Epigeneettisen ikääntymisnopeuden yhteys sarkopeniaa määrittäviin tekijöihin

Abstract

Sarkopenia, eli lihasmassan, voiman ja toimintakyvyn heikentyminen on yleinen ikääntyvää väestöä koskeva luustolihassairaus. Sarkopenian on todettu olevan yhteydessä lukuisiin terveyshaittoihin sekä aiheuttavan yhteiskunnalle merkittäviä sosiaalisia ja taloudellisia kustannuksia. Sarkopenia on monitekijäinen ilmiö, jonka takana olevia biologisia mekanismeja ei vielä täysin ymmärretä. Epigeneettisellä säätelyllä saattaa olla merkittävä rooli useiden sairauksien, ja mahdollisesti myös sarkopenian kehittymisessä. Epigeneettiset tekijät vaikuttavat geenien toimintaan muuttamatta DNA:n emäsjärjestystä. Epigeneettiset muutokset ovat keskeisiä ikääntymisen tunnusmerkkejä. Tutkituin epigeneettinen mekanismi on DNA:n metylaatio. Tiettyjen DNA-ketjun metylaatiotasojen muutoksien on havaittu korreloivan voimakkaasti kronologisen iän kanssa. Havaintojen pohjalta tutkijat ovat kehittäneet niin sanottuja epigeneettisiä kelloja, jotka laskevat henkilön epigeneettisen iän tai epigeneettisen ikääntymisnopeuden metylaation perusteella. Epigeneettisen ikääntymisnopeuden mittaaminen voi tarjota mahdollisuuden löytää vastauksia sille, miksi jotkin ihmiset ikääntyvät nopeammin kuin toiset, ja myös tunnistaa sarkopenian riskissä olevat henkilöt jo varhaisessa vaiheessa. Tämän pro gradu -tutkielman tarkoituksena oli selvittää, onko epigeneettinen ikääntymisnopeus yhteydessä sarkopeniaa määrittäviin tekijöihin sekä selittävätkö liikunnan määrä, tupakointi, painoindeksi ja kroonisten sairauksien lukumäärä mahdollista yhteyttä. Tutkielman aineistona käytetään The Finnish Twin Study on Ageing (FITSA)-aineistoa. Aineisto koostui FITSA-tutkimuksen alkumittausten aikaan 63–76-vuotiaista 413 kaksosnaisesta. Tutkittavien metyylitasot analysoitiin kokoverestä otettujen DNA-näytteiden perusteella EPIC-mikrosiruanalyysiä hyödyntäen. DunedinPACE laskenta-algoritmilla laskettiin tutkittavien epigeneettinen ikääntymisnopeus R-ohjelmistossa hyödyntäen vapaasti saatavilla olevia komentosarjoja. Sarkopeniaa määrittäviä tekijöitä tarkasteltiin erikseen, koska aineistossa saatavilla olleet muuttujat eivät soveltuneet sarkopeenisten tutkittavien määrittämiseksi. Tutkittavien käden puristusvoima, 10 metrin maksimaalinen kävelynopeus sekä Timed Up and Go -testi (TUG), mitattiin laboratoriossa standardoiduilla toimintakykytesteillä. Tutkittavien kehon rasvattoman massan määrä arvioitiin bioimpedanssimittauksella. Liikunnan määrä määriteltiin aiemmin validoidulla kyselylomakkeella. Tilastollisina analyysimenetelminä käytettiin Pearsonin korrelaatiotarkastelua ja lineaarista regressioanalyysia. Epigeneettinen ikääntymisnopeus oli yhteydessä TUG testin tulokseen ja kehon rasvattoman massan määrään. Elintapatekijöillä, kroonisten sairauksien lukumäärällä tai painoindeksillä vakiointi ei vaikuttanut havaittuun yhteyteen. Tutkittavat, joiden epigeneettinen ikääntymisnopeus oli kiihtynyt, saivat TUG-testistä heikomman tuloksen (β=0,131; p=0,008) ja heidän kehonsa rasvattoman massan määrä oli suurempi (β=0,181; p=0,001). Epigeneettinen ikääntymisnopeus oli yhteydessä käden puristusvoimaan ja maksimaaliseen kävelynopeuteen vakioimattomissa malleissa, mutta yhteydet eivät säilyneet tilastollisesti merkitsevinä elintavoilla, kroonisten sairauksien lukumäärällä ja kehon painoindeksillä vakioinnin jälkeen. Korkeampi liikunnan määrä oli yhteydessä parempiin tuloksiin käden puristusvoimamittauksissa sekä kävelynopeus- ja TUG-testissä. Useammista kroonisista sairauksista kärsivien puristusvoima-, kävelynopeus- ja TUG-testin tulokset olivat heikompia. Tupakointi sekä tupakointihistoria ja suurempi painoindeksi olivat myös yhteydessä heikompaan kävelynopeuteen. Tutkielman tulosten perusteella nopeampi epigeneettinen ikääntymisnopeus oli yhteydessä heikompaan TUG-testin tulokseen ja suurempaan kehon rasvattoman massan määrään, mutta ei käden puristusvoimaan tai kävelynopeuteen. Epigeneettisen ikääntymisnopeuden yhteydet sarkopeniaa määrittäviin tekijöihin olivat epäjohdonmukaisia, mutta tulokset ovat linjassa aikaisempien tutkimusten kanssa. Yhteenvetona voidaan todeta, että epigeneettinen ikääntymisnopeus DunedinPACE-algoritmilla määriteltynä ei tuo lisäarvoa sarkopenian riskissä olevien yksilöiden tunnistamiseen. Tutkielman poikkileikkausasetelma ei mahdollista vahvojen johtopäätösten muodostamista. Tämä tutkielma oli ensimmäinen, jossa tutkittiin epigeneettisen ikääntymisnopeuden yhteyttä sarkopeniaa määrittäviin tekijöihin käyttämällä uutta DunedinPACE-algoritmia.

