Voiko ruokavalio muuttaa geenejä? Voivatko lapsuuden traumamme vaikuttaa lapsiin ja lapsenlapsiin? Vastauksia näihin kysymyksiin voi tarjota epigenetics eli tiede, joka tutkii ns epigeneettiset modifikaatiot. Tällä hetkellä epigeneettisiä modifikaatioita pidetään yhtenä molekyylibiologian tärkeimmistä löydöksistä, koska ne ovat mahdollistaneet ymmärtämisen geneettisen taustan ja ympäristötekijöiden välisestä suhteesta.
Sisällysluettelo:
- Epigenetics - mitä ovat epigeneettiset modifikaatiot?
- Epigenetics - epigeneettisten modifikaatioiden tyypit
- Epigenetics - epigeneettisten modifikaatioiden rooli
- Epigenetics - ruokavalio
- Epigenetics - MTHFR-geenien polymorfismit
- Epigenetics - stressi
- Epigenetics - vaikutus terveyteen
Epigenetics on tieteenala, joka tutkii muutoksia geeniekspressiossa, jotka eivät johdu DNA-juosteen sekvenssimuutoksista. Tällaisia modifikaatioita kutsutaan epigeneettisiksi modifikaatioiksi ja ne ovat eräänlainen molekyylimarkkereita, jotka lisätään DNA-säikeisiin sopivilla entsyymeillä, esim. Metyylitransferaaseilla.
Epigeneettisten modifikaatioiden avulla keho voi hallita monien keskeisten biologisten prosessien kulkua, kuten spesifisten kudosten ja elinten kehittymistä kohdussa.
Termiä "epigenetics" käytti ensimmäisen kerran Waddington vuonna 1942. Etuliite "epi-" tulee kreikkalaisesta sanasta "yläpuolella", joka löyhästi käännettynä tarkoittaa jotain, joka ylittää klassisen genetiikan.
Epigenetics - mitä ovat epigeneettiset modifikaatiot?
DNA-juosteeseen epigeneettisen modifikaation aikana lisätyt molekyylimarkkerit voivat päättää, ilmentyykö geeni vai eivät, jotka toimivat molekyylinä "kytkiminä" ja "kytkiminä", jotka säätelevät tiettyjen geenien ilmentymistä.
Mikä tärkeintä, tällaiset modifikaatiot eivät muuta DNA-juosteen rakennetta, ts. Ne eivät ole sellaisia geneettisiä mutaatioita, jotka ovat peruuttamattomia, vaan sellaisia, joissa tapahtuu dynaamisia muutoksia ympäristötekijöiden vaikutuksesta.
Lisäksi sopivia molekyylimarkkereita lisätään tai poistetaan jokaisen solujakautumisen ja DNA-juosteen duplikaation jälkeen.
Näin ollen jokaisella solulla on oma tunnusomainen molekyylimarkkereiden malli, joka määrittää sen spesifisen geeniekspressioprofiilin. Tällaisten molekyylimarkkereiden kokoelmaa kutsutaan epigenomiksi.
Tunnetuin epigeneettinen modifikaatio on DNA: n metylaatio, joka koostuu metyyliryhmän kiinnittämisestä sytosiiniin (emäksinen yhdiste, joka on osa DNA: ta).
Puolestaan käänteinen epigeneettinen modifikaatio metyloinnille on demetylaatio, joka koostuu metyyliryhmän poistamisesta sytosiinista.
