Регуляция иммунной системы при старении: в фокусе — эпигенетические механизмы
https://doi.org/10.20514/2226-6704-2022-12-1-35-44
Аннотация
Эпигенетика изучает процессы, приводящие к изменению активности генов без изменения последовательности ДНК. Эпигенетические механизмы, такие как метилирование ДНК и модификации гистонов, формируются в период эмбрионального развития, а эпигенетические профили стабильно наследуются при митозе, обеспечивая дифференцировку клеток и их дальнейшую судьбу в процессе развития. Под действием внутренних и внешних факторов, таких как метаболический профиль, гормоны, питание, наркотики, курение и стресс, эпигенетические механизмы активно модулируются и, в этом смысле, образ жизни может существенно влиять на эпигеном, а следовательно, и на профиль экспрессии генов и функцию клетки. Показано, что развитие и функции клеток как врожденной, так и адаптивной иммунной системы, также регулируются эпигенетическими механизмами, а негативные эпигенетические изменения являются отличительной чертой старения и онкологических заболеваний. Учитывая эти данные, можно полагать, что возрастные изменения профиля эпигенетических меток могут привести к снижению иммунной функции и способствовать увеличению заболеваемости у пожилых людей. Поэтому, чтобы обеспечить здоровую старость, необходимо лучше понять, как избежать эпигенетических изменений, которые связаны со старением иммунной системы. В данном обзоре мы попытались обобщить последние достижения в этой области исследований и рассмотреть возможность их использования в качестве средств диагностики, профилактики и лечения заболеваний.
Об авторах
К. А. АйтбаевКыргызстан
Бишкек
Конфликт интересов:
Авторы заявляют, что данная работа, её тема, предмет и содержание не затрагивают конкурирующих интересов.
И. Т. Муркамилов
Кыргызстан
Илхом Торобекович Муркамилов
Бишкек
Конфликт интересов:
Авторы заявляют, что данная работа, её тема, предмет и содержание не затрагивают конкурирующих интересов.
Ж. А. Муркамилова
Кыргызстан
Бишкек
Конфликт интересов:
Авторы заявляют, что данная работа, её тема, предмет и содержание не затрагивают конкурирующих интересов.
И. О. Кудайбергенова
Кыргызстан
Бишкек
Конфликт интересов:
Авторы заявляют, что данная работа, её тема, предмет и содержание не затрагивают конкурирующих интересов.
Ф. А. Юсупов
Кыргызстан
Ош
Конфликт интересов:
Авторы заявляют, что данная работа, её тема, предмет и содержание не затрагивают конкурирующих интересов.
Список литературы
1. Айтбаев К.А., Муркамилов И.Т., Фомин В.В. Молекулярные механизмы старения: роль окислительного стресса и эпигенетических модификаций. Успехи геронтологии. 2019; 32:1-2: 20-28.
2. Москалёв А.А. Старение и гены. Санкт-Петербург: Наука. 2008; 358 с.
3. Harman D. Aging: a theory based on free radical and radiation chemistry. Journal of Gerontology 1956; 11: 298–300. https://doi.org/10.1093/geronj/11.3.298
4. Скулачёв В.П. Явления запрограммированной смерти. Митохондрии, клетки и органы: роль активных форм кислорода. Соросовский образовательный журнал 2001; 7(6): 4-10.
5. Walford RL. Immunologic aspects of aging. Klin. Wochenschr. 1969; 47(11): 599-605.
6. Bannister AJ, Kouzarides T. Regulation of chromatin by histone modifications. Cell Research 2011; 21(3): 381-395.
7. Li E, Zhang Y. DNA methylation in mammals. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2014; 6(5): a019133. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a019133
8. Allis CD, Jenuwein T. The molecular hallmarks of epigenetic control. Nat Rev Genet 2016; 17:487–500. https://doi.org/10.1038/nrg.2016.59
9. Strahl BD, Allis CD. The Language of Covalent Histone Modifications. Nature 2000; 403: 41-45. http://dx.doi.org/10.1038/47412
10. Villeneuve LM, Natarajan R. The role of epigenetics in the pathology of diabetic complications. American Journal of Physiology. Renal Physiology. 2010; 299: F14–F25.
