ELLENŐRZETT TARTALOMSzerző: Karolina Karabin, MD, PhD, molekuláris biológus, laboratóriumi diagnosztikus, táplálkozási és életmód-tanácsadó

Megváltoztathatja génjeinket az étrend? A gyermekkori traumáink hatással lehetnek gyermekeinkre és unokáinkra? Ezekre a kérdésekre adhat választ az epigenetika, vagyis az a tudomány, amely az ún. epigenetikai módosítások. Jelenleg az epigenetikai módosításokat a molekuláris biológia egyik legfontosabb felfedezésének tekintik, mivel lehetővé tették a genetikai háttér és a környezeti tényezők kapcsolatának megértését.

Az epigenetikaegy olyan tudományág, amely a génexpresszióban bekövetkező változásokat vizsgálja, amelyek nem egy DNS-szál szekvencia-módosításából erednek. Az ilyen módosításokat epigenetikusnak nevezik, és ezek egyfajta molekuláris markerek, amelyeket megfelelő enzimek, például metiltranszferázok adnak a DNS-szálakhoz.

Az epigenetikai módosítások révén a szervezet számos kulcsfontosságú biológiai folyamat lefolyását irányítani tudja, mint például az egyes szövetek és szervek fejlődését a méhben

Az „epigenetika” kifejezést először Waddington használta 1942-ben. Az "epi-" előtag a görög "fent" szóból származik, ami lazán lefordítva azt jelenti, hogy valami a klasszikus genetika felett áll.

Epigenetika – mik az epigenetikai módosítások?

Az epigenetikai módosítások során a DNS-szálhoz hozzáadott molekuláris markerek képesek meghatározni, hogy egy gén expresszálódik-e vagy sem, molekuláris „kapcsolóként” és „kapcsolóként” működve, amelyek bizonyos gének expresszióját szabályozzák.

A legfontosabb, hogy az ilyen típusú módosítások nem változtatják meg a DNS-szál szerkezetét, azaz nem egyfajta genetikai mutációról van szó, amely visszafordíthatatlan, hanem olyan, amely dinamikus változásokon megy keresztül a környezeti tényezők hatására.

Ezenkívül minden sejtosztódás és DNS-szál megkettőződése után megfelelő molekuláris markereket adunk hozzá vagy távolítunk el.

Ezért minden sejtnek megvan a maga jellegzetes molekuláris markermintázata, amely meghatározza annak specifikus génexpressziós profilját. Az ilyen molekuláris markerek gyűjteményeepigenom .

A legismertebb epigenetikai módosítás aDNS metiláció , amely magában foglaljametilcsoport hozzákapcsolása a citozinhoz (a DNS része egy bázikus vegyület).

A metiláció fordított epigenetikai módosításademetiláció , amely abból áll, hogy eltávolítjuk a metilcsoportot a citozinból

Epigenetika - az epigenetikai módosítás típusai

Az epigenetikai módosítások közvetlenül befolyásolhatják a DNS-szálat:

  • DNS metiláció, azaz metilcsoportok összekapcsolása citozinnal DNS metiltranszferázok segítségével
  • DNS demetiláció, azaz citozin metilcsoportok szétválasztása DNS demetilázok segítségével
  • Ezenkívül az epigenetikai módosítások olyan fehérjékből készülnek, amelyekre semmi DNS nincs feltekerve, azaz hisztonok:
  • hisztonok lizin és arginin maradékainak metilezése hiszton metiltranszferázokkal
  • hisztonok lizin- és argininmaradékainak demetilációja hiszton-demetilázokkal
  • hiszton-lizin-maradékok acetilezése hiszton-acetiltranszferázokkal
  • hiszton-lizin-maradékok dezacetilezése hiszton-dezacetilázzal
  • hiszton szerinmaradékainak foszforilációja kinázok által
  • hiszton-lizin-maradékok ubikvitinálása az ubiquitin-fehérje hisztonokhoz történő kapcsolásával az E1, E2 és E3 enzimek segítségével
  • a hiszton glutamin és arginin maradékainak ribozilezése, amely magában foglalja az ADP-ribóz nukleotidok kapcsolódását polimeráz és transzferáz segítségével

Az atipikus epigenetikai módosulás az ún nem kódoló RNS-molekulák, például mikroRNS (miRNS). Ezek rövid, egyszálú RNS-molekulák (DNS-szerű vegyületek), amelyek a fehérjék képződésének blokkolásával szabályozhatják a génexpressziót.

Epigenetika - az epigenetikai módosítások szerepe

  • fokozott génexpresszió
  • génexpresszió elnémítása
  • sejtdifferenciálódás szabályozása a szervezetben
  • embrionális fejlődés
  • a kromatin kondenzáció mértékének szabályozása, pl. az X kromoszóma inaktiválása, aminek köszönhetően a nőkben a nemhez kötött gének csak egy példánya aktív.