Epigenetics - epigeneettisten modifikaatioiden tyypit
Epigeneettiset modifikaatiot voivat vaikuttaa suoraan DNA-säikeisiin:
- DNA-metylaatio, ts. Metyyliryhmien liittäminen sytosiiniin DNA-metyylitransferaasien avulla
- DNA-demetylaatio, ts. Metyyliryhmien poisto sytosiinista DNA-demetylaasien avulla
- Lisäksi epigeneettisiä modifikaatioita tehdään proteiineihin, joihin ei ole mitään DNA: ta haavoitettu, eli histoneihin:
- histonien lysiini- ja arginiinitähteiden metylointi histonimetyylitransferaaseilla
- histonien lysiini- ja arginiinitähteiden demetylaatio histonidemetylaaseilla
- histonilysiinijäämien asetylointi histoniasetyylitransferaaseilla
- histonilysiinitähteiden deasetylointi histonideasetylaasilla
- histoniseriinitähteiden fosforylaatio kinaaseilla
- histonilysiinijäämien ubikvitinointi liittämällä ubikitiiniproteiini histoneihin käyttämällä entsyymejä E1, E2 ja E3
- histoniglutamiini- ja arginiinitähteiden ribosylointi, johon liittyy ADP-riboosinukleotidien kiinnittyminen polymeraasin ja transferaasin avulla
Epätyypillinen epigeneettinen modifikaatio on ns ei-koodaavat RNA-molekyylit, esim. mikroRNA (miRNA). Ne ovat lyhyitä, yksijuosteisia RNA-molekyylejä (DNA: n kaltaisia yhdisteitä), jotka voivat säätää geenien ilmentymistä estämällä proteiinien muodostumisen.
Epigenetics - epigeneettisten modifikaatioiden rooli
- tehostettu geeniekspressio
- vaimentaa geeniekspressiota
- solujen erilaistumisen hallinta kehossa
- alkion kehitys
- kromatiinin kondensaation asteen säätely, esim. X-kromosomin inaktivointi, jonka ansiosta naisilla vain yksi kopio sukupuoleen liittyvistä geeneistä on aktiivinen.
Mehiläiset ovat mielenkiintoinen esimerkki epigeneettisen modifikaation roolista eläinten kehityksessä. Näissä hyönteisissä kuningatar on kaikkien mehiläisten äiti yhdessä pesässä, minkä seurauksena kaikilla on sama DNA-sekvenssi.
Silti yhdessä pesässä asuu hyönteisiä, jotka näyttävät ja käyttäytyvät eri tavalla. Työntekijät ovat pienempiä kuin kuningatar ja heillä on lievä luonne, kun taas sotilaat ovat suurempia ja aggressiivisia.
Nämä erot johtuvat epigeneettisistä muunnoksista, jotka määräävät mehiläisten ulkonäön ja käyttäytymisen sovitettuina rooliinsa pesäyhteisössä.
Samanlainen mekanismi havaitaan eläinten sikiönkehityksen aikana, kun tiettyjen geenien hiljentäminen ja lisääntyminen vaikuttaa tietyn kantasolun kohteluun, olipa se sitten aivojen hermosolu tai mahalaukun epiteelisolu.
Epigenetics - ruokavalio
Epigeneettiset modifikaatiot tapahtuvat jo sikiön elämässä ja voivat sitten käydä läpi dynaamisia muutoksia koko elämän ajan ympäristötekijöiden vaikutuksesta.
Yksi tärkeimmistä epigenomin muotoon vaikuttavista tekijöistä on ruoka ja sen bioaktiiviset aineet.
Ruokavalion vaikutus epigeneettisiin modifikaatioihin on vahvistettu monissa prekliinisissä ja kliinisissä tutkimuksissa.
On vähintään kaksi mekanismia, joilla ruokavalio voi vaikuttaa epigeneettiseen muunnokseen, pääasiassa metylointiprosessiin:
- muuttamalla metyylidonoreiden, kuten S-adenosyylimetioniinin (SAM), saatavuutta, jota syntetisoidaan metioniinisyklissä useista elintarvikkeissa olevista lähtöaineista, mukaan lukien metioniini, koliini ja sen johdannainen betaiini, foolihappo ja B2-, B6- ja B12-vitamiinit. Näin ollen näiden yhdisteiden vähentynyt saatavuus voi johtaa vähentyneeseen SAM-synteesiin ja metylaatioprosessin häiriöön
- moduloimalla metylaatioprosessiin liittyvien entsyymien (esim. DNMT-metyylitransferaasi) aktiivisuutta kuluttamalla hedelmissä, vihanneksissa ja mausteissa olevia polyfenoleja. Esimerkkejä tällaisista yhdisteistä ovat resveratroli punaviinissä, epigallokatekiinigallaatti (EGCG) vihreässä teessä, kurkumiini kurkuma-juurakossa, genisteiini soijapapuissa, sulforafaani parsakaalissa, kvertsetiini sitrushedelmissä ja tattari
Ruokavalion vaikutus kohdun epigenomiin dokumentoitiin kuuluisalla kokeella "agouti" -laboratoriohiirillä, joille on tunnusomaista keltainen turkin väri ja taipumus lihavuuteen, diabetekseen ja syöpään.
