Genetic and environmental influences on biological ageing across different age : epigenetic clocks as markers of biological ageing

Abstract

Vanhenemista säätelevät läpi elämän sekä perintö- että ympäristötekijät, kuten muokattavissa olevat elintapoihin liittyvät tekijät. DNA:n metylaatioon perustuvat estimaattorit, mukaan lukien "epigeneettiset kellot", ovat lupaavia biologisen vanhenemisen mittareita. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää perintö- ja ympäristötekijöiden vaikutuksia biologiseen vanhenemiseen eri ikäryhmissä DNA:n metylaatioon perustuvia mittareita hyödyntäen. Tämä väitöskirja sisältää neljä tutkimusta, jotka perustuvat suomalaisen kaksoskohortin aineistoon. Kaksoskohortti koostuu kolmesta suuresta kohorttitutkimuksesta: vanhempi kaksoskohortti (ennen vuotta 1958 syntyneet kaksoset), Nuorten kaksosten terveystutkimus (FinnTwin16, vuosina 1975–79 syntyneet kaksoset) ja Kaksosten kehitys ja terveys -tutkimus (FinnTwin12, vuosina 1983–1987 syntyneet kaksoset). DNA:n metylaatiotasot määritettiin osajoukolle verinäytteistä ja biologisen vanhenemisen arvioimiseen aikuisiässä käytettiin useita DNA:n metylaatioon perustuvia mittareita (N: ~2 600). Tulosten perusteella biologinen vanheneminen on voimakkaasti periytyvää. Epäterveelliset elämäntavat ja ylipaino nuoruudessa liittyivät kiihtyneeseen biologiseen vanhenemiseen varhaisessa aikuisuudessa, mutta perintötekijät selittivät suurelta osin havaitut yhteydet. Miehet olivat biologisesti vanhempia kuin naiset, ja sukupuoliero kasvoi iän myötä. Sukupuoliero selittyi osittain miesten yleisemmällä tupakoinnilla ja korkeammalla painoindeksillä. Vapaa-ajan fyysinen aktiivisuus liittyi biologiseen vanhenemiseen, mutta yhteys näyttää olevan altis useasta lähteestä johtuvalle harhalle. Tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että DNA:n metylaatioon perustuvat biologisen vanhenemisen mittarit ovat hyödyllisiä elämänkulun epidemiologisissa tutkimuksissa, koska niissä näkyy elämän aikana kertyvien elintapatekijöiden vaikutukset. Perintötekijöiden ja tupakoinnin sekoittavat vaikutukset tulisi ottaa tarkasti huomioon DNA:n metylaatioon perustuvia mittareita käytettäessä.

Ageing is a complex phenotype regulated by both genetic influences and environmental factors, such as modifiable lifestyle-related factors, over the life course. DNA methylation (DNAm)-based estimators, including ‘epigenetic clocks‘, are promising candidates for biomarkers of ageing. The purpose of this study was to investigate genetic and environmental influences on biological ageing using DNAm-based estimators at different ages. This thesis includes four studies based on data retrieved from the Finnish Twin Cohort (FTC). The FTC comprises three large cohort studies. The older FTC study included twins born before 1958, Finntwin16 focused on twins born from 1975–1979 and Finntwin12 examined twins born from 1983–1987. For the subsamples (N: ~2,600), DNAm levels were determined based on blood samples, and DNAm-based estimators were used to assess biological ageing in adulthood. Based on the results, biological ageing is highly heritable. Unhealthy lifestyles and overweight in adolescence were associated with accelerated biological ageing in young adulthood, but genetic factors largely explained the observed associations. Men were biologically older than women, and this sex difference increased with age. The difference was partially explained by more frequent smoking and a higher body mass index in men than in women. Leisure-time physical activity was associated with biological ageing, but this association seems to be susceptible to bias from multiple sources. The findings of this study suggest that DNAm-based estimators of biological ageing are valuable tools for epidemiological studies of life course, as they seem to capture the effects of lifestyle-related factors that accumulate over the life course. The confounding role of genetic factors and exposure to smoking should be carefully considered when using these measures.