Dieta ne poate schimba genele? Pot traumele noastre din copilărie să ne afecteze copiii și nepoții? Răspunsurile la aceste întrebări pot fi oferite de epigenetică, adică știința care studiază așa-numitul modificări epigenetice. În prezent, modificările epigenetice sunt considerate a fi una dintre cele mai importante descoperiri în biologia moleculară, deoarece au permis înțelegerea relației dintre fondul genetic și factorii de mediu.
Cuprins:
- Epigenetica - ce sunt modificările epigenetice?
- Epigenetica - tipuri de modificări epigenetice
- Epigenetica - rolul modificărilor epigenetice
- Epigenetica - dieta
- Epigenetica - polimorfisme genice MTHFR
- Epigenetica - stres
- Epigenetica - impact asupra sănătății
Epigenetica este o ramură a științei care studiază modificările exprimării genelor care nu se datorează modificărilor secvenței în catena ADN. Astfel de modificări se numesc epigenetice și sunt un tip de markeri moleculari care sunt adăugați la catenele ADN de către enzime adecvate, de exemplu metiltransferaze.
Cu ajutorul modificărilor epigenetice, corpul poate controla cursul multor procese biologice cheie, cum ar fi dezvoltarea țesuturilor și organelor specifice din uter.
Termenul „epigenetică” a fost folosit pentru prima dată de Waddington în 1942. Prefixul „epi-” provine din cuvântul grecesc „deasupra”, care tradus în mod vag înseamnă ceva care este mai presus de genetica clasică.
Epigenetica - ce sunt modificările epigenetice?
Markerii moleculari adăugați la un fir ADN în timpul modificării epigenetice pot decide dacă o genă este sau nu exprimată, acționând ca „comutatoare” și „comutatoare” moleculare care reglează expresia anumitor gene.
Cel mai important, astfel de modificări nu schimbă structura firului ADN, adică nu sunt un tip de mutație genetică ireversibilă, ci ceva care suferă modificări dinamice sub influența factorilor de mediu.
În plus, se adaugă sau se îndepărtează markeri moleculari corespunzători după fiecare diviziune celulară și duplicarea catenelor ADN.
Prin urmare, fiecare celulă are propriul model caracteristic de markeri moleculari care determină profilul său specific de exprimare a genei. Colecția unor astfel de markeri moleculari se numește epigenom.
Cea mai cunoscută modificare epigenetică este metilarea ADN-ului, care constă în atașarea unei grupări metil la citozină (un compus bazic care face parte din ADN).
La rândul său, modificarea epigenetică inversă a metilării este demetilarea, care constă în îndepărtarea grupării metil din citozină.
Epigenetica - tipuri de modificări epigenetice
Modificările epigenetice pot afecta direct firele ADN:
- Metilarea ADN-ului, adică atașarea grupărilor metil la citozină prin intermediul ADN metiltransferazelor
- Demetilarea ADN, adică îndepărtarea grupărilor metil din citozină prin intermediul ADM demetilazelor
- În plus, modificările epigenetice sunt făcute din proteine pe care nu este înfășurat nimic ADN, adică histone:
- metilarea reziduurilor de lizină și arginină ale histonelor cu histon metiltransferaze
- demetilarea resturilor de lizină și arginină a histonelor cu histon demetilaze
- acetilarea reziduurilor de histon lizină cu histon acetiltransferaze
- deacetilarea resturilor de histon lizină de histon deacetilază
- fosforilarea resturilor de serină histonică de către kinaze
- ubiquitinarea reziduurilor de histon lizină prin atașarea proteinei ubiquitin la histone cu utilizarea enzimelor E1, E2 și E3
- ribozilarea resturilor de histonă glutamină și arginină care implică atașarea nucleotidelor ADP-riboză cu utilizarea polimerazei și transferazei
Modificarea epigenetică atipică este așa-numita molecule de ARN necodificatoare de exemplu microARN (miARN). Sunt molecule de ARN monocatenare scurte (compuși asemănători ADN-ului) care pot regla expresia genelor prin blocarea formării proteinelor.
Epigenetica - rolul modificărilor epigenetice
- expresie genică îmbunătățită
- mutarea expresiei genetice
- controlul diferențierii celulare în organism
- Dezvoltarea embrionară
- reglarea gradului de condensare a cromatinei, de exemplu, inactivarea cromozomului X, datorită căreia la femei este activă doar o copie a genelor legate de sex.
