Епигенетика - тајне наследства. Епигенетика и рак, дијета и аутизам

Може ли дијета променити наше гене? Могу ли наше трауме из детињства утицати на нашу децу и унуке? Одговоре на ова питања може дати епигенетика, односно наука која проучава тзв епигенетске модификације. Тренутно се епигенетске модификације сматрају једним од најважнијих открића у молекуларној биологији, јер су омогућиле разумевање односа између генетске позадине и фактора околине.

Преглед садржаја:

1. Епигенетика - шта су епигенетске модификације?
2. Епигенетика - врсте епигенетских модификација
3. Епигенетика - улога епигенетских модификација
4. Епигенетика - дијета
5. Епигенетика - Полиморфизми гена МТХФР
6. Епигенетика - стрес
7. Епигенетика - утицај на здравље

Епигенетика је грана науке која проучава промене у експресији гена које нису последица модификација секвенци у ланцу ДНК. Такве модификације се називају епигенетским и оне су врста молекуларних маркера који се одговарајућим ензимима, на пример метилтрансферазама, додају ланцима ДНК.

Уз помоћ епигенетских модификација, тело може да контролише ток многих кључних биолошких процеса, попут развоја појединих ткива и органа у фетусу.

Термин „епигенетика“ први пут је употребио Ваддингтон 1942. Префикс „епи-“ потиче од грчке речи „горе“, што у слободном преводу значи нешто што је изнад класичне генетике.

Епигенетика - шта су епигенетске модификације?

Молекуларни маркери додати ланцу ДНК током епигенетске модификације могу одлучити да ли се ген експримира или не, делујући као молекуларни „прекидачи“ и „прекидачи“ који регулишу експресију одређених гена.

Што је најважније, ове врсте модификација не мењају структуру ДНК ланца, тј. Нису врста генетске мутације која је неповратна, већ нешто што подлеже динамичким променама под утицајем фактора околине.

Поред тога, одговарајући молекуларни маркери се додају или уклањају након сваке деобе ћелија и дуплирања ДНК ланца.

Дакле, свака ћелија има свој карактеристични образац молекуларних маркера који одређује њен специфични профил експресије гена. Колекција таквих молекуларних маркера назива се епигеном.

Најпознатија епигенетска модификација је метилација ДНК која се састоји у везивању метилне групе на цитозин (основно једињење које је део ДНК).

Заузврат, реверзна епигенетска модификација метилације је деметилација, која се састоји у уклањању метилне групе из цитозина.

Епигенетика - врсте епигенетских модификација

Епигенетске модификације могу директно утицати на ДНК ланце:

• Метилација ДНК, тј. Везивање метилних група за цитозин помоћу ДНК метилтрансфераза
• ДНК деметилација, тј. Уклањање метилних група из цитозина помоћу ДНК деметилаза
• Поред тога, епигенетске модификације су направљене од протеина на којима није намотана ништа ДНК, тј. Хистони:
• метилација остатака лизина и аргинина хистона са хистон метилтрансферазама
• деметилација остатака лизина и аргинина хистона са хистонским деметилазама
• ацетилација остатака хистон лизина са хистон ацетилтрансферазама
• деацетилација остатака хистон-лизина хистон-деацетилазом
• фосфорилација хистонских серинских остатака киназама
• убиквитинација остатака хистон лизина везивањем протеина убиквитина на хистоне уз употребу ензима Е1, Е2 и Е3
• рибозилација остатака хистонског глутамина и аргинина који укључују везивање нуклеотида АДП-рибозе уз употребу полимеразе и трансферазе

Атипична епигенетска модификација је тзв некодирајући молекули РНК, нпр. микроРНА (миРНА). Они су кратки, једноланчани молекули РНК (једињења слична ДНК) који могу регулисати експресију гена блокирајући стварање протеина.

Епигенетика - улога епигенетских модификација

• појачана експресија гена
• утишавање експресије гена
• контрола ћелијске диференцијације у телу
• ембрионални развој
• регулација степена кондензације хроматина, нпр. инактивација Кс хромозома, захваљујући којој је код жена активна само једна копија гена везаних за пол.

Пчеле су занимљив пример улоге епигенетске модификације у развоју животиња. Код ових инсеката матица је мајка свих пчела у једној кошници, што има за последицу да сви имају исту секвенцу ДНК.

