Může strava změnit naše geny? Mohou naše traumata z dětství ovlivnit naše děti a vnoučata? Odpovědi na tyto otázky může poskytnout epigenetika, tj. Věda, která studuje tzv epigenetické modifikace. V současné době jsou epigenetické modifikace považovány za jeden z nejdůležitějších objevů v molekulární biologii, protože umožnily pochopit vztah mezi genetickým pozadím a faktory prostředí.
Obsah:
- Epigenetika - co jsou to epigenetické modifikace?
- Epigenetika - typy epigenetických modifikací
- Epigenetika - role epigenetických modifikací
- Epigenetika - strava
- Epigenetika - polymorfismy genů MTHFR
- Epigenetika - stres
- Epigenetika - dopad na zdraví
Epigenetika je vědní obor, který studuje změny genové exprese, které nejsou způsobeny sekvenčními úpravami ve vlákně DNA. Takové modifikace se nazývají epigenetické a jedná se o typ molekulárních markerů, které se k řetězcům DNA přidávají vhodnými enzymy, například methyltransferázami.
Tělo může pomocí epigenetických modifikací řídit průběh mnoha klíčových biologických procesů, jako je vývoj specifických tkání a orgánů v děloze.
Termín „epigenetika“ poprvé použil Waddington v roce 1942. Předpona „epi-“ pochází z řeckého slova „výše“, což volně přeložit znamená něco, co je nad klasickou genetikou.
Epigenetika - co jsou to epigenetické modifikace?
Molekulární markery přidané k řetězci DNA během epigenetické modifikace mohou rozhodnout, zda je gen exprimován či nikoli, a působí jako molekulární „přepínače“ a „přepínače“, které regulují expresi konkrétních genů.
Nejdůležitější je, že takové modifikace nemění strukturu řetězce DNA, tj. Nejedná se o nevratnou genetickou mutaci, ale o něco, co pod vlivem faktorů prostředí prochází dynamickými změnami.
Kromě toho jsou po každém dělení buněk a duplikaci řetězců DNA přidány nebo odstraněny vhodné molekulární markery.
Každá buňka má tedy svůj vlastní charakteristický vzor molekulárních markerů, který určuje její specifický profil genové exprese. Sbírka takových molekulárních markerů se nazývá epigenom.
Nejznámější epigenetickou modifikací je methylace DNA, která spočívá v připojení methylové skupiny k cytosinu (základní sloučenině, která je součástí DNA).
Na druhé straně je reverzní epigenetickou modifikací methylace demethylace, která spočívá v odstranění methylové skupiny z cytosinu.
Epigenetika - typy epigenetických modifikací
Epigenetické modifikace mohou přímo ovlivnit řetězce DNA:
- Methylace DNA, tj. Připojení methylových skupin k cytosinu pomocí DNA methyltransferáz
- DNA demethylace, tj. Odstranění methylových skupin z cytosinu pomocí DNA demethyláz
- Kromě toho se provádějí epigenetické modifikace proteinů, na nichž není navinuta žádná DNA, tj. Histony:
- methylace lysinových a argininových zbytků histonů histonmethyltransferázami
- demetylace lysinových a argininových zbytků histonů histonovými demetylázami
- acetylace zbytků histon-lysinu s histon-acetyltransferázami
- deacetylace zbytků histonového lysinu histonovou deacetylázou
- fosforylace histonových serinových zbytků kinázami
- ubikvitinace histonových lysinových zbytků připojením ubikvitinového proteinu k histonům pomocí enzymů E1, E2 a E3
- ribosylace zbytků histonového glutaminu a argininu zahrnující připojení nukleotidů ADP-ribózy s použitím polymerázy a transferázy
Atypická epigenetická modifikace je tzv nekódující molekuly RNA, např. mikroRNA (miRNA). Jsou to krátké jednovláknové molekuly RNA (sloučeniny podobné DNA), které mohou regulovat genovou expresi blokováním tvorby proteinů.
Epigenetika - role epigenetických modifikací
- zvýšená genová exprese
- umlčení genové exprese
- kontrola buněčné diferenciace v těle
- embryonální vývoj
- regulace stupně kondenzace chromatinu, např. inaktivace chromozomu X, díky níž je u žen aktivní pouze jedna kopie genů vázaných na pohlaví.
