Neandertalern.

Unterbrechung des Wachstums
In ihrer Studie, die in der Zeitschrift "L'Anthropologie" veröffentlicht wurden, zeigen sie, dass das Wachstum der Knochen mehrere Monate im Jahr unterbrochen war. Sie nehmen an, dass diese Ur-Menschen sich dann "in einem Stoffwechselzustand befanden, der ihnen half, über lange Zeiträume unter kalten Bedingungen mit begrenzten Nahrungsvorräten und ausreichenden Vorräten an Körperfett zu überleben". Dieser Winterschlaf unterbricht das Wachstum der Knochen. Das hört sich zunächst abenteuerlich an, aber auch Primaten wie Buschbabys und Lemuren können in den Winterschlaf verfallen.
Das Muster der Unterbrechungen stimmt mit den Strukturen überein, die in den Knochen von überwinternden Säugetieren wie Höhlenbären, gefunden wurden. "Eine Strategie des Winterschlafs wäre für sie die einzige Lösung gewesen, um zu überleben, da sie aufgrund der eisigen Bedingungen monatelang in einer Höhle verbringen mussten."

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https://www.stern.de/panorama/wissen/win...af-9545984.html


Spuren an Knochen
Hielten frühe Menschen Winterschlaf?
Bären tun es, Igel und Fledermäuse auch: Sie ruhen im Winter. Menschen hingegen halten keinen Winterschlaf, zumindest heutige Menschen nicht. Untersuchungen von Paläoanthropologen lassen zumindest die These zu, dass das vor sehr langer Zeit anders gewesen sein könnte.

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Auch wenn viele Menschen darüber scherzen, macht Homo sapiens keinen Winterschlaf. Das könnte allerdings bei den frühen Menschen anders gewesen sein. Zu diesem Ergebnis kommen die Paläoanthropologen Antonis Bartsiokas und Juan-Luis Arsuaga in einer jetzt im Magazin L'Anthropologie veröffentlichten Studie.

Demnach hatten frühe Menschen die Fähigkeit, den Winter schlafend zu verbringen. Sie waren aber offenbar nicht besonders gut darin. Die Forschenden schließen dies aus der Untersuchung von menschlichen Knochen, die in der Höhle Sima de los Huesos in Spanien gefunden worden waren. Die Höhle in der Sierra de Atapuerca beherbergt Tausende von rund 430.000 Jahre alten Hominiden-Skelettresten, darunter zumindest einige vom Homo heidelbergensis.

Von Bären weiß man, dass sie nach dem Winterschlaf eine Vielzahl von Krankheiten zeigen können, wenn sie vor der Ruhezeit nicht genügend Nahrung aufnehmen konnten. Dies führt beispielsweise zu Rachitis, Funktionsstörungen der Nebenschilddrüsen und Knochenschäden, die durch die Überfunktion der Nebenschilddrüsen entstehen. Bei diesen Krankheiten handelt es sich den Wissenschaftlern zufolge um Skelettsymptome und Störungen des Mineralstoffwechsels, die mit chronischem Nierenversagen in Verbindung stehen.

Gestörtes Knochenwachstum
Ähnliche Krankheitsbilder fanden die Forschenden an den untersuchten Skelettresten. Die Idee der Wissenschaftler ist, dass diese Hominiden versucht haben könnten, die kälteren Monate mit einem schmaleren Nahrungsangebot durchzuschlafen. Dadurch sei das Knochenwachstum für mehrere Monate eines jeden Jahres gestört worden. Denn die Knochen zeigen die "Narben von monatelangem Schlaf ohne ausreichende Fettreserven, einen Mangel an Vitamin D und - bei Teenagern - seltsame saisonale Wachstumsschübe". Diese Hypothese lasse sich zumindest mit den genetischen Beweisen und der Tatsache erhärten, dass die Hominiden von Sima de los Huesos während einer Eiszeit lebten.

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https://www.n-tv.de/wissen/Hielten-frueh...ab-global-de-DE


Evolution:
Ist dem Menschen der Winterschlaf abhanden gekommen?
Analysen fossiler Knochenfunde deuten laut Forschungen darauf hin, dass Neandertaler den Winter schlafend überbrückten.

Zitat

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Fledermäuse tun es, Siebenschläfer auch, Hamster und Murmeltiere ebenso. Sie halten jedes Jahr Winterschlaf. Neuesten Forschungen zufolge könnten sich auch frühe Verwandte des modernen Menschen während der kalten Jahreszeit in einen langen Ruhezustand versetzt haben.