11. Barbot W, Dupressoir A, Lazar V, Heidmann T. Epigenetic regulation of an IAP retrotransposon in the aging mouse: progressive demethylation and de-silencing of the element by its repetitive induction. Nucleic Acids Res 2012; 30: 2365–2373. https://doi.org/10.1093/nar/30.11.2365
12. Wei L, Liu B, Tuo J, et al. Hypomethylation of the IL17RC promoter associates with age-related macular degeneration. Cell Rep 2012; 2(5): 1151–1158. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2012.10.013
13. Yuan T, Jiao Y, Jong S, et al. An integrative multi-scale analysis of the dynamic DNA methylation landscape in aging. PLoS Genet 2015; 11(2):e1004996. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004996
14. Hannum G, Guinney J, Zhao L, et al. Genome-wide methylation profiles reveal quantitative views of human aging rates. Mol Cell 2013; 49(2): 359–367. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2012.10.016
15. Fernández AF, Bayón GF, Urdinguio RG, et al. H3K4me1 marks DNA regions hypomethylated during aging in human stem and differentiated cells. Genome Res 2015; 25(1): 27–40. https://doi.org/10.1101/gr.169011.113
16. Gevry N, Chan HM, Laflamme L, Livingston DM, Gaudreau L. p21 transcription is regulated by differential localization of histone H2A.Z. Genes Dev 2007; 21: 1869–1881. https://doi.org/10.1101/gad.1545707
17. Kreiling JA, Tamamori-Adachi M, Sexton AN, et al. Age-associated increase in heterochromatic marks in murine and primate tissues. Aging Cell 2011; 10(2): 292–304. https://doi.org/10.1111/j.1474-9726.2010.00666.x
18. Fraga MF, Ballestar E, Paz MF, et al. Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins. Proc Natl Acad Sci U S A 2005; 102(30): 10604–10609. https://doi.org/10.1073/pnas.0500398102
19. Poulsen P, Esteller M, Vaag A, Fraga MF. The epigenetic basis of twin discordance in age-related diseases. Pediatr Res 2007; 61(5Pt2): 38R– 42R. https://doi.org/10.1203/pdr.0b013e31803c7b98
20. Meyer KF, Verkaik-Schakel RN, Timens W, et al. The fetal programming effect of prenatal smoking on Igf1r and Igf1 methylation is organ- and sex-specific. Epigenetics 2017; 21: 1–49. https://doi.org/10.1080/15592294.2017.1403691
21. Sharp GC, Arathimos R, Reese SE, et al. Maternal alcohol consumption and offspring DN A methylation: findings from six general population-based birth cohorts. Epigenomics 2018; 10(1): 27–42. https://doi.org/10.2217/epi-2017-0095
22. Gems D, Partridge L. Stress-response hormesis and aging: “that which does not kill us makes us stronger”. Cell Metab 2 008; 7: 200–203. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2008.01.001
23. Nie B, Gan W, Shi F, et al. Age-dependent accumula tion of 8-oxoguanine in the DNA and RNA in various rat tissues. Oxidative Medicine an d Cellular Longevity 2013; 2013. https://doi.org/10.1155/2013/303181 PMID 23738036
24. Hamilton ML, Van Remmen H, Drake JA, et al. Does oxidative damage to DNA increase with age? Proc. Natl. Acad. Sci. U.S. A. 2001; 98(18): 10469-10474. PMID 11517304
25. Chia N, Wang L, Lu X, et al. Hypothesis: environmental regulation of 5-hydroxymethylcytosine by oxidative stress. Epigenetics 2011; 6(7): 853–856. https://doi.org/10.4161/epi.6.7.16461
26. O’Hagan HM, Wang W, Sen S, et al. Oxidative damage targets complexes containing DNA methyltransferases, SIRT1, and polycomb members to promoter CpG Islands. Cancer Cell 2011; 20(5): 606–19. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2011.09.012
27. Chen D, Steele AD, Lindquist S, Guarente L. Increase in activity during calorie restriction requires Sirt1. Science 2005; 310(5754): 1641. https://doi.org/10.1126/science.1118357
28. Bauer JA, Pearson KJ, Price NL, et al. Resveratrol improves health and survival of mice on a high-calorie diet. Nature 2006; 444(7117): 337–342. https://doi.org/10.1038/nature05354
29. Sharma U, Rando OJ. Metabolic input into the epigenome. Cell Metab 2017; 25: 544–558. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2017.02.003
30. Saccani S, Natoli G. Dynamic changes in histone H3 Lys9 methylation occurring at tightly regulated inducible inflammatory genes. Genes Dev 2002; 16: 2219–2224. https://doi.org/10.1101/gad.232502
31. Crisan TO, Netea MG, Joosten LAB. Innate immune memory: implications for host responses to damage-associated molecular patterns. Eur J Immunol 2016; 46: 817–828. https://doi.org/10.1002/eji.201545497
