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作者：竹子
導言：近日，國立衛生研究院的一部分，美國國立眼科研究所（NEI）的研究人員對光感小鼠感光細胞的表觀基因組變化進行了分析，從而更加清晰地瞭解了與年齡相關的眼部疾病可能與年齡相關的基因表達調控的變化相關聯。該發現於4月21日在線發表在《細胞報告》（Cell Reports）上，表明表觀基因組可以作為一種治療策略來預防視力喪失，如年齡相關性黃斑變性（AMD）。
研究闡明瞭與桿狀感光細胞、視網膜光敏細胞衰老有關的分子變化和生物學途徑。未來的研究可以進一步研究如何預防或延緩衰老過程中的視力喪失，並有望降低相關神經退行性風險。
每個生物體都有一個基因組，一個控制人體所有細胞和組織功能的基因庫。這些基因的表達（當存儲在DNA中的信息轉換成用於製造蛋白質或其他分子的指令時）由有機體的表觀基因組進行調節和維持。表觀基因組標記了DNA編碼，以對生存有利和不利的方式修飾基因表達。
事實證明，基因組與表觀基因組之間的相互作用隨著生物體的衰老而發展。因此，科學家研究了表觀基因組DNA修飾，以尋找某些疾病隨著年齡的增長而發展的線索。
該研究的首席研究員，NEI神經生物學、神經變性和修復實驗室的高級研究員兼負責人阿南德·斯沃普（Anand Swaroop）博士及其團隊，為了探索隨著年齡的增長這種DNA修飾會如何影響視覺功能，他們在小鼠的一生中分了四個不同的階段，對小鼠桿狀光感細胞中的DNA甲基化變化進行了全基因組測序。DNA甲基化是正常細胞發育和分化必不可少的表觀遺傳機制，並且還與衰老和癌症形成有關，出現時通常會抑制基因表達。
測序年齡分別為三個月（年輕），12個月（中年）以及18和24個月（年長）。小鼠的平均壽命約為兩年。
桿狀光感細胞是視網膜中主要的細胞類型，是眼後部的光敏組織。它能讓人在昏暗情況下也有視覺，並且對於實現日光和彩色視覺的錐形感光細胞的生存至關重要。杆功能障礙在老年人中很常見，可能是AMD和其他視網膜變性疾病的預警信號。
這是一張顯示了AMD患者視覺效果中雜貨店過道外觀的模擬圖。AMD損害了黃斑，黃斑是眼睛感光視網膜中心附近的一個小斑點。黃斑使人能夠看到筆直的物體，此部分用於集中視線。
研究人員在四個小鼠年齡組中鑑定了2,054個差異甲基化區域，即DNA甲基化差異的基因組區域。DNA甲基化的變化與生物學年齡密切相關，但是在進行這項研究之前，研究人員對這些變化與細胞功能之間的關係瞭解有限。
然後，研究人員利用RNA測序數據分析了甲基化區域的差異，從而更仔細地觀察了小鼠基因如何隨著動物的衰老而在視網膜中轉錄不同的蛋白質。
這些分析揭示了基因如何產生能量代謝，線粒體功能和桿狀光感受器壽命有關的蛋白質的明顯變化，表明它們對與年齡相關的疾病易感性的貢獻。
桿狀感光細胞需要大量能量來維持視力，因此容易受到衰老帶來的新陳代謝壓力的影響。感光細胞的能量缺乏是視網膜神經變性的關鍵驅動力。研究表明了衰老杆功能的變化如何使其容易受到遺傳易感性變化和環境因素的影響，共同導致常見的致盲性衰老相關疾病。
研究提供了衰老、表觀基因組、細胞線粒體功能障礙和諸如AMD等疾病之間的關鍵聯繫。這些發現對人們如何理解與年齡相關的神經退行性疾病具有廣泛的意義。這是第一個研究DNA甲基化隨動物年齡增長而變化的研究。未來的研究將評估DNA甲基化是否有助於代謝基因表達的改變，從而引入表觀基因組編輯作為年齡相關性視網膜疾病的治療可能性。
參考：
https://medicalxpress.com/news/2020-04-link-age-related-dna-modifications-susceptibility.html
Corso-Díaz X, Gentry J, Rebernick R, Jaeger C, Brooks MJ, Asten FV, Kooragayala K, Gieser L, Nelissery J, Covian R, Cogliati T, Mondal AK, Jiang K, Swaroop A. "Genomewide profiling identifies DNA methylation signatures of aging in rod photoreceptors associated with alterations in energy metabolism". Published April 21, 2020 in Cell Reports.
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