Ar dieta gali pakeisti mūsų genus? Ar mūsų vaikystės traumos gali paveikti mūsų vaikus ir anūkus? Atsakymus į šiuos klausimus gali pateikti epigenetika, t. Y. Mokslas, tiriantis vadinamąjį epigenetinės modifikacijos. Šiuo metu epigenetinės modifikacijos laikomos vienu iš svarbiausių molekulinės biologijos atradimų, nes jos leido suprasti genetinio fono ir aplinkos veiksnių ryšį.
Turinys:
- Epigenetika - kas yra epigenetinės modifikacijos?
- Epigenetika - epigenetinių modifikacijų tipai
- Epigenetika - epigenetinių modifikacijų vaidmuo
- Epigenetika - dieta
- Epigenetika - MTHFR genų polimorfizmai
- Epigenetika - stresas
- Epigenetika - poveikis sveikatai
Epigenetika yra mokslo šaka, tirianti genų raiškos pokyčius, kurie nėra susiję su sekos modifikacijomis DNR grandinėje. Tokios modifikacijos vadinamos epigenetinėmis ir yra tam tikros rūšies molekuliniai žymenys, kurie prie DNR grandinių pridedami tinkamais fermentais, pvz., Metiltransferazėmis.
Naudodamasis epigenetinėmis modifikacijomis, kūnas gali kontroliuoti daugelio pagrindinių biologinių procesų eigą, pavyzdžiui, specifinių audinių ir organų vystymąsi gimdoje.
Sąvoką „epigenetika“ Waddingtonas pirmą kartą pavartojo 1942 m. Priešdėlis „epi-“ kilęs iš graikų kalbos žodžio „viršuje“, kuris laisvai išverstas reiškia tai, kas yra aukščiau klasikinės genetikos.
Epigenetika - kas yra epigenetinės modifikacijos?
Molekuliniai žymenys, pridėti prie DNR grandinės epigenetinės modifikacijos metu, gali nuspręsti, ar genas yra ekspresuojamas, ar ne, veikdami kaip molekuliniai „jungikliai“ ir „jungikliai“, reguliuojantys tam tikrų genų ekspresiją.
Svarbiausia, kad tokio tipo modifikacijos nekeičia DNR grandinės struktūros, t.y., tai nėra genetinės mutacijos rūšis, kuri yra negrįžtama, o kažkas, kuriai veikiami aplinkos veiksnių yra dinamiški pokyčiai.
Be to, po kiekvieno ląstelių dalijimosi ir DNR grandinės dubliavimo pridedami arba pašalinami atitinkami molekuliniai žymenys.
Taigi kiekviena ląstelė turi savo būdingą molekulinių žymenų modelį, kuris nustato jos specifinį geno ekspresijos profilį. Tokių molekulinių žymenų rinkinys vadinamas epigenomu.
Geriausiai žinoma epigenetinė modifikacija yra DNR metilinimas, kuris susideda iš metilo grupės prijungimo prie citozino (bazinio junginio, kuris yra DNR dalis).
Savo ruožtu atvirkštinė epigenetinė modifikacija metilinant yra demetilinimas, kuris susideda iš metilo grupės pašalinimo iš citozino.
Epigenetika - epigenetinių modifikacijų tipai
Epigenetinės modifikacijos gali tiesiogiai paveikti DNR grandines:
- DNR metilinimas, t. Y. Metilo grupių prisijungimas prie citozino naudojant DNR metiltransferazes
- DNR demetilinimas, t. Y. Metilo grupių pašalinimas iš citozino naudojant DNR demetilazes
- Be to, epigenetinės modifikacijos daromos iš baltymų, ant kurių nieko nesuvynioja DNR, t. Y. Histonai:
- lizonų ir arginino histonų liekanų metilinimas histono metiltransferazėmis
- lizonų ir arginino histonų liekanų demetilinimas histonų demetilazėmis
- histono lizino liekanų acetilinimas histono acetiltransferazėmis
- histono lizino liekanų deacetilinimas histono deacetilaze
- histonų serino liekanų fosforilinimas kinazėmis
- histono lizino likučių ubikvitinimas, prie histonų pridedant ubikvitino baltymo, naudojant fermentus E1, E2 ir E3
- histono glutamino ir arginino liekanų ribosilinimas, susijęs su ADP-ribozės nukleotidų prijungimu naudojant polimerazę ir transferazę
Netipinė epigenetinė modifikacija yra vadinamoji nekoduojančios RNR molekulės, pvz., mikroRNR (miRNR). Tai yra trumpos, vienos grandinės RNR molekulės (į DNR panašūs junginiai), kurios gali reguliuoti genų ekspresiją, blokuodamos baltymų susidarymą.