Näiden hiirten turkin keltainen väri on eräänlainen indikaattori riittämättömästä geenimetylaatiosta.
Kokeessa raskaana olevia "agouti" -hiiriä ruokittiin muun muassa runsaasti metyylidonoreita sisältävällä elintarvikkeella. foolihappo ja koliini.
Tutkijoiden yllätykseksi näiden hiirten jälkeläiset eivät muistuttaneet vanhempiaan. Ensimmäinen huomattava piirre oli turkin värin muutos ruskeaksi, mutta yllättävin asia oli se, että hiiret menettivät taipumuksensa sairauksiin, joista heidän vanhempansa kärsivät.
Kuten kävi ilmi, tämä oli seurausta muunnetusta ruokavaliosta ja normaalin DNA-metylaation palautumisesta.
Nämä havainnot tukevat sitä, että epigenomia voidaan muuttaa ruokavaliolla ja sillä voi olla kauaskantoisia terveysvaikutuksia.
Viime vuosina suolen mikrobiotan merkittävä rooli epigeneettisessä modifikaatioprosessissa on myös osoitettu.
Suolen mikro-organismit tuottavat erilaisia bioaktiivisia aineita, esim. Lyhytketjuisia rasvahappoja, ja niiden määrä riippuu mikrobin lajikoostumuksesta ja ruokavalion laadusta.
Ruokavalion suuri määrä prebiootteja, kuten liukoisia ravintokuituja, esim. Resistentti tärkkelys, lisää lyhytketjuisten rasvahappojen pitoisuutta, jotka vaikuttavat positiivisesti suoliston epiteelisolujen epigenomiin.
Epigenetics - MTHFR-geenien polymorfismit
Epigeneettisten modifikaatioiden tehokkuuteen voivat vaikuttaa myös geneettiset polymorfismit, ts. Pienet muutokset genomissa, joiden seurauksena on erilaisia geenimuunnelmia läsnä ihmispopulaatiossa.
Yksi geneettisten polymorfismien seurauksista on muun muassa. jokaisen erilainen vaste ravinteille.
On arvioitu, että 15-30%: lla ihmisistä voi olla lisääntynyt metyylidonoreiden (erityisesti foolihapon) tarve MTHFR-geenin epäsuotuisien polymorfismien vuoksi, joka koodaa metyleenitetrahydrofolaattireduktaasientsyymiä.
Tämä entsyymi on vastuussa foolihapon muuntamisesta aktiiviseen muotoonsa.
Ihmiset, joilla on epäedullinen MTHFR-geenipolymorfismin muunnos, ovat heikentäneet foolihapon inaktiivisen muodon muuttumista sen aktiiviseksi muodoksi 5-metyylitetrahydrofolaatti (5-MTHF), joten heillä on lisääntynyt tarve metyylidonoreille.
Ja vaikka tutkimus ei ole selvästi vahvistanut, että tällaisilla ihmisillä saattaa olla vähentynyt DNA-säikeiden metylaatio, heidän tapauksessaan on syytä kiinnittää huomiota ruokavalion riittävään tarjontaan tai metyyliryhmän luovuttajien, kuten foolihapon tai koliinin, täydentävään lisäyteen.
Epigenetics - stressi
Ylimääräinen stressihormoni muun muassa kortisoli voi vaikuttaa epigeneettisiin modifikaatioihin hermostossa ja lisätä psykiatristen häiriöiden riskiä.
