Vapaa-ajan fyysisen aktiivisuuden yhteys koko kehon ja luustolihasten biologiseen ikään keski-ikäisillä naisilla

Abstract

Fyysisellä aktiivisuudella on monia positiivisia vaikutuksia keski-ikäisten naisten terveyteen, kuten verenkiertoelimistön parantunut toiminta, vahvistunut luusto sekä pienentynyt riski kroonisille sairauksille. Fyysinen aktiivisuus edistää terveenä ikääntymistä ja fyysisesti aktiivisilla on pidempi elinajanodote kuin liikuntaa harrastamattomilla. Vielä ei kuitenkaan tiedetä, vaikuttaako vapaa-ajan fyysinen aktiivisuus ihmisen biologiseen ikääntymisprosessiin, sillä ihmisen ikääntyminen selittyy sekä lukuisilla ympäristötekijöillä että yksilöllisellä geneettisellä perimällä. DNA:n metylaatio on yksi epigeneettisistä tekijöistä, jolla säädellään geenien ilmenemistä. DNA:n metylaatiolla tarkoitetaan metyyliryhmien liittymistä DNA:n sytosiini-fosfaatti- guaniini -emäspariin (CpG). Epigeneettinen kello eli DNA-metylaatioikä on lupaava biologisen ikääntymisen biomarkkeri, jolla voidaan määrittää yksilön biologinen ikä eri kudoksissa. Pääsääntöisesti DNA-metylaatioikä korreloi voimakkaasti kronologisen iän kanssa. Yhteyden voimakkuus voi kuitenkin olla erilainen riippuen siitä, minkä kudostyypin biologista ikää arvioidaan. Fyysisen aktiivisuuden yhteyttä DNA-metylaatioikään on tutkittu toistaiseksi vain muutamassa tutkimuksessa ja nämä tutkimukset ovat arvioineet aktiivisuuden yhteyttä DNA- metylaatioikään koko kehon (veri) tasolla. Tämän pro gradu –tutkielman tarkoituksena on verrata yksilöiden biologisen ikääntymisen etenemistä veren valkosoluissa ja luustolihaskudoksessa. Lisäksi selvitetään, onko vapaa-ajan fyysinen aktiivisuus yhteydessä yksilön biologiseen ikään, ja onko yhteys erilainen veren valkosoluissa ja luustolihaksessa sekä selittääkö painoindeksi tutkittua yhteyttä. Tässä pro gradu -tutkielmassa käytetään Estrogeeni, vaihdevuodet ja toimintakyky (ERMA) -tutkimuksen osa- aineistoa. Otokseen kuuluu 30 ERMA-tutkimukseen osallistunutta keski-ikäistä naista, joille on tehty DNA- metylaatioikämittaukset veren valkosoluista ja luustolihaskudoksesta. Tutkittavilta otetuista veren valkosoluista ja luustolihasnäytteistä eristetystä DNA:sta selvitettiin EPIC array –analyysillä 353 ikäspesifin DNA-kohdan metyloituminen. Raakadata syötettiin vapaasti saatavilla olevaan ohjelmaan, joka spesifiä laskenta-algoritmia käyttäen arvioi henkilön DNA-metylaatioiän vuosissa. Epigeneettinen ikääntymisnopeus (age acceleration) eli biologisen iän ja kronologisen iän ero, määritettiin lineaarisen regressioanalyysin jäännöksistä. Keski-ikäisten naisten fyysisen aktiivisuuden taso arvioitiin validoidulla kyselyllä. Muuttujien normaalijakautuneisuutta tarkasteltiin Shapiro-Wilkin testillä. Analyysimenetelminä käytettiin Pearsonin korrelaatiokertoimien tulkintaa, parittaisten otosten T-testiä ja yksisuuntaista varianssianalyysiä. Kronologinen ikä korreloi kohtalaisen voimakkaasti veren valkosolujen DNA-metylaatioiän kanssa (r=0,43, p=0,019), mutta ei ollut yhteydessä luustolihaksen DNA-metylaatioikään (r=0,24, p=0,194). Fyysisen aktiivisuuden määrä ei selittänyt epigeneettistä ikääntymisnopeutta veren valkosoluissa (p=0,444), mutta fyysinen aktiivisuus oli yhteydessä luustolihaksen epigeneettiseen ikääntymisnopeuteen (p=0,047). Keskiarvovertailussa havaittiin fyysisesti passiivisten koehenkilöiden luustolihaksen epigeneettisen ikääntymisnopeuden olevan hidastunut verrattuna aktiivisempiin henkilöihin. Tilastollisesti merkitsevä ero hävisi kehon painoindeksillä vakioinnin jälkeen (p=0,098). Fyysisesti passiivisten henkilöiden hidastunut luustolihaksen epigeneettinen ikääntymisnopeus on tuloksena yllättävä ja osittain päinvastainen aiemman tutkimustiedon kanssa, jonka mukaan terveelliset elämäntavat ovat useimmiten hidastaneet biologista ikääntymistä. Fyysisen aktiivisuuden yhteyttä biologiseen ikääntymiseen tulisi jatkossa tutkia suuremmilla tutkimusjoukoilla ottaen kattavasti huomioon sekoittavien tekijöiden ja kudostyypin vaikutuksen tutkittuun aiheeseen. Jatkotutkimuksissa tulisi selvittää etenkin lihaskudoksen DNA-metylaatioikään yhteydessä olevia tekijöitä.