Hinweise darauf gibt es laut Paläontologen in Knochen, die an einer der berühmtesten fossilen Fundstellen der Welt entdeckt wurden: In der Region um den Gebirgszug Sierra de Atapuerca in der nordspanischen Provinz Burgos gibt es mehrere Höhlen, in denen Fossilien und Steinwerkzeuge der frühesten bekannten Hominiden in West-Europa gefunden wurden. Die Teile sind bis zu 1,2 Millionen Jahre alt sind. Die Höhle Sima de los Huesos (wird auch die Knochengrube genannt) gilt als bekanntester Fundort in der Sierra de Atapuerca. Sie liegt am Grunde eines 13 Meter tiefen Kamins und ist nur schwer zugänglich.
Lebenswichtiger Energiesparmodus

Aus Schäden an dort gefundenen fossilen Knochen konnten Forscherinnen und Forscher nun Rückschlüsse auf den Umgang menschlicher Vorfahren mit extremer Kälte ziehen. Demnach verfolgten Neandertaler und deren Vorfahren im Winter dieselbe Strategie wie diverse Tierarten (etwa Höhlenbären), an deren Knochen nahezu idente Schäden festgestellt wurden: Bei gesenkter Körpertemperatur und Herzschlagrate und herunterreguliertem Stoffwechsel schliefen sie womöglich monatelang durch und passten sich so widrigsten Winterbedingungen an.

In einem nun in der Zeitschrift L'Anthropologie veröffentlichten Artikel argumentiert ein Team um den spanischen Paläoanthropologen Juan-Luis Arsuaga, der bereits Anfang der Neunziger an den ersten Ausgrabungen in der Sima de los Huesos beteiligt war, und den griechischen Ethnologen Antonis Bartsiokas, dass die dort gefundenen Fossilien saisonale Unterschiede aufweisen. Sie würden darauf hindeuten, dass das Knochenwachstum jährlich für mehrere Monate gestört wurde.

Die Experten halten es für denkbar, dass sich Neandertaler "in Stoffwechselzuständen befanden, die ihnen halfen, lange Zeit unter kalten Bedingungen mit begrenzten Nahrungsvorräten und genügend Vorräten an Körperfett zu überleben". Sie hielten Winterschlaf, was sich wiederum als Störung in der Knochenentwicklung manifestiere.

Das Schädigungsmuster an den Knochen stimme mit denen von Säugetieren überein, die damals einen Winterschlaf hielten. "Die Strategie des Winterschlafes wäre die einzige Lösung für sie gewesen, um zu überleben, weil sie aufgrund der kalten Bedingungen Monate in einer Höhle verbringen mussten", so die Autoren.

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2010 machten Wissenschafter der Universität Marburg eine spannende Entdeckung: Sie fanden den ersten winterschlafenden Affen – eine auf Madagaskar lebende Lemurenart. Die Tatsache, dass unsere nächsten Verwandten einen Winterschlaf halten, lege die These nahe, dass diese biologische Option auch für den Menschen in Frage kommen könnte, schlussfolgerte man damals.

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https://kurier.at/wissen/wissenschaft/ev...ommen/401138814

Die DNA und das ganze Drumherum

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In den vergangenen zwei Jahrzehnten sind zunehmend Mechanismen in den Fokus der Forschung gerückt, die man als »epigenetisch« bezeichnet, was so viel wie »zusätzlich zur Genetik« bedeutet. Sie beeinflussen nicht den Inhalt unserer Erbanlagen, also die Gensequenz. Vielmehr sorgt eine Reihe chemischer Schalter dafür, dass manche Gene schwerer abgelesen werden können und andere leichter. Wäre die Gesamtheit unserer Erbinformation – das Genom – ein Klavier, dann gäbe das Epigenom vor, welche der Tasten sich spielen lassen und welche nicht. Und damit auch die Melodien, die der Pianist darauf zum Besten geben kann. Umwelteinflüsse und Erfahrungen können die Schalterstellung mehr oder weniger dauerhaft verändern. Manche hinterlassen eine so tiefe Spur in unserem Epigenom, dass sie wie eine Gravur nur schwer wieder zu entfernen ist.

Im menschlichen Körper gibt es Hunderte von Zelltypen. Jeder von ihnen hat seine individuelle epigenetische Prägung; schließlich benötigt etwa eine Fettzelle für ihre Funktion andere Gene als eine Herzzelle. Die zelltypspezifischen Schalterstellungen sorgen dafür, dass in jeder Körperzelle die passenden Erbanlagen aktiv sind; wäre dem nicht so, würde unser Organismus nicht funktionieren. Andere Voreinstellungen scheinen flexibler und können sich dynamisch in Abhängigkeit von Umweltreizen ändern. Wer sich beispielsweise über längere Zeit kalorienreich ernährt oder im Gegenteil hungert, bei dem werden bestimmte epigenetische Schalter in den Fett- und Immunzellen umgelegt.

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https://www.spektrum.de/news/psychothera...ie-gene/1737168

Is exercise a senolytic medicine? A systematic review
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full...vcUIhtvjMslUQW0