Genomet og aldring

De fænotyper, der typisk fokuseres på i genetiske aldringsstudier, er livslængde, longevity (exceptionel lang levetid) og sund aldring, dvs. opnåelse af en høj alder uden fysisk og kognitivt funktionstab. Der er en betydelig korrelation mellem disse fænotyper, f.eks. forbliver »længelevere« ofte ved godt helbred til langt oppe i årene [1, 2].

I genetisk-epidemiologiske studier har man påvist en væsentlig genetisk indflydelse på mange aldringsfænomener, inklusive livslængde. Chancen for at opnå en høj levealder er f.eks. markant større for slægtninge til »længelevere« [3]. I tvillingestudier har man estimeret, at ca. 25% af variationen i livslængde kan tilskrives genetiske faktorer [4], mens resultaterne af flere studier tyder på, at det exceptionelt lange liv har en endnu højere heritabilitet [5, 6]. Genetiske faktorer spiller desuden en afgørende rolle for en række aldersrelaterede fænotyper, som f.eks. fysisk og kognitiv funktion, der blandt ældre har en heritabilitet på mere end 50% [7, 8].

UDFORDRINGER I GENETISKE ALDRINGSSTUDIER

Hovedparten af de genetiske aldringsstudier har hidtil været tværsnitsstudier, hvor man har sammenlignet genotypefrekvenser i cases (»længelevere«) med yngre kontrolpersoner for at identificere genvarianter, der enten er hyppigere eller sjældnere blandt ældre end blandt yngre. Da DNA fra den ideelle kontrolgruppe (afdøde personer fra samme fødselskohorter) sjældent er til rådighed, udgør valget af en egnet kontrolgruppe en særlig udfordring, idet der er stor risiko for kohortespecifikke forskelle. Brugen af longitudinelle studier, hvor en hel kohorte følges over tid, begrænser disse problemer, men kræver til gengæld inklusion af en meget stor studiepopulation ved baseline for at bevare en tilstrækkelig population i de højeste aldre. Med de nuværende dødsrater i Danmark skal man således følge mere end 8.500 80-årige mænd longitudinelt for at opnå en studiepopulation på 100 100-årige mænd. Traditionelle koblingsstudier med »afficerede« (»længelevende«) personer i flere generationer er sjældne i aldringsforskning, oftest pga. manglende DNA-materiale. Familiebaserede studier består i stedet ofte af ekstremt længelevende søskendepar, og i nogle studier inkluderer man desuden longevity-generationens børn og evt. søskendebørn. Antagelsen er, at disse er beriget med genvarianter, der er gunstige for lang levetid og sund aldring. Denne hypotese støttes af, at der generelt ses en lavere dødelighed, en lavere prævalens af aldersrelaterede sygdomme og en bedre status på en række helbredsparametre hos børn af »længelevere« end hos en alderssvarende population – såsom deres egne ægtefæller [9, 10].

HVILKE GENETISKE FAKTORER
HAR BETYDNING FOR ALDRING OG LONGEVITY?

Den genetiske baggrund for at opnå en høj alder menes at være karakteriseret ved enten en nedsat forekomst af alleler, der disponerer for sygdom, og/eller en øget forekomst af longevity-fremmende alleler, der bidrager til opretholdelse af et godt helbred. Noget overraskende er det i flere nyligt publicerede studier slået fast, at 85-100-årige tilsyneladende ikke har færre risikogenvarianter end yngre personer for en række sygdomme, der betragtes som aldersrelaterede og associeret med øget mortalitetsrisiko [11, 12]. Disse data tyder på, at den sunde aldring og lange levetid i højere grad skyldes en beskyttende indflydelse fra fordelagtige alleler, der modvirker effekten af ugunstige alleler, end det skyldes fraværet af sådanne sygdomsdisponerende genvarianter.

Studiet af den genetiske baggrund for forskelle i menneskets levealder har fundet stor inspiration fra eksperimentelle dyremodeller. Undersøgelser af bl.a. rundorme, bananfluer og mus har således bidraget med et utal af kandidatgener, som i muteret form enten øger mortaliteten i dyremodellerne eller kan forlænge levetiden med op til det dobbelte. Om end resultaterne fra studier af de tilsvarende humane homologer ikke har været nær så påfaldende, har disse peget på en rolle i aldringen for gener involveret i bl.a. insulin/immunglobulin (IG)F-1-signalering, lipidmetabolisme, stressrespons, samt DNA-reparation og beskyttelse af genomets integritet.