Az epigenetikai módosulások állatfejlődésben betöltött szerepének érdekes példája a méhek. Ezekben a rovarokban a királynő az összes méh anyja egy kaptárban, aminek következtében mindegyiküknek ugyanaz a DNS-szekvenciája.

Ennek ellenére az egyik kaptárban rovarok élnek, amelyek másképp néznek ki és viselkednek. A munkások kisebbek a királynőnél és enyhe kedélyűek, míg a katonák nagyobbak és agresszívak.

Ezeket a különbségeket olyan epigenetikai módosulások okozzák, amelyek meghatározzák a méhek megjelenését és viselkedését, alkalmazkodva a kaptárközösségben betöltött szerepükhöz.

Hasonló mechanizmus figyelhető meg a fejlesztés soránmagzati állatok, amikor a specifikus gének elnémítása és expressziójának fokozása befolyásolja az adott őssejt sorsát, legyen az agy idegsejtje vagy gyomor hámsejtje

Epigenetika - diéta

Az epigenetikai módosulások a magzati élet során következnek be, majd az élet során dinamikus változásokon mennek keresztül a környezeti tényezők hatására.

Az epigenom alakját befolyásoló egyik legfontosabb tényező a táplálék és annak bioaktív anyagai

Az étrend epigenetikai módosulásra gyakorolt ​​hatását számos preklinikai és klinikai vizsgálat igazolta.

Legalább két olyan mechanizmus létezik, amelyek révén az étrend befolyásolhatja az epigenetikai módosulást, főleg a metilációs folyamatot:

  • a metildonorok, például az S-adenozil-metionin (SAM) elérhetőségének megváltoztatásával, amely a metioninciklusban szintetizálódik számos élelmiszerben jelen lévő prekurzorból, beleértve a metionint, a kolint és származékait a betaint, a folsavat és a B2-vitamint, B6 és B12. Ezért ezeknek a vegyületeknek a csökkent elérhetősége csökkent SAM-szintézist és zavarokat okozhat a metilezési folyamatban
  • a metilezési folyamathoz kapcsolódó enzimek (pl. DNMT metiltranszferáz) aktivitásának modulálásával a gyümölcsökben, zöldségekben és fűszerekben található polifenolok fogyasztása révén. Ilyen vegyületek például a vörösborban lévő rezveratrol, a zöld teában lévő epigallocatechin-gallát (EGCG), a kurkuma rizómában lévő kurkumin, a szójababban lévő genistein, a brokkoliban lévő szulforafán, a citrusfélékben és a hajdinában található kvercetin

Az étrendnek a méhen belüli epigenomra gyakorolt ​​hatását az "agouti" laboratóriumi egereken végzett híres kísérlet dokumentálta, amelyekre sárga szőrzet és elhízásra, cukorbetegségre és rákra való hajlam jellemző.

Ezeknél az egereknél a szőrzet sárga színe az elégtelen génmetiláció egyfajta jelzője.

A kísérletben vemhes "agouti" egereket etettek többek között magas metildonor tartalmú táplálékkal. folsav és kolin.

A tudósok meglepetésére ezeknek az egereknek az utódai nem hasonlítottak a szüleikre. Az első észrevehető tulajdonság a szőrzet színének barnára váltása volt, de a legmeglepőbb az volt, hogy az egerek elvesztették hajlamukat azokra a betegségekre, amelyekben szüleik szenvedtek.

Mint kiderült, ez egy módosított étrend és a megfelelő DNS-metiláció helyreállításának a következménye

Ezek a megfigyelések alátámasztják azt a tényt, hogy az epigenom megváltoztatható étrenddel, és messzemenő egészségügyi következményei lehetnek.

Az utolsóbanaz évek során a bélmikrobióta jelentős szerepe az epigenetikai módosulás folyamatában is kimutatható.

A bélmikroorganizmusok különféle bioaktív anyagokat, pl. rövid szénláncú zsírsavakat termelnek, mennyiségük a mikrobiota fajösszetételétől és a takarmány minőségétől függ.

A prebiotikus termékek magas kínálata az étrendben, mint például az oldható élelmi rost, például a rezisztens keményítő, növeli a rövid szénláncú zsírsavak koncentrációját, amelyek pozitívan befolyásolják a bélhámsejtek epigenomját.

Epigenetika - MTHFR génpolimorfizmusok

Az epigenetikai módosítások hatékonyságát genetikai polimorfizmusok is befolyásolhatják, azaz a genomban bekövetkező kismértékű változások, amelyek következménye a különböző génváltozatok jelenléte az emberi populációban

A genetikai polimorfizmusok egyik következménye többek között az. mindenki másképp reagál a tápanyagokra.

