Скелетная мышца составляет около 40% массы тела, а её старение повышает риск слабости, падений и смерти. Работы по транскриптомным и эпигеномным изменениям в мышцах либо анализировали ткань целиком, теряя различия между типами клеток, либо имели малые выборки. Данная работа стоит на отшибе: рядом в архиве находятся исследования молекулярной механики коллагена, генеалогии опухолей и старения клеток, но прямых соседей по теме мышечного эпигенома почти нет. Это первая крупная проверка возрастных изменений хроматина в отдельных типах мышечных волокон с учётом пола.
Использовали замороженные биопсии латеральной широкой мышцы бедра от 287 доноров (123 женщины, 164 мужчины) в возрасте 20–79 лет. Ядра выделяли и секвенировали РНК и открытый хроматин (snRNA-seq и snATAC-seq). Кластеризация выявила 13 типов клеток. Для каждого типа волокон (1, 2a, 2x) проверяли связь экспрессии генов и доступности хроматина с возрастом с помощью линейных смешанных моделей с поправкой на пол, индекс массы тела, партию и другие факторы. Дополнительно сравнивали с псевдобалковым подходом DESeq2.
С возрастом значимо снижалась доля ядер быстрых гликолитических волокон типа 2x, а доля ядер нейронов и нервно-мышечных соединений росла. В транскриптоме волокон выявлены сотни генов, связанных с возрастом: 216 в типе 1, 384 в типе 2a, 344 в типе 2x. Направление изменений совпадало между полами на 72–81% и между типами волокон на 86–96%. В эпигеноме обнаружено больше закрывающихся участков, чем открывающихся (68–72% возраст-ассоциированных участков закрывались). Закрывающиеся участки обогащены активными энхансерами и обеднены активными точками старта транскрипции. Мотивы факторов транскрипции NR3C1 (глюкокортикоидный рецептор), NR3C2 и NR3C4 (андрогенный рецептор) были наиболее обогащены в закрывающемся хроматине мужских волокон типа 2a, тогда как у женщин чаще встречались мотивы семейства NFI. Мотивы CEBPB и ATF4 обогащались в открывающихся участках волокон типа 2.
Работа отличается от соседей по архиву масштабом и объектом: это первое исследование возрастного эпигенома на уровне отдельных ядер мышечных волокон с такой выборкой. В отличие от работ по коллагену или клеточному старению, здесь показано, что старение меняет доступность регуляторных элементов, а не самих транскрибируемых участков. Это смещает фокус с генов на их переключатели.
Тема может развиваться в сторону проверки причинно-следственных связей: действительно ли закрытие участков с мотивами гормональных рецепторов снижает чувствительность мышц к сигналам. Возможны эксперименты с активацией этих рецепторов на моделях старения. Также перспективно расширение возрастного диапазона доноров, чтобы захватить более молодых и более старых людей.
Результаты повлияют на геронтологию, спортивную медицину и эндокринологию, поскольку указывают на потенциальную роль гормональной регуляции в возрастной потере мышечной массы.
Следующий шаг — функциональная проверка роли NR3C1 и других факторов в мышечных клетках, например через нокдаун или активацию в культуре. Также важно сравнить эпигеномные изменения в разных мышцах, чтобы понять, насколько выводы универсальны.
Работа подключается к нерешённой проблеме мышечной биологии: почему при старении преимущественно теряются быстрые волокна типа 2 и какова роль денервации. Она даёт эпигеномный слой данных, которого не хватало для проверки гипотез о снижении чувствительности к анаболическим сигналам.
Участки хроматина, закрывающиеся с возрастом, чаще всего находятся далеко от генов (более 5 тысяч пар оснований от точки старта транскрипции), то есть старение бьёт по «пультам управления», а не по самим генам.
Работа опубликована не на arXiv. Здесь её страница, PDF и формализация: проверить можно самим, а не только прочитать наш разбор.