On dokumentoitu, että ahdistuneisuushäiriöistä, posttraumaattisesta stressihäiriöstä, traumaperäisestä stressihäiriöstä ja masennuksesta kärsivillä ihmisillä on tyypillinen epigeneettinen modifikaatioprofiili (pääasiassa vähentynyt DNA: n metylaatio).
Tällaisen epigenomin uskotaan muokkaavan lapsuuden traumaattiset kokemukset ja / tai krooniset stressaavat tilanteet.
Tämä epigeneettinen profiili säilyy koko heidän elämänsä ajan ja todennäköisesti siirtyy lapsille ja lapsenlapsille (tunnetaan geenien ulkopuolisena perintönä).
Epigenetics - vaikutus terveyteen
Epigeneettisten modifikaatioiden aikana tapahtuneet virheet, kuten väärän geenin ilmentämisen hiljentäminen, voivat aiheuttaa vakavia seurauksia kehon toiminnalle, esimerkiksi aiheuttaa syöpää.
Lisäksi yhä useammat tutkimukset osoittavat, että epigeneettiset modifikaatiot voivat osallistua fysiologisiin prosesseihin lisäksi sellaisten sairauksien kehittämiseen kuin:
- autismi
- skitsofrenia
- masennus
- sydän-ja verisuonitaudit
- neurodegeneratiiviset sairaudet
- autoimmuunisairaudet
- allergiat
Erityisesti etsitään suhdetta epigeneettisten modifikaatioiden, ruokavalion ja tiettyjen sairauksien riskin välillä.
On osoitettu, että kohdussa tapahtuu merkittäviä epigeneettisiä modifikaatioita, joilla voi olla vaikutuksia aikuisiässä.
Siksi äidin syöminen raskauden aikana voi lisätä tiettyjen sairauksien riskiä ja jopa vaikuttaa seuraavaan sukupolveen.
On osoitettu, että nälkäisen talven aikana Alankomaissa vuosina 1944–1945 raskaana olevien äitien lapsilla oli suurempi sydän- ja verisuonitautien, liikalihavuuden ja skitsofrenian riski verrattuna nälkään nälkäämättömien äitien lapsiin.
Nälkäisten äitien lapsilla havaittiin muun muassa vähentää insuliinin kaltaista kasvutekijää 2 (IGF2) koodaavan geenin metylaatiota.
Tietämisen arvoinenEpigenetikan edistyminen on tällä hetkellä intensiivisen tutkimuksen kohteena ravintotieteessä. On jopa uusi tieteenala, joka käsittelee ravintoaineiden vaikutusta geenien ilmentymiseen, eli nutrigenomiikkaa.
Kirjallisuus
- Moosavi A. ja Motevalizadeh A. Epigeneticsin rooli biologiassa ja ihmisen sairauksissa. Iran Biomed J. 2016, 20 (5), 246-258.
- Choi S. W. ja Friso S. Epigenetics: Uusi silta ravitsemuksen ja terveyden välillä. Adv Nutr. 2010, 1 (1), 8-16.
- Karabin K.Ruokavalion vaikutus ihmisen epigenomiin tai miten ruokavalio muuttaa geenejä. Moderni dietetiikka 15/2018.
- Dmitrzak-Węglarz M. ja Hauser J.Epigeneettiset mekanismit mielisairauksissa ja kognitiivisissa häiriöissä. Psykiatria 2009; 6, 2, 51–60.
- Poczęta M. et ai.Epigeneettiset modifikaatiot ja geeniekspressio kasvaimessa. Ann. Acad. Med. Siles. 2018.72, 80-89.
- Glad C. et ai.Vähennetty DNA-metylaatio ja psykopatologia endogeenisen hyperkortisolismin jälkeen - koko genomin laajuinen tutkimus. Tieteelliset raportit 2017, 7, 44445.
- Shin W. et ai. Koliinin saanti, joka ylittää nykyiset ruokavaliosuositukset, säilyttää solujen metylaation merkinnät folaatin vaarantuneiden miesten geneettisessä alaryhmässä. J Nutr. 2010, 140, 5, 975–980.
Lue muut tämän kirjoittajan tekstit
-wskazania-przeciwwskazania-rodzaje.jpg)
