Téged formáló étel: hogyan változtathatja meg az étrend az epigenomodat

Te vagy az, amit eszel - szó szerint. Étrendünk befolyásolhatja genomunk apró változásait, amelyek számos betegség hátterében állnak, beleértve a rákot és az elhízást.

formálja

DNS spirál
Kép mstroeck jóvoltából
Wikimedia Commons

Amikor magadra nézel a tükörben, megkérdezheted: "Mivel, mivel a testemben lévő összes sejt ugyanazt a DNS-t hordozza, vajon a szerveim ennyire eltérően nézhetnek ki és annyira különbözően működhetnek?" Az epigenetika legutóbbi fejlődésével kezdjük megérteni. Ma már tudjuk, hogy a sejtek különböző módon használják fel genetikai anyagukat: a géneket be- és kikapcsolják, ami elképesztő szintű differenciálódást eredményez testünkben.

Az epigenetika leírja azokat a sejtes folyamatokat, amelyek meghatározzák, hogy egy bizonyos gént átírnak-e és lefordítják-e a megfelelő fehérjévé. Az üzenet kromatin kismértékű és visszafordítható kémiai módosításaival továbbítható (1. ábra). Például acetilcsoportok (acetilezés) hozzáadása a DNS állványfehérjékhez (hisztonok) fokozza a transzkripciót. Ezzel szemben a metilcsoportok hozzáadása (metiláció) a DNS néhány szabályozó régiójába csökkenti a gén transzkripcióját. Ezek a módosítások, más szabályozási mechanizmusokkal együtt, különösen fontosak a fejlesztés során - amikor a génaktiváció pontos időzítése elengedhetetlen a pontos sejtos differenciálódás biztosításához -, de felnőttkorban továbbra is hatással vannak.

Az epigenetikai módosítások bekövetkezhetnek a környezeti ingerekre adott válaszként, amelyek közül az egyik legfontosabb az étrend. Az étrend epigenetikáját befolyásoló mechanizmusok még nem teljesen ismertek, de néhány világos példa jól ismert.

1. ábra: Epigenetikus változások
a kromatinszerkezethez
főleg hisztont tartalmaznak
acetilezés - ami fokozza
transzkripció - és DNS
metilezés, ezáltal metilcsoport
csoportok kovalensen kötöttek
citozinhoz, így a
kromatin szerkezet kevesebb
hozzáférhető. Ezek a változások
reverzibilis, lehetővé téve a gént
tevékenységet kell igazítani
változó környezeti
feltételek vagy jelek.
Ezt a képet a
2014. május 13.

Kép Cristina Florean jóvoltából

1944–1945 telén Hollandia szörnyű éhínséget szenvedett el a német megszállás következtében, és a lakosság táplálékfelvétele kevesebb, mint 1000 kalória volt naponta. A nők ezekben a nehéz időkben folytatták a teherbeesést és a szülést, és ezek a gyerekek ma már hatvanas éveikben felnőttek. A legújabb tanulmányok kimutatták, hogy ezeknek az egyéneknek - kalóriakorlátozásoknak vannak kitéve, miközben anyjuk méhében vannak - magasabb a krónikus állapotok, mint a cukorbetegség, a szív- és érrendszeri betegségek és az elhízás aránya, mint testvéreiknél. Úgy tűnik, hogy a terhesség első hónapjai voltak a legnagyobb hatással a betegség kockázatára.

Hogyan befolyásolhatja az életedet akár 60 évvel később az, ami még születésed előtt történt? Úgy tűnik, hogy a válasz abban rejlik, hogy a magzat a korlátozott tápanyagellátásra reagálva hajtotta végre az epigenetikai adaptációkat. A pontos epigenetikai változások még mindig nem tisztázottak, de kiderült, hogy azoknak az embereknek, akiknek méhen belüli éhínség volt kitéve, alacsonyabb az inzulin metabolizmusban szerepet játszó gén (az inzulinszerű növekedési faktor II gén) metilációja, mint nem exponált testvéreiknél ( Heijmans és mtsai., 2008). Ennek van néhány megdöbbentő következménye: bár az epigenetikai változások elméletileg visszafordíthatók, az embrionális fejlődés során végbemenő hasznos változások mindazonáltal fennmaradhatnak a felnőtt életben, még akkor is, ha már nem hasznosak, sőt károsak is lehetnek. E változások némelyike ​​akár generációkon keresztül is fennmaradhat, érintve a kitett nők unokáit (Painter et al., 2008).