32. Kleinnijenhuis J, Quintin J, Preijers F, et al. Bacille Calmette-Guerin induces NOD2-dependent nonspecific protection from reinfection via epigenetic reprogramming of monocytes. Proc Natl Acad Sci U S A 2012; 109: 17537–17542. https://doi.org/10.1073/pnas.1202870109
33. Foster SL, Hargreaves DC, Medzhitov R. Gene-specific control of inflammation by TLR-induced chromatin modifications. Nature 2007; 447: 972–978. https://doi.org/10.1038/nature05836
34. Bullwinkel J, Ludermann A, Debarry J, Singh P.B. Epigenotype switching at the CD14 and CD209 genes during differentiation of human monocytes to dendritic cells. Epigenetics 2011; 6: 45–51. https://doi.org/10.4161/epi.6.1.13314
35. Kuwahara M, Suzuki J, Tofukuji S, et al. The Menin-Bach2 axis is critical for regulating CD4 T-cell senescence and cytokine homeostasis. Nat Commun 2014; 5: 3555. https://doi.org/10.1038/ncomms4555
36. Murayama A, Sakura K, Nakama M, et al. A specific CpG site demethylation in the human interleukin 2 gene promoter is an epigenetic memory. EMBO J 2006; 25: 1081–1092. https://doi.org/10.1038/sj.emboj.7601012
37. Maier H, Ostraat R, Gao H, et al. Early B cell factor cooperates with Runx1 and mediates epigenetic changes associated with mb-1 transcription. Nat Immunol 2004; 5(10): 1069–1077. https://doi.org/10.1038/ni1119
38. Linderson Y, Eberhard D, Malin S, et al. Corecruitment of the Grg4 repressor by PU.1 is critical for Pax5-mediated repression of B-cell-specific genes. EMBO Rep 2004; 5(3): 291–296. https://doi.org/10.1038/sj.embor.7400089
39. Kramer A, Challen GA. The epigenetic basis of hematopoietic stem cell aging. Sem Hematol 2017; 54: 19–24. https://doi.org/10.1053/j.seminhematol. 2016.10.006
40. Baylis D, Bartlett DB, Patel HP, Roberts HC. Understanding how we age: insights into inflammaging. Longev Healthspan 2013; 2(1): 8. https://doi.org/10.1186/2046-2395-2-8
41. Lepeule J, Baccarelli A, Motta V, et al. Gene promoter methylation is associated with lung function in the elderly: the Normative Aging study. Epigenetics 2012; 7(3): 261–269. https://doi.org/10.4161/epi.7.3.19216
42. Ligthart S, Marzi C, Aslibekyan S, et al. DNA methylation signatures of chronic low-grade inflammation are associated with complex diseases. Genome Biol 2016; 17(1): 255. https://doi.org/10.1186/s13059-016-1119-5
43. Heyn H, Li N, Ferreira HJ, et al. Distinct DNA methylation of newborn and centenarians. Proc Natl Acad Sci U S A 2012; 109:10522–10527. https://doi.org/10.1073/pnas.1120658109
44. Zhao M, Qin J, Yin H, et al. Distinct epigenomes in CD4+T cells of newborns, middle-ages and centenarians. Sci Rep 2016; 6:38411. https://doi.org/10.1038/srep38411
45. Dozmorov MG, Coit P, Maksimowicz-McKinnon K, Sawalha AH. Ageassociated DNA methylation changes in naive CD4+T cells suggest an evolving autoimmune epigenotype in aging T cells. Epigenomics 2017; 9(4):429–445. https://doi.org/10.2217/epi-2016-0143
46. Zhang Z, Deng C, Lu Q, Richardson B. Age-dependent DNA methylation changes in the ITGAL (CD11a) promoter. Mech Ageing Dev 2002; 123(9): 1257–68. https://doi.org/10.1016/S0047-6374(02)00014-3
47. Johnson ND, Wiener HW, Smith AK, et al. Non-linear patterns in age-related DNA methylation may reflect CD4+ T cell differentiation. Epigenetics 2017; 12(6): 492–503. https://doi.org/10.1080/15592294.2017.1314419
48. Garg SK, Delaney C, Toubai T, et al. Aging is associated with increased regulatory T-cell function. Aging Cell 2014; 13(3): 441–448. https://doi.org/10.1111/acel.12191
49. Horvath S, Pirazzini C, Bacalini MG, et al. Decreased epigenetic age of PBMCs from Italian semi-supercentenarians and their offspring. Aging 2015; 7(12): 1159–1166. https://doi.org/10.18632/aging.100861
50. McEwen LM, Morin AM, Edgar RD, et al. Differential DNA methylation and lymphocyte proportions in a Costa Rican high longevity region. Epigenetics Chromatin 2017; 10: 21–34. https://doi.org/10.1186/s13072-017-0128-2
Рецензия
Для цитирования:
Айтбаев К.А., Муркамилов И.Т., Муркамилова Ж.А., Кудайбергенова И.О., Юсупов Ф.А. Регуляция иммунной системы при старении: в фокусе — эпигенетические механизмы. Архивъ внутренней медицины. 2022;12(1):35-44. https://doi.org/10.20514/2226-6704-2022-12-1-35-44
For citation:
Aitbaev K.A., Murkamilov I.T., Murkamilova Zh.A., Kudaibergenova I.O., Yusupov F.A. Regulation of the Immune System in Aging: Focus on Epigenetic Mechanisms. The Russian Archives of Internal Medicine. 2022;12(1):35-44. https://doi.org/10.20514/2226-6704-2022-12-1-35-44