Albinele sunt un exemplu interesant al rolului modificării epigenetice în dezvoltarea animalelor. La aceste insecte, regina este mama tuturor albinelor dintr-un singur stup, cu consecința că toate au aceeași secvență ADN.
Chiar și așa, un stup este locuit de insecte care arată și se comportă diferit. Muncitorii sunt mai mici decât Regina și au un temperament blând, în timp ce soldații sunt mai mari și agresivi.
Aceste diferențe sunt cauzate de modificări epigenetice care determină aspectul și comportamentul albinelor adaptate rolului pe care îl joacă în comunitatea stupului.
Un mecanism similar este observat în timpul dezvoltării fetale a animalelor, atunci când reducerea la tăcere și îmbunătățirea expresiei genelor specifice afectează soarta unei anumite celule stem, fie că este o celulă nervoasă a creierului sau o celulă epitelială gastrică.
Epigenetica - dieta
Modificările epigenetice apar deja în timpul vieții fetale și apoi pot suferi modificări dinamice de-a lungul vieții sub influența factorilor de mediu.
Unul dintre cei mai importanți factori care influențează forma epigenomului este alimentele și substanțele sale bioactive.
Influența dietei asupra modificărilor epigenetice a fost confirmată în multe studii preclinice și clinice.
Există cel puțin două mecanisme prin care dieta poate influența modificarea epigenetică, în principal procesul de metilare:
- prin schimbarea disponibilității donatorilor de metil cum ar fi S-adenosilmetionina (SAM), care este sintetizată în ciclul metioninei din mai mulți precursori prezenți în alimente, inclusiv metionină, colină și derivatul său betaină, acid folic și vitaminele B2, B6 și B12. Prin urmare, disponibilitatea redusă a acestor compuși poate duce la sinteza SAM redusă și perturbarea procesului de metilare
- prin modularea activității enzimelor legate de procesul de metilare (de exemplu DNMT metiltransferază) prin consumul de polifenoli conținuți în fructe, legume și condimente. Exemple de astfel de compuși sunt resveratrolul din vinul roșu, galatul de epigalocatechină (EGCG) în ceaiul verde, curcumina în rizomul de turmeric, genisteina în boabele de soia, sulforafanul în broccoli, quercetina în citrice și hrișcă
Efectul dietei asupra epigenomului in utero a fost documentat de celebrul experiment asupra șoarecilor de laborator „agouti”, care se caracterizează printr-o culoare galbenă a stratului și o predispoziție la obezitate, diabet și cancer.
Culoarea galbenă a blănii la acești șoareci este un fel de indicator al metilării genice insuficiente.
În experiment, șoarecii „agouti” însărcinați au fost hrăniți cu alimente cu un conținut ridicat de donatori de metil, printre altele. acid folic și colină.
Spre surprinderea oamenilor de știință, descendenții acestor șoareci nu semănau cu părinții lor. Prima trăsătură vizibilă a fost schimbarea culorii hainei în maro, dar cel mai surprinzător lucru a fost că șoarecii și-au pierdut predispoziția la bolile de care sufereau părinții lor.
După cum sa dovedit, aceasta a fost o consecință a unei diete modificate și a restabilirii metilării normale a ADN-ului.
Aceste observații susțin faptul că epigenomul poate fi modificat prin dietă și poate avea consecințe de anvergură asupra sănătății.
În ultimii ani, a fost demonstrat și un rol semnificativ al microbiotei intestinale în procesul de modificare epigenetică.
Microorganismele intestinale produc diverse substanțe bioactive, de exemplu acizi grași cu lanț scurt, iar cantitatea lor depinde de compoziția speciei microbiotei și de calitatea dietei.
O cantitate mare de produse prebiotice în dietă, cum ar fi fibrele dietetice solubile, de exemplu amidonul rezistent, mărește concentrația de acizi grași cu lanț scurt, care afectează pozitiv epigenomul celulelor epiteliale intestinale.
Epigenetica - polimorfisme genice MTHFR
Eficiența modificărilor epigenetice poate fi, de asemenea, influențată de polimorfisme genetice, adică mici modificări ale genomului, a căror consecință este prezența diferitelor variante genetice în populația umană.
Una dintre consecințele polimorfismelor genetice este, printre altele. răspunsul diferit al tuturor la nutrienți.