Včely jsou zajímavým příkladem role epigenetické modifikace ve vývoji zvířat. V tomto hmyzu je královna matkou všech včel v jednom úlu, což má za následek, že všechny mají stejnou sekvenci DNA.
Přesto je jeden úl obýván hmyzem, který vypadá a chová se jinak. Dělníci jsou menší než královna a mají mírnou povahu, zatímco vojáci jsou větší a agresivnější.
Tyto rozdíly jsou způsobeny epigenetickými modifikacemi, které určují vzhled a chování včel přizpůsobených roli, kterou hrají v komunitě úlů.
Podobný mechanismus je pozorován během vývoje plodu u zvířat, když umlčení a zesílení exprese specifických genů ovlivňuje osud dané kmenové buňky, ať už to bude mozková nervová buňka nebo žaludeční epiteliální buňka.
Epigenetika - strava
Epigenetické modifikace se vyskytují již v průběhu života plodu a poté mohou v průběhu života pod vlivem faktorů prostředí procházet dynamickými změnami.
Jedním z nejdůležitějších faktorů ovlivňujících tvar epigenomu je jídlo a jeho bioaktivní látky.
Vliv stravy na epigenetické modifikace byl potvrzen v mnoha předklinických a klinických studiích.
Existují nejméně dva mechanismy, kterými může strava ovlivňovat epigenetickou modifikaci, zejména methylační proces:
- změnou dostupnosti donorů methylu, jako je S-adenosylmethionin (SAM), který je syntetizován v methioninovém cyklu z několika prekurzorů přítomných v potravinách, včetně methioninu, cholinu a jeho derivátu betainu, kyseliny listové a vitamínů B2, B6 a B12. Snížená dostupnost těchto sloučenin proto může mít za následek sníženou syntézu SAM a narušení procesu methylace
- modulací aktivity enzymů souvisejících s methylačním procesem (např. DNMT methyltransferáza) prostřednictvím konzumace polyfenolů obsažených v ovoci, zelenině a koření. Příklady takových sloučenin jsou resveratrol v červeném víně, epigalokatechin gallát (EGCG) v zeleném čaji, kurkumin v oddenku kurkumy, genistein v sójových bobech, sulforafan v brokolici, kvercetin v citrusových plodech a pohanka
Vliv stravy na epigenom in utero dokumentoval slavný experiment na laboratorních myších „aguti“, které se vyznačují žlutou barvou srsti a náchylností k obezitě, cukrovce a rakovině.
Žlutá barva srsti u těchto myší je jakýmsi indikátorem nedostatečné methylace genů.
V experimentu byly těhotné myši „aguti“ krmeny krmivem, mj. S vysokým obsahem dárců methylu. kyselina listová a cholin.
K překvapení vědců se potomci těchto myší nepodobali svým rodičům. Prvním znatelným rysem byla změna barvy srsti na hnědou, ale nejpřekvapivější věcí bylo, že myši ztratily svoji predispozici k chorobám, kterými jejich rodiče trpěli.
Jak se ukázalo, šlo o důsledek modifikované stravy a obnovení normální methylace DNA.
Tato pozorování podporují skutečnost, že epigenom může být změněn dietou a může mít dalekosáhlé zdravotní důsledky.
V posledních letech byla také prokázána významná role střevní mikrobioty v procesu epigenetické modifikace.
Střevní mikroorganismy produkují různé bioaktivní látky, např. Mastné kyseliny s krátkým řetězcem, a jejich množství závisí na druhovém složení mikrobioty a kvalitě stravy.
Vysoký přísun prebiotických produktů ve stravě, jako je rozpustná vláknina, například rezistentní škrob, zvyšuje koncentraci mastných kyselin s krátkým řetězcem, které pozitivně ovlivňují epigenom buněk střevního epitelu.
Epigenetika - polymorfismy genů MTHFR
Účinnost epigenetických modifikací může být také ovlivněna genetickými polymorfismy, tj. Malými změnami v genomu, jejichž důsledkem je přítomnost různých genových variant v lidské populaci.
Jedním z důsledků genetických polymorfismů je mimo jiné. každý má jinou odpověď na živiny.
Odhaduje se, že 15–30% lidí může mít zvýšenou potřebu dárců methylu (zejména kyseliny listové) kvůli nepříznivým polymorfismům v genu MTHFR, který kóduje enzym methylenetetrahydrofolátreduktázu.