Becslések szerint az emberek 15-30%-ának lehet fokozott szüksége metildonorokra (különösen folsavra) a metiléntetrahidrofolát-reduktáz enzimet kódoló MTHFR gén kedvezőtlen polimorfizmusa miatt

Ez az enzim felelős azért, hogy a folsavat aktív formává alakítsa

Azok az emberek, akiknél az MTHFR gén polimorfizmusának kedvezőtlen változata károsítja a folsav inaktív formájának átalakulását az aktív formává, 5-metil-tetrahidrofoláttá (5-MTHF), ezért fokozott szükségük van metildonorokra.

És bár a vizsgálatok nem erősítették meg egyértelműen, hogy az ilyen emberek DNS-szálának metilációja csökkent, esetükben érdemes odafigyelni a megfelelő táplálkozásra vagy a metil-donorok, például folsav vagy kolin kiegészítő pótlására.

Epigenetika - stressz

Túl sok stresszhormon, beleértve a kortizol befolyásolhatja az idegrendszer epigenetikai módosulását, és növelheti a pszichiátriai rendellenességek kockázatát.

Dokumentált, hogy a szorongásos betegségekben, poszttraumás stressz zavarokban, poszttraumás stressz zavarokban és depressziókban szenvedőknek jellegzetes epigenetikai módosulási profiljuk van (főleg csökkent DNS-metiláció).

Úgy gondolják, hogy a gyermekkori traumatikus élmények és/vagy krónikus stresszes helyzetek eredményeként ilyen epigenom alakul ki náluk.

Ez az epigenetikai profil egész életükön át megmarad bennük, és valószínűleg továbbadják gyerekeknek és unokáiknak (az úgynevezett extragén öröklődés).

Epigenetika – egészségre gyakorolt ​​hatás

Az epigenetikai módosítások során fellépő hibák, mint például egy rossz gén expressziójának elnémítása, súlyos következményekkel járhatnak aa szervezet, például rákot okoz.

Emellett egyre több tanulmány utal arra, hogy az epigenetikai módosulások amellett, hogy részt vesznek a fiziológiai folyamatokban, olyan betegségek kialakulásában is szerepet játszhatnak, mint:

  • autizmus
  • skizofrénia
  • depresszió
  • szív- és érrendszeri betegségek
  • neurodegeneratív betegségek
  • autoimmun betegségek
  • allergia

Az epigenetikai módosulások, az étrend és bizonyos betegségek kockázata közötti összefüggést különösen keresik

Kimutatták, hogy jelentős epigenetikai módosulások mennek végbe a méhen belül, aminek következményei lehetnek a felnőttkorban.

Ezért az, amit az anya a terhesség alatt eszik, növelheti bizonyos betegségek kockázatát, és akár a következő generációra is hatással lehet.

Bebizonyosodott, hogy az 1944-1945-ös hollandiai éhség tél idején terhes anyák gyermekeinél nagyobb volt a szív- és érrendszeri betegségek, az elhízás és a skizofrénia kockázata, mint a nem éhező anyák gyermekeinél.

Az éhező anyák gyermekeinél többek között kimutatták, az inzulinszerű növekedési faktor 2-t (IGF2) kódoló gén csökkent metilációja

Megéri tudni

Az epigenetika vívmányai jelenleg intenzív kutatások tárgyát képezik a táplálkozástudományban. Még egy új tudományág is foglalkozik a tápanyagok génexpresszióra gyakorolt ​​hatásával, azaznutrigenomika .

A szerzőrőlKarolina Karabin, MD, PhD, molekuláris biológus, laboratóriumi diagnosztikus, Cambridge Diagnostics PolskaSzakmájuk szerint biológus, mikrobiológiai szakirány, laboratóriumi diagnosztikus több mint 10 éves laboratóriumi munkatapasztalattal. A Molekuláris Orvostudományi Főiskolán végzett, a Lengyel Humángenetikai Társaság tagja, a Varsói Orvostudományi Egyetem Hematológiai, Onkológiai és Belgyógyászati ​​Tanszékének Molekuláris Diagnosztikai Laboratóriumának kutatási ösztöndíjainak vezetője. A Varsói Orvostudományi Egyetem I. Orvostudományi Karán megvédte az orvostudományok doktora címet az orvosbiológia területén. Számos tudományos és népszerű tudományos munka szerzője a laboratóriumi diagnosztika, molekuláris biológia és táplálkozás területén. A laboratóriumi diagnosztika területén dolgozó szakemberként napi szinten vezeti a Cambridge Diagnostics Polska tartalmi részlegét, és együttműködik a CD Dietary Clinic táplálkozási szakértői csoportjával. Gyakorlati ismereteit a betegségek diagnosztikájáról és diétás terápiájáról osztja meg szakemberekkel konferenciákon, tréningeken, folyóiratokban és honlapokon. Különösen érdekli a modern életmód hatása a szervezetben zajló molekuláris folyamatokra.

Olvasson más cikkeket a szerzőtől

Kategória:

Genetikai betegségek