Physical activity has many health benefits for middle-aged women; for example, improved function of the circulatory system, strengthened bones and a smaller risk of chronic diseases. Physical activity has also been shown to promote healthy aging, and physically active people have a higher life expectancy compared to inactive people. However, it is not yet known, if physical activity is associated with individual biological aging process, which is known to be an interaction between numerous environmental factors and unique genotype. DNA methylation is an epigenetic mechanism that cells use to control gene expression. It is characterized by the biochemical addition of a methyl group to the cytosine-phosphate-guanine -sites (CpG). The epigenetic clock, also known as DNA methylation age, is a new promising biomarker of biological aging. In most cases DNA methylation age correlates strongly with chronological age. However,DNA methylation age may differ depending on the studied tissue type. Few studies have investigated associations between physical activity and DNA methylation age and these studies have estimated the association in whole body level (blood). The purpose of the study was to investigate, if physical activity is associated with DNA methylation age at whole body level (blood leukocytes) and in skeletal muscle tissue. The second aim was to examine potential differences in DNA methylation age in leukocytes and skeletal muscle tissue with respect to physical activity and to study whether body mass index explains this potential association. The study sample is part of the Estrogenic Regulation of Muscle Apoptosis (ERMA) –study. Current analysis included 30 middle aged women who had taken part in ERMA-study and who had undergone tissue sampling from blood and skeletal muscle and respective DNA methylation age measurements. DNA methylation age of leukocytes and skeletal muscle was calculated from 353 specific CpG-sites known to be associated with aging based on their methylation and using EPIC array analysis. The output was submitted to the online DNA methylation age calculator. The level of physical activity was estimated with validated questionnaire. The normality of the data was examined throughShapiro-Wilktest. The data was analyzed using the Pearson correlation coefficient, paired T-test and univariate analysis of variance test. Chronological age had moderate positive correlation with DNA methylation age of leukocytes (r=0,43, p=0,019) but there was no association between chronological age and DNA methylation age in the skeletal muscle (r=0,24, p=0,194). Age acceleration in leukocytes was not associated with amount of physical activity (p=0,444), but age acceleration in skeletal muscle tissue was associated with the level of physical activity (p=0,047). In inactive study participants, age acceleration of skeletal muscle was lower compared to active study participants. After adjusting the model with body mass index, statistically significant difference disappeared (p=0,098). Inactive study participants’ lower age acceleration of skeletal muscle as a result is a surprising and inconsistent with previous, although very scarce, research data where in most of the cases healthy lifestyles has slowed biological aging. In the future this topic should be studied with larger sample sizes and taking into account several confounding factors and type of human body tissue. Further research is needed to assess factors associated with DNA methylation age in skeletal muscle.