Упркос томе, у једној кошници живе инсекти који другачије изгледају и понашају се. Радници су мањи од матице и имају благу нарав, док су војници крупнији и агресивнији.

Ове разлике су узроковане епигенетским модификацијама које одређују изглед и понашање пчела прилагођених улози коју играју у заједници кошница.

Сличан механизам се примећује током феталног развоја животиња, када утишавање и појачавање експресије специфичних гена утиче на судбину дате матичне ћелије, било да ће то бити мождана мождана ћелија или ћелија епителног желуца.

Епигенетика - дијета

Епигенетске модификације се дешавају већ током феталног живота и тада могу претрпети динамичне промене током живота под утицајем фактора околине.

Један од најважнијих фактора који утичу на облик епигенома је храна и њене биоактивне супстанце.

Утицај дијете на епигенетске модификације потврђен је у многим претклиничким и клиничким студијама.

Постоје најмање два механизма помоћу којих дијета може утицати на епигенетску модификацију, углавном на процес метилације:

• променом доступности донора метила попут С-аденозилметионина (САМ), који се синтетише у циклусу метионина из неколико прекурсора присутних у храни, укључујући метионин, холин и његов дериват бетаин, фолну киселину и витамине Б2, Б6 и Б12. Отуда, смањена доступност ових једињења може резултирати смањеном синтезом САМ и поремећајем процеса метилације
• модулацијом активности ензима повезаних са процесом метилације (нпр. ДНМТ метилтрансфераза) кроз потрошњу полифенола садржаних у воћу, поврћу и зачинима. Примери таквих једињења су ресвератрол у црвеном вину, епигалокатехин галат (ЕГЦГ) у зеленом чају, куркумин у корену куркуме, генистеин у соји, сулфорафан у броколи, кверцетин у агрумима и хељда

Утицај исхране на епигеном у материци забележен је чувеним експериментом на лабораторијским мишевима „агоути“, које карактерише жута боја огртача и предиспозиција за гојазност, дијабетес и рак.

Жута боја крзна код ових мишева својеврсни је показатељ недовољне метилације гена.

У експерименту су се трудни мишеви "агоути", између осталог, хранили храном са високим садржајем донора метила. фолна киселина и холин.

На изненађење научника, потомци ових мишева нису личили на родитеље. Прва уочљива особина била је промена боје длаке у смеђу, али највише је изненадило то што су мишеви изгубили предиспозицију за болести од којих су патили њихови родитељи.

Испоставило се да је ово последица модификоване дијете и успостављања нормалне метилације ДНК.

Ова запажања иду у прилог чињеници да се епигеном може променити исхраном и да може имати далекосежне здравствене последице.

Последњих година такође је приказана значајна улога цревне микробиоте у процесу епигенетске модификације.

Цријевни микроорганизми производе различите биоактивне супстанце, нпр. Масне киселине кратког ланца, а њихова количина зависи од састава врсте микробиоте и квалитета исхране.

Велика понуда пребиотичких производа у исхрани, као што су растворљива дијетална влакна, на пример отпорни скроб, повећава концентрацију масних киселина кратког ланца, које позитивно утичу на епигеном цревних епителних ћелија.

Епигенетика - Полиморфизми гена МТХФР

На ефикасност епигенетских модификација такође могу утицати генетски полиморфизми, тј. Мале промене у геному, чија је последица присуство различитих варијанти гена у људској популацији.

Једна од последица генетског полиморфизма је, између осталог. свачији различит одговор на хранљиве материје.

Процењује се да 15-30% људи може имати повећану потребу за донаторима метила (посебно фолне киселине) због неповољних полиморфизама гена МТХФР, који кодирају ензим метиленететрахидрофолат редуктазу.

Овај ензим је одговоран за претварање фолне киселине у њен активни облик.

Људи са неповољном варијантом полиморфизма гена МТХФР имају оштећену конверзију неактивног облика фолне киселине у њен активни облик 5-метилтетрахидрофолат (5-МТХФ), па имају повећану потребу за даваоцима метила.

И мада студије нису јасно потврдиле да су такви људи можда смањили метилацију ДНК ланаца, у њиховом случају вреди обратити пажњу на одговарајућу залиху у исхрани или додатну допуну давалаца метила као што су фолна киселина или холин.

Епигенетика - стрес

Између осталих и вишак хормона стреса Кортизол може утицати на епигенетске модификације нервног система и повећати ризик од психијатријских поремећаја.