Tento enzym je zodpovědný za přeměnu kyseliny listové na její aktivní formu.
Lidé s nepříznivou variantou polymorfismu genu MTHFR mají zhoršenou přeměnu neaktivní formy kyseliny listové na její aktivní formu, 5-methyltetrahydrofolát (5-MTHF), a proto mají zvýšenou potřebu dárců methylu.
A ačkoli výzkum jasně nepotvrdil, že tito lidé mohou mít sníženou methylaci řetězců DNA, v jejich případě stojí za to věnovat pozornost dostatečnému přísunu stravy nebo dalšímu doplňování dárců methylové skupiny, jako je kyselina listová nebo cholin.
Epigenetika - stres
Nadbytek stresových hormonů, mimo jiné kortizol může ovlivnit epigenetické modifikace v nervovém systému a zvýšit riziko psychiatrických poruch.
Bylo dokumentováno, že lidé trpící úzkostnými poruchami, posttraumatickou stresovou poruchou, posttraumatickou stresovou poruchou a depresí mají charakteristický profil epigenetické modifikace (hlavně snížená methylace DNA).
Předpokládá se, že takový epigenom je utvářen traumaty z dětství a / nebo chronickými stresovými situacemi.
Tento epigenetický profil se udržuje po celý život a pravděpodobně se přenáší na děti a vnoučata (známá jako extragenová dědičnost).
Epigenetika - dopad na zdraví
Chyby během epigenetických modifikací, jako je umlčení exprese nesprávného genu, mohou mít vážné následky ve fungování těla, například způsobit rakovinu.
Stále více studií navíc naznačuje, že epigenetické modifikace se kromě účasti na fyziologických procesech mohou podílet na vývoji onemocnění, jako jsou:
- autismus
- schizofrenie
- Deprese
- kardiovaskulární choroby
- neurodegenerativní onemocnění
- autoimunitní onemocnění
- alergie
Hledá se zejména vztah mezi epigenetickými modifikacemi, stravou a rizikem konkrétních onemocnění.
Bylo prokázáno, že v děloze dochází k významným epigenetickým modifikacím, které mohou mít důsledky v dospělosti.
Proto to, co matka jí během těhotenství, může zvýšit riziko určitých onemocnění a dokonce ovlivnit další generaci.
Bylo prokázáno, že děti matek, které byly těhotné během hladové zimy v Nizozemsku v letech 1944-1945, měly zvýšené riziko kardiovaskulárních onemocnění, obezity a schizofrenie ve srovnání s dětmi matek, které nehladověly.
U dětí hladových matek bylo mimo jiné zjištěno snížená methylace genu kódujícího inzulinový růstový faktor 2 (IGF2).
Stojí za to vědětÚspěchy epigenetiky jsou v současné době předmětem intenzivního výzkumu vědy o výživě. Existuje dokonce nová disciplína zabývající se vlivem živin na expresi genů, tj. Nutrigenomika.
Literatura
- Moosavi A. a Motevalizadeh A. Role epigenetiky v biologii a lidských nemocech. Iran Biomed J. 2016, 20 (5), 246-258.
- Choi S. W. a Friso S. Epigenetika: Nový most mezi výživou a zdravím. Adv Nutr. 2010, 1 (1), 8-16.
- Karabin K. Vliv stravy na lidský epigenom nebo jak dieta mění geny. Moderní dietetika 15/2018.
- Dmitrzak-Węglarz M. a Hauser J. Epigenetické mechanismy u duševních chorob a kognitivních poruch. Psychiatrie 2009; 6, 2, 51–60.
- Poczęta M. a kol. Epigenetické modifikace a genová exprese v novotvaru. Ann. Acad. Med. Siles. 2018.72, 80-89.
- Glad C. a kol. Snížená metylace DNA a psychopatologie po endogenním hyperkortizolismu - studie zaměřená na celý genom. Vědecké zprávy 2017, 7, 44445.
- Shin W. a kol. Příjem cholinu převyšující současná dietní doporučení zachovává markery buněčné methylace v genetické podskupině mužů ohrožených foláty. J Nutr. 2010, 140, 5, 975–980.
Přečtěte si další texty tohoto autora
