A new marker of human aging: heteroplasmy level of mitochondrial genome mutations
Authors: Синёв В.В. , Рыжкова А.И. , Сазонова М.Д. , Дорощук Н.А. , Кириченко Т.В. , Карагодин В.П. , Орехов А.Н. , Собенин И.А. , Сазонова М.А. 
Published: August 2021

Введение. Геронтология - это наука о причинах биологического старения организма. Ее составной частью является гериатрия - наука о болезнях и факторах, вызывающих старение. Полагаем, что митохондриальные мутации, затрагивающие гены белковых субъединиц дыхательной цепи, а также транспортных и рибосомальных РНК, могут являться одним из факторов старения индивидов. При этом, согласно данным литературы, проблема связи мутаций митохондриального генома со старением индивидов изучена недостаточно. Цель исследования - анализ ассоциации уровня гетероплазмии мутаций мтДНК с возрастом индивидов. Методика. Объектом исследования была выборка жителей Московского региона состоящая из 712 участников. ДНК выделяли из образцов лейкоцитов крови участников исследования с помощью метода фенол-хлороформной экстракции. Была проведена ПЦР фрагментов ДНК, содержащих область исследованных мутаций. Полученные амплификаты были пиросеквенированы. Анализ уровня гетероплазмии данных мутаций был проведен с помощью количественного метода, разработанного авторами статьи. Для подсчета уровня гетероплазмии мутаций по данным пирограммы использовалась ранее разработанная авторами формула. Результаты. Показано, что с возрастом индивидов положительно коррелируют однонуклеотидные замены митохондриального генома m.12315G>A, m.14459G>A и m.15059G>A (p≤0,05) и отрицательно - m.1555A>G и m.14846G>A (p≤0,05). Мутации m.652insG и m.13513G>A отрицательно коррелируют с возрастом на уровне значимости p≤0,1. Заключение. Обнаружены 3 однонуклеотидные замены m.14459G>A, m.15059G>A и m.12315G>A генов MT-ND6, MT-CYTB и MT-TL2 (соответственно) ассоциированные со старением организма человека. Данные мутации могут быть использованы для создания молекулярно-клеточных моделей старения. В то же время, выявлены мутации m.1555A>G, m.652insG (ген MT-RNR1), m.14846G>A (ген CYTB) и m.13513G>A (ген MT-ND5), отрицательно коррелирующие с возрастом индивидов. Данные мутации могут быть использованы при генотерапии для замедления старения людей.

Introduction. Gerontology is a branch of science that focuses on the causes of biological aging. Its clinical component is geriatrics, a branch of medical science that focuses on diseases and factors causing aging. We hypothesize that mitochondrial mutations that affect genes of protein subunits of the respiratory chain, and, also, transport and ribosomal RNAs may be factors of aging. Meanwhile, according to the literature, the connection of mitochondrial genome mutations with aging has not been adequately studied. Aim. To analyze the association of heteroplasmy level in mtDNA mutations with the age of individuals. Methods. A sample of inhabitants of the Moscow region, composed of 712 study participants, was enrolled in the study. DNA was isolated from blood leukocytes by phenol chloroform extraction, and PCR of DNA fragments, containing the region of the studied mutations was performed. The obtained amplificates were pyrosequenced. These mutations were analyzed for the heteroplasmy level using a quantitative method developed by the authors. To determine the heteroplasmy level of mutations from the pyrogram data, a formula was used that had earlier been developed by the authors. The results were statistically analyzed with the software package, IBM SPSS Statistics, version 27.0 (SPSS Inc., USA). Results. Analysis of mutations showed that single nucleotide substitutions of the mitochondrial genomes m.12315G>A, m.14459G>A and m.15059G>A correlated positively with subject age (p≤0.05) whereas m.1555A>G and m.14846G>A correlated negatively (p≤0.05). Mutations m.652insG and m.13513G>A tended to correlate negatively with aging (p≤0.1). Conclusion. Three single nucleotide substitutions were found: m.14459G>A, m.15059G>A, and m.12315G>A of genes MT-ND6, MT-CYTB, and MT-TL2, respectively, that are associated with human aging. Thus, these mutations may be used for creating molecular cellular models of aging. At the same time, mutations m.1555A>G, m.652insG (gene MT-RNR1), m.14846G>A (gene CYTB), and m.13513G>A (gene MT-ND5) were detected, which correlate with aging negatively. These mutations may be used in gene therapy to slow aging.