Документовано је да људи који пате од анксиозних поремећаја, посттрауматског стресног поремећаја, посттрауматског стресног поремећаја и депресије имају карактеристичан профил епигенетске модификације (углавном смањене метилације ДНК).

Верује се да је такав епигеном обликован трауматичним искуствима из детињства и / или хроничним стресним ситуацијама.

Овај епигенетски профил се одржава током целог њиховог живота у њима и вероватно се преноси на децу и унуке (тзв. Екстрагено наследство).

Епигенетика - утицај на здравље

Грешке током епигенетских модификација, попут утишавања експресије погрешног гена, могу проузроковати озбиљне последице у функционисању тела, нпр. Узроковати рак.

Поред тога, све више студија указује да епигенетске модификације, поред учешћа у физиолошким процесима, могу учествовати у развоју болести као што су:

• аутизам
• шизофренија
• депресија
• кардиоваскуларне болести
• неуродегенеративне болести
• аутоимуне болести
• алергије

Нарочито се тражи веза између епигенетских модификација, исхране и ризика од одређених болести.

Показано је да се значајне епигенетске модификације јављају у материци, што може имати импликације у одраслом добу.

Према томе, оно што мајка једе током трудноће може повећати ризик од одређених болести и чак утицати на следећу генерацију.

Доказано је да су деца мајки које су биле трудне током гладне зиме у Холандији 1944-1945. Године имала повећани ризик од кардиоваскуларних болести, гојазности и шизофреније у поређењу са децом мајки које нису гладовале.

Код деце гладних мајки пронађено је, између осталог, смањена метилација гена који кодира фактор раста сличан инсулину (ИГФ2).

Вреди знати

Напредак епигенетике тренутно је предмет интензивних истраживања у нутриционистичкој науци. Постоји чак и нова дисциплина која се бави утицајем хранљивих састојака на експресију гена, тј. Нутригеномиком.

Књижевност

1. Моосави А. и Мотевализадех А. Улога епигенетике у биологији и људским болестима. Иран Биомед Ј. 2016, 20 (5), 246-258.
2. Цхои С. В. и Фрисо С. Епигенетицс: Нев Бридге бетвеен Нутритион анд Хеалтх. Адв Нутр. 2010, 1 (1), 8-16.
3. Карабин К. Утицај дијете на људски епигеном или начин на који дијета мијења гене. Савремена дијететика 15/2018.
4. Дмитрзак-Вегларз М. и Хаусер Ј. Епигенетски механизми у менталним болестима и когнитивним поремећајима. Психијатрија 2009; 6, 2, 51–60.
5. Поцзета М. ет ал.Епигенетске модификације и експресија гена у неоплазми. Анн. Ацад. Мед. Силес. 2018.72, 80-89.
6. Глад Ц. и сар. Смањена метилација ДНК и психопатологија након ендогеног хиперкортизолизма - студија која се односи на геном. Научни извештаји 2017, 7, 44445.
7. Схин В. и сар. Унос холина који премашује тренутне дијететске препоруке чува маркере ћелијске метилације у генетској подгрупи мушкараца угрожених фолатима. Ј Нутр. 2010, 140, 5, 975–980.

О аутору

Каролина Карабин, др мед., Молекуларни биолог, лабораторијски дијагностичар, Цамбридге Диагностицс Полска, биолог са специјализацијом из микробиологије и лабораторијски дијагностичар са преко 10 година искуства у лабораторијском раду. Дипломирао на Факултету за молекуларну медицину и члан Пољског друштва за хуману генетику, шеф истраживачких грантова у Лабораторији за молекуларну дијагностику на Одељењу за хематологију, онкологију и унутрашње болести Медицинског универзитета у Варшави. Одбранила је титулу доктора медицинских наука из области медицинске биологије на 1. медицинском факултету Медицинског универзитета у Варшави. Аутор многих научних и научно-популарних радова из области лабораторијске дијагностике, молекуларне биологије и исхране. Свакодневно, као специјалиста у пољу лабораторијске дијагностике, води основно одељење Цамбридге Диагностицс Полска и сарађује са тимом нутрициониста на ЦД-у за дијете. Своје практично знање о дијагностици и дијетотерапији болести дели са специјалистима на конференцијама, тренинзима, у часописима и на веб локацијама. Посебно је занима утицај модерног начина живота на молекуларне процесе у телу.

Прочитајте остале текстове овог аутора