2. ábra: Két királynő
beúszó méhlárvák
méhpempő a királyné cellájukban.
A királylárvákat táplálják
kizárólag méhpempővel,
ami kiváltja a
a királynő fejlődése
fenotípus, lehetővé téve
reprodukció

Kép Waugsberg jóvoltából
Wikimedia Commons

A korai étrend epigenetikára gyakorolt ​​hatása a méhek körében is jól látható. Ami megkülönbözteti a steril munkaméheket a termékeny királynőtől, az nem a genetika, hanem az étrend, amelyet lárvaként követnek (2. ábra). A királynévé kijelölt lárvákat kizárólag méhpempővel etetik, a munkaméhek által kiválasztott anyaggal, amely bekapcsolja azt a génprogramot, amelynek eredményeként a méh termékeny lesz.

Egy másik markáns példa arra, hogy a táplálkozás hogyan befolyásolja az epigenetikát a fejlődés során, megtalálható az egerekben. Az aktív agouti génnel rendelkező egyének sárga színűek és hajlamosak elhízni. Ez a gén azonban DNS-metilezéssel kikapcsolható. Ha egy terhes agouti egér olyan étrend-kiegészítőket kap, amelyek metilcsoportokat - például folsavat vagy kolint - szabadíthatnak fel, a kölykök agouti génjei metilálódnak és így inaktívvá válnak. Ezek a kölykök továbbra is hordozzák az agouti gént, de elveszítik az agouti fenotípust: barna szőrük van és nincs fokozott hajlamuk az elhízásra (3. ábra).

3. ábra: Az agouti egér
modell. A fenotípus
az anya étrendjétől függ
terhesség alatt. V:
Normális esetben az agouti gén az
sárga szőrrel társul
és arra való hajlam
elhízottság. B: A-tól született egerek
étrendben részesülő anya
metil-kiegészítők
az adományozóknak azonban van egy
metilezett és így
inaktivált agouti gén,
vékony, barnát eredményez-
szőr fenotípus.

Kép Cristina jóvoltából
Florean

A folsav elégtelen felvétele emberi fejlõdési körülmények között is szerepet játszik, például spina bifida és más idegi csõdefektusokban. Az ilyen problémák megelőzése érdekében a folsav-kiegészítőket széles körben ajánlják terhes nőknek és azoknak, akik remélik, hogy teherbe esnek (lásd Hayes et al., 2009).

Mi a helyzet az étrendi hatással az epigenetikára a felnőtt életben? Az étel számos összetevője képes epigenetikus változásokat okozni az emberekben. Például a brokkoli és más keresztesvirágú zöldségek izotiocianátokat tartalmaznak, amelyek képesek fokozni a hiszton-acetilezést. A szója viszont az izoflavon genistein forrása, amelyről azt gondolják, hogy bizonyos génekben csökkenti a DNS metilációját. A zöld teában található epigallocatechin-3-gallát polifenol vegyület számos biológiai aktivitással bír, beleértve a DNS metilációjának gátlását. A kurkuminnak, a kurkumában (Curcuma longa) található vegyületnek számos hatása lehet a génaktiválásra, mert gátolja a DNS-metilációt, de modulálja a hiszton-acetilezést is. A 4. ábra további példákat mutat be epigenetikusan aktív molekulákra.


Gyümölcspiac Spanyolországban
A kép Marcel jóvoltából
Theisen/Wikimedia Commons

A vegyületekről eddig összegyűjtött adatok többsége in vitro kísérletekből származik. A megtisztított molekulákat sejtvonalakon teszteltük, és mértük epigenetikus célpontokra gyakorolt ​​hatásukat. Bizonyítani kell, hogy a megfelelő ételek elfogyasztása ugyanolyan kimutatható hatású-e, mint a sejtmodellekben (Gerhauser, 2013).

Az epidemiológiai vizsgálatok szerint azonban azok a populációk, amelyek nagy mennyiségben fogyasztanak ilyen ételeket, kevésbé hajlamosak bizonyos betegségekre (Siddiqui et al., 2007). Ezen vegyületek többségének azonban nemcsak epigenetikus hatása van, hanem más biológiai funkciókra is hatással van. Egy étel sokféle biológiailag aktív molekulát tartalmazhat, ami megnehezíti az összefüggést az epigenetikai aktivitás és a testre gyakorolt ​​általános hatás között. Végül, minden étel számos átalakuláson megy keresztül emésztőrendszerünkben, így nem világos, hogy a hatóanyagok mekkora hányada éri el molekuláris célpontjait.