Enkeltgener

Apolipoproteingenet ApoE har længe haft status som verificeret »aldringsgen« og er det humane gen med den mest veldokumenterede betydning for levealder. APOE eksisterer i tre allele former (E2, E3, E4), der koder for hver sin isoform af proteinet, og er bl.a. involveret i lipoproteinmetabolisme og immunregulering. I nogle studier har man fundet, at E2-allelen var associeret til bedre overlevelse og nedsat risiko for kognitiv svækkelse, mens E4-allelen gentagne gange er fundet at være associeret til en øget risiko for både kardiovaskulær sygdom og Alzheimers sygdom samt en generelt øget mortalitet [13].

Et nyligere identificeret »aldringsgen« er FOXO3A, der koder for en transkriptionsfaktor og qua dette indgår i en række vidt forskellige biologiske processer såsom cellevækst, apoptose og oxidativ stressrespons. Der er fundet flere FOXO3A-genvarianter, som er forbundet med en (moderat) bedre overlevelse i adskillige populationer [14]. Det har endnu ikke været muligt at klarlægge en funktionel betydning af de identificerede varianter, men FOXO3A er en essentiel komponent i netop insulin/IGF-1-signaleringen, som var den første signalvej, der i dyreforsøg blev påvist at have indflydelse på livslængde, og flere af de implicerede gener har været associeret til aldring. Ingen af disse associationer er dog genfundet i andre populationer i samme grad som FOXO3A.

Den hypotesefri skanning for nye genetiske faktorer med genome wide association studies (GWAS) har hidtil haft begrænset succes i aldringsforskningen. Det er således kun det allerede kendte ApoE, eller variationer positionelt koblet til ApoE (ApoC1, TOMM40), der gentagne gange er blevet statistisk signifikant bekræftet [15, 16]. For nylig publicerede man i et europæisk samarbejde mellem ti lande dog et hidtil uset stort GWAS med 7.729 længelevere og 16.121 yngre kontrolpersoner i den indledende undersøgelse, efterfulgt af yderligere et studie med andre 13.060 »længelevere« og 61.156 kontrolpersoner. Foruden igen at fastslå betydningen af ApoE påviste man i dette studie et nyt locus på kromosom 5q33.3, som var associeret til opnåelse af en høj levealder. Dette locus ligger i et gen for et potentielt regulatorisk RNA-molekyle og i nærheden af genet EBF1. Dermed er der muligvis lokaliseret et tredje longevity-kandidatgen, om end mekanismen for effekten på aldring mangler at blive belyst nærmere [17].

Mitokondrie-DNA

Mitokondrier er essentielle for cellernes energimetabolisme og spiller sandsynligvis en central rolle i aldring. Det menes, at mutationer i mitokondrie (mt)-DNA kan akkumulere med alderen, og en række mt-mutationer har været foreslået som værende af betydning for livslængden. Nyere forskning tyder imidlertid på, at de enkelte mutationer er populationsspecifikke, og at effekten afhænger af den genetiske baggrund, som de opstår i. Hvis mt-mutationer er væsentlige for aldring, er det derfor muligvis især i gen-gen-interaktionen (epistase) mellem forskellige mtDNA-varianter og mellem disse og kerne-DNA-
varianter, at associationen til aldringsrelaterede fænotyper skal findes [18]. Samtidig tyder bl.a. et nyt dansk studie på, at mængden af mtDNA kan have relevans, da denne falder med stigende alder og er positivt korreleret med både helbred og overlevelse blandt ældre [19].