Se estimează că 15-30% dintre oameni pot avea o nevoie crescută de donatori de metil (în special acid folic) din cauza polimorfismelor nefavorabile ale genei MTHFR, care codifică enzima metilenetetrahidrofolat reductază.
Această enzimă este responsabilă pentru transformarea acidului folic în forma sa activă.
Persoanele cu o variantă nefavorabilă a polimorfismului genei MTHFR au afectat conversia formei inactive a acidului folic în forma sa activă 5-metiltetrahidrofolat (5-MTHF), prin urmare au o nevoie crescută de donatori de metil.
Și, deși cercetarea nu a confirmat în mod clar că astfel de persoane ar putea avea metilarea redusă a firelor de ADN, în cazul lor merită să acordați atenție unui aport adecvat în dietă sau suplimentarea suplimentară a donatorilor de metil, cum ar fi acidul folic sau colina.
Epigenetica - stres
Excesul de hormoni de stres, printre altele Cortizolul poate afecta modificările epigenetice ale sistemului nervos și poate crește riscul de tulburări psihiatrice.
S-a documentat că persoanele care suferă de tulburări de anxietate, tulburări de stres post-traumatic, tulburări de stres post-traumatic și depresie au un profil caracteristic de modificare epigenetică (în principal metilarea ADN redusă).
Se crede că un astfel de epigenom este modelat de experiențe traumatice din copilărie și / sau de situații cronice de stres.
Acest profil epigenetic se menține pe tot parcursul vieții lor în ele și este transmis probabil copiilor și nepoților (așa-numita moștenire extragenică).
Epigenetica - impact asupra sănătății
Erorile din timpul modificărilor epigenetice, cum ar fi reducerea expresiei genei greșite, pot provoca consecințe grave în funcționarea corpului, de exemplu, pot provoca cancer.
Mai mult, din ce în ce mai multe studii indică faptul că modificările epigenetice, pe lângă participarea la procesele fiziologice, pot participa la dezvoltarea unor boli precum:
- autism
- schizofrenie
- depresie
- boli cardiovasculare
- boli neurodegenerative
- boală autoimună
- alergii
În special, se caută relația dintre modificările epigenetice, dieta și riscul de boli specifice.
S-a demonstrat că apar modificări epigenetice semnificative în uter, care pot avea implicații la maturitate.
Prin urmare, ceea ce mănâncă mama în timpul sarcinii poate crește riscul anumitor boli și poate afecta chiar generația următoare.
S-a dovedit că copiii mamelor care au fost însărcinate în timpul iernii foamei în Țările de Jos în 1944-1945 au avut un risc crescut de boli cardiovasculare, obezitate și schizofrenie comparativ cu copiii mamelor care nu au suferit de foame.
La copiii mamelor flămânde s-a găsit, printre altele, metilarea redusă a genei care codifică factorul de creștere asemănător insulinei 2 (IGF2).
Merită știutRealizările epigeneticii fac în prezent obiectul unor cercetări intense în știința nutriției. Există chiar și o nouă disciplină care se ocupă de influența nutrienților asupra expresiei genelor, adică nutrigenomica.
Literatură
- Moosavi A. și Motevalizadeh A. Rolul epigeneticii în biologie și bolile umane. Iran Biomed J. 2016, 20 (5), 246-258.
- Choi S. W. și Friso S. Epigenetica: o nouă punte între nutriție și sănătate. Adv Nutr. 2010, 1 (1), 8-16.
- Karabin K. Efectul dietei asupra epigenomului uman sau modul în care dieta modifică genele. Dietetica modernă 15/2018.
- Dmitrzak-Węglarz M. și Hauser J. Mecanisme epigenetice în bolile mintale și tulburările cognitive. Psihiatrie 2009; 6, 2, 51-60.
- Poczęta M. și colab. Modificări epigenetice și expresia genelor în neoplasm. Ann. Acad. Med. Siles. 2018.72, 80-89.
- Glad C. și colab. Metilarea și psihopatologia ADN-ului redus în urma hipercortizolismului endogen - un studiu la nivelul întregului genom. Rapoarte științifice 2017, 7, 44445.
- Shin W. și colab. Aportul de colină care depășește recomandările dietetice actuale păstrează markerii metilării celulare într-un subgrup genetic de bărbați cu compromis folic. J Nutr. 2010, 140, 5, 975–980.
Citiți alte texte ale acestui autor