Sarcopenia, i.e., a decrease in muscle mass, strength, and functional capacity, is a common skeletal muscle disorder affecting the aging population. Sarcopenia is associated with numerous adverse health outcomes and the high prevalence of sarcopenia causes significant social and economic burdens to society. Sarcopenia is a multifactorial phenomenon and the biological mechanisms behind it are not yet fully understood. There is growing evidence that epigenetic factors play a significant role in the development of several diseases, and they might possibly also play a role in the development of sarcopenia. Epigenetic factors affect the function of genes without changing the sequence of DNA bases. Epigenetic changes are one of the key hallmarks of aging. The most studied epigenetic mechanism is DNA methylation. DNA methylation changes in specific CpG-sites have been found to correlate strongly with chronological age. Based on these findings, researchers have developed epigenetic clocks, which can estimate person’s epigenetic age or epigenetic aging rate based on the methylation levels of specific age-related DNA sites. Measuring the rate of epigenetic aging may provide an opportunity to explain why some people age faster than others and to identify individuals at risk of sarcopenia at an early stage. The purpose of this master's thesis was to determine if the epigenetic age acceleration is associated with the defining factors of sarcopenia and if physical activity, smoking, body mass index (BMI) and the number of chronic diseases explain potential associations. This thesis utilizes The Finnish Twin Study on Aging (FITSA) data. The data consisted of 413 twin women aged 63–76 at the time of the initial measurements of the FITSA study. Subject’s genome-wide methylation levels were analyzed based on DNA samples taken from whole blood using EPIC microarray analysis. DunedinPACE algorithm and pre-processed methylation data were used to generate individual values reflecting the pace of ageing. Sarcopenia defining factors were examined separately because the variables available in the data were not suitable for determining sarcopenic subjects according to the standardized international criteria. The subjects' hand grip strength, maximum walking speed of 10 meters and the Timed Up and Go test (TUG) were measured in the laboratory using standardized tests. The amount of lean body mass (LBM) of the subjects was evaluated by bioimpedance analysis. Physical activity was defined using a previously validated questionnaire. Pearson's correlation analysis and linear regression analysis were used as statistical analysis methods. The epigenetic age acceleration was associated with the result of the TUG test and the amount of lean body mass in both unadjusted and adjusted models. Subjects whose epigenetic age was accelerated had a poorer result in the TUG test (β=0,131; p=0,008) and their LBM was higher (β=0,181; p=0,001). The epigenetic age acceleration was associated with hand grip strength and maximal walking speed in unadjusted models, but the associations did not remain statistically significant after adjusting for lifestyle, number of chronic diseases, and body mass index. Higher physical activity was associated with better results in the hand grip strength test and walking speed and TUG tests. Those with more chronic diseases had lower grip strength and slower maximal walking speed and TUG test results. Current smoking status and smoking history, and higher BMI were associated with slower walking speed. Based on the results of the thesis, higher epigenetic age acceleration was associated with a lower TUG test result and higher amount of LBM, but not with hand grip strength or walking speed. The inconsistent results of the thesis are in line with the results of previous studies. Based on the results, epigenetic age acceleration, as determined by the DunedinPACE algorithm, does not provide added value in defining individuals at risk of sarcopenia. However, the cross-sectional design of the thesis doesn’t allow formation of strong conclusions. This study was the first to examine the association of epigenetic aging acceleration with defining factors of sarcopenia using the novel DunedinPACE algorithm.