Strukturelle genomforandringer

Længden af kromosomenderne, telomererne, er korreleret med alder, og resultaterne af nogle studier har tydet på, at et slid på disse er associeret med både cellernes og organismens aldring. Ydermere er kortere leukocyttelomerer fundet at være associeret med øget risiko for både kardiovaskulær sygdom, diabetes, demens, cancer og mortalitet [20], og telomerlængde bliver derfor af nogle betragtet som en biomarkør for aldring. Det er dog fortsat uvist, om telomerslitage er af kausal betydning for aldringsprocesser, og det er vigtigt at holde sig for øje, at der allerede fra fødslen er en høj grad af interindividuel variation i telomerlængder, som langt overstiger effekten af det slid, der ses med alderen [21]. Forskelle i telomerlængde repræsenterer en unik form for strukturel genetisk variation, men også andre større og mindre strukturelle DNA-forskelle, de såkaldte copy number-variationer (CNV) kan være af betydning for genomets stabilitet og funktion, og kan bl.a. lede til markante ændringer i genekspressionen. Forskningen i CNV’ers betydning for aldring er stadig i sin begyndelse, men i to nyere studier har man fundet, at især en forhøjet mængde af større deletioner er associeret med øget mortalitet [22, 23].

Epigenetiske fænomener

DNA-metylering spiller en vigtig rolle i regulering og kontrol af genekspression, og betydningen af forandringer i sådanne metyleringsmønstre for longevity og andre aldersrelaterede fænotyper er kommet i fokus i de seneste år. I flere studier har man påvist en ændring med alderen i den overordnede metyleringsprofil, kendetegnet ved en global hypometylering og en samtidig hypermetylering af enkelte regulatoriske områder med nedsat ekspression af en række gener som sandsynlig konsekvens [24]. I et interessant nyt studie har man identificeret en metyleringssignatur, som synes at kunne anvendes til prædiktion af alder, og med hvilken man endda kan skelne mellem »vævsspecifikke aldre« hos samme individ. Denne metyleringsalder fremstilles som et muligt mål for den samlede effekt af det epigenetiske vedligeholdelsessystem, men det er endnu usikkert, om den har en egen effekt på aldringen eller blot er en markør, der er stærkt korreleret til alder [25].

FREMTIDEN I GENETISKE ALDRINGSSTUDIER

Som det er tilfældet for andre komplekse fænotyper, er potentielle forklaringer på manglende succes i identifikation af gener af betydning for aldring og livslængde bl.a. begrænset statistisk styrke, små effektstørrelser og mangel på præcise fænotypedefi-
nitioner og på statistiske metoder til udredning af effekten af gen-gen- og gen-miljø-interaktioner [26]. Desuden udviser epigenetiske fænomener, mtDNA og telomerlængde celle- og vævsspecificitet. Sådanne studier udgør derfor en yderligere udfordring, specielt i større epidemiologiske studier, hvor blod ofte er det eneste biologiske materiale, der indsamles.

Mere specifikt for aldringsstudier er desuden det fænomen, at genvariationer kan have forskellig betydning for organismen gennem livet samt manglen på velegnede kontrolpersoner og veldefinerede studiepopulationer. I et nyt dansk studie har man fundet forskelle i prævalens af longevity-genvarianter i ældrekohorter [27]; en forskel, som muligvis reflekterer kohorteforskelle i sandsynligheden for at overleve til de højeste aldre. For hver ti år overlever således ca. 30% flere af en dansk fødselsårgang til 90-årsalderen [28]. Dette kan potentielt indvirke på genetiske studier af lang levetid, om end den fundne forskel i hyppighed af genvarianter er moderat.

Der er utvivlsomt en stor grad af heterogenitet i den genetiske baggrund for longevity og sund aldring, og den mest sandsynlige forklaring er, at sjældne, måske ligefrem »private« (familiespecifikke) varianter bidrager i markant grad. Next generation sequencing (NGS) af genomet i ekstreme »længelevere« har allerede ført til identifikation af nye, sjældne og ofte funktionelt betydende varianter, som ikke har kunnet detekteres med GWAS [29, 30]. NGS-data er dog stadig en resursemæssig udfordring, og påvisning af kausale sammenhænge med sjældne varianter er vanskelig. Studier af f.eks. longevity-familier vil her blive værdifulde, idet disse familier netop kan være karakteriseret ved sådanne sjældne longevity-fremmende genvarianter og dermed bidrage til forståelse af den genetiske baggrund for aldring.

Korrespondance: Kaare Christensen, Dansk Center for Aldringsforskning,
Institut for Sundhedstjenesteforskning, Syddansk Universitet, J.B. Winsløwsvej 9B, 5000 Odense. E-mail: kchristensen@health.sdu.dk

Antaget: 25. juli 2014

Interessekonflikter: Forfatternes ICMJE-formularer er tilgængelige sammen med artiklen på Ugeskriftet.dk