Széleskörű hatásuk eredményeként az epigenetikai változások számos betegség, köztük néhány rák és neurológiai betegség kialakulásában vesznek részt. Amint a sejtek rosszindulatúvá vagy rákossá válnak, az epigenetikus módosítások inaktiválhatják a tumor szuppresszor génjeit, amelyek megakadályozzák a sejtek túlzott szaporodását (Esteller, 2007). Mivel ezek az epigenetikai módosítások visszafordíthatók, nagy érdeklődés mutatkozik olyan molekulák felkutatására - különösen étrendi forrásokra -, amelyek visszavonhatják ezeket a káros változásokat és megakadályozhatják a tumor kialakulását.

Mindannyian tudjuk, hogy a gyümölcs- és zöldségfélékben gazdag étrend egészséges a mindennapjaink számára, de egyre nyilvánvalóbbá válik, hogy ennél sokkal fontosabb lehet, jelentős hatással lehet hosszú távú egészségünkre és várható élettartamunkra.

Hivatkozások

  • Esteller M (2007) Epigenetikus géncsendesítés rákban: a DNS hipermetilom. Humán molekuláris genetika16.(1): R50-R59. doi: 10,1093/hmg/ddm018
  • Gerhauser C (2013) A rák kemoprevenciója és tápanyag-epigenetikája: a technika állása és a jövő kihívásai. A jelenlegi kémia témái329: 73-132. doi: 10.1007/128_2012_360
  • Hayes E, Maul H, Freerksen N (2009) Folsav: miért kell tudniuk róla az iskolásoknak. Tudomány az iskolában13.: 59-64.
  • Heijmans BT és mtsai. (2008) Embereknél az éhínség prenatális expozíciójával járó állandó epigenetikai különbségek. Az USA Nemzeti Tudományos Akadémiájának közleményei105: 17046-17049. doi: 10.1073/pnas.0806560105
  • R festő és mtsai. (2008) A holland éhínség prenatális expozíciójának transzgenerációs hatásai az újszülöttek adipozitására és egészségére a későbbi életben. BJOG: Nemzetközi Szülészeti és Nőgyógyászati ​​Lap115: 1243-1249. doi: 10.1111/j.1471-0528.2008.01822.x
  • Siddiqui IA és mtsai. (2007) Teaital a prosztatarák kemoprevenciójában és kemoterápiájában. Acta Pharmacol Sinica28.(9): 1392-1408. doi: 10.1111/j.1745-7254.2007.00693.x

Erőforrások

  • Az epigenetika egyszerű bemutatásához lásd:
    • McVittie B (2006) Epigenetika. Tudomány az iskolában2: 62-64.
  • Ha többet szeretne megtudni a táplálkozásról és az epigenetikáról, lásd:
    • Link A és mtsai. (2010) A rák kemoprevenciója diétás polifenolokkal: Az epigenetika ígéretes szerepe. Biokémiai farmakológia 80(12): 1771–1792. Doi: 10.1016/j.bcp.2010.06.036

      Roseboom TJ et al. (2001) A holland éhínség prenatális expozíciójának hatása a felnőttkori betegségre a későbbi életben: áttekintés. Molecular and Cellular Endocrinology 185: 93-8. doi: 10.1016/S0303-7207 (01) 00721-3

      Chittka A, Chittka L (2010) A jogdíj epigenetikája. PLOS Biology 8 (11): e1000532. doi: 10.1371/journal.pbio.1000532.

      A PLOS Biology egy nyílt hozzáférésű folyóirat, ezért ez a cikk szabadon elérhető online.

  • További információk a méhek epigenetikájáról
  • Az egerek epigenetikájának és agouti génjének egyszerű áttekintését lásd:
    • Adams J (2008) Elhízás, epigenetika és génszabályozás. Természetoktatás1(1).
  • Ha meg szeretné tudni, hogyan befolyásolhatja a terhesség alatti hormonszint a gyermek nemét, lásd:
    • Notman (2012) Interszex: kívül esik a normán. Tudomány az iskolában23: 48-52.

Szerző

Cristina Florean orvosbiológiai doktorátust a padovai és a bordeaux-i egyetemen szerzett. Doktori tanulmányai során az Alzheimer-kór és a gyógyszerszűrés optimalizálásán dolgozott. Egy évet töltött az Udine-i Egyetemen a rák és az epigenetikus enzimek területén, most pedig Luxemburgban dolgozik a rák molekuláris és sejtbiológiai laboratóriumában (Laboratoire de Biologie Moleculaire et Cellulaire du Cancer) posztdoktori munkatársként. Jelenlegi kutatási területe az olyan természetes vegyületek, amelyek epigenetikus aktivitást mutatnak rákellenes gyógyszerjelöltként és a karcinogenezishez kapcsolódó epigenetikus események.