Epigenetika - epigenetinių modifikacijų vaidmuo
- sustiprinta geno ekspresija
- nutildanti genų raišką
- ląstelių diferenciacijos organizme kontrolė
- embriono vystymasis
- chromatino kondensacijos laipsnio reguliavimas, pvz., X chromosomos inaktyvavimas, dėl kurio moterims veikia tik viena su lytimi susijusių genų kopija.
Bitės yra įdomus epigenetinės modifikacijos vaidmens gyvūnų vystyme pavyzdys. Šiuose vabzdžiuose motinėlė yra visų bičių motina viename avilyje, todėl jų visų DNR seka yra vienoda.
Nepaisant to, viename avilyje gyvena vabzdžiai, kurie atrodo kitaip ir elgiasi kitaip. Darbuotojai yra mažesni už karalienę ir švelnaus temperamento, o kariai yra didesni ir agresyvūs.
Šiuos skirtumus lemia epigenetinės modifikacijos, lemiančios bičių išvaizdą ir elgesį, pritaikytą jų vaidmeniui avilio bendruomenėje.
Panašus mechanizmas pastebimas gyvūnų vaisiaus vystymosi metu, kai nutildžius ir sustiprinant specifinių genų išraišką, paveikiama tam tikros kamieninės ląstelės likimas, ar tai būtų smegenų nervų ląstelė, ar skrandžio epitelio ląstelė.
Epigenetika - dieta
Epigenetinės modifikacijos įvyksta jau vaisiaus gyvenimo metu, o aplinkos veiksnių įtakoje jos gali dinamiškai pasikeisti visą gyvenimą.
Vienas iš svarbiausių veiksnių, turinčių įtakos epigenomo formai, yra maistas ir jo bioaktyvios medžiagos.
Dietos įtaka epigenetinėms modifikacijoms buvo patvirtinta daugelyje ikiklinikinių ir klinikinių tyrimų.
Yra bent du mechanizmai, kuriais dieta gali paveikti epigenetinę modifikaciją, daugiausia metilinimo procesą:
- keičiant metilo donorų, tokių kaip S-adenosilmetioninas (SAM), kuris sintetinamas metionino cikle, prieinamumą iš keleto maiste esančių pirmtakų, įskaitant metioniną, choliną ir jo darinį betainą, folio rūgštį ir vitaminus B2, B6 ir B12, prieinamumą. Taigi dėl sumažėjusio šių junginių prieinamumo gali sumažėti SAM sintezė ir sutrikti metilinimo procesas
- moduliuojant su metilinimo procesu susijusių fermentų (pvz., DNMT metiltransferazės) aktyvumą vartojant vaisiuose, daržovėse ir prieskoniuose esančius polifenolius. Tokių junginių pavyzdžiai yra resveratrolis raudonajame vyne, epigalokatechino galatas (EGCG) žaliojoje arbatoje, kurkuminas ciberžolės šakniastiebiuose, genisteinas sojų pupelėse, sulforafanas brokoliuose, kvercetinas citrusiniuose vaisiuose ir grikiai.
Dietos įtaka epigenomui gimdoje buvo užfiksuota garsiuoju „agouti“ laboratorinių pelių eksperimentu, kuriam būdinga geltona kailio spalva ir polinkis nutukimui, diabetui ir vėžiui.
Geltona kailio spalva šiose pelėse yra tam tikras nepakankamo genų metilinimo rodiklis.
Eksperimento metu nėščioms „agouti“ pelėms buvo šeriami pašarai, kuriuose, be kitų, buvo daug metilo donorų. folio rūgštis ir cholinas.
Mokslininkų nuostabai, šių pelių palikuonys nebuvo panašūs į jų tėvus. Pirmasis pastebimas bruožas buvo kailio spalvos pasikeitimas į rudą, tačiau labiausiai nustebino tai, kad pelės prarado polinkį į ligas, kuriomis sirgo jų tėvai.
Kaip paaiškėjo, tai buvo pakeistos dietos ir normalios DNR metilinimo atkūrimo pasekmė.
Šie pastebėjimai patvirtina faktą, kad dieta gali pakeisti epigenomą ir gali turėti toli siekiančių padarinių sveikatai.
Pastaraisiais metais taip pat buvo įrodytas reikšmingas žarnyno mikrobiotos vaidmuo epigenetinės modifikacijos procese.
Žarnyno mikroorganizmai gamina įvairias bioaktyvias medžiagas, pvz., Trumpos grandinės riebalų rūgštis, o jų kiekis priklauso nuo mikrobiotos rūšinės sudėties ir dietos kokybės.
Didelis kiekis prebiotinių produktų racione, tokių kaip tirpios maistinės skaidulos, pvz., Atsparus krakmolas, padidina trumpųjų grandinių riebalų rūgščių, kurios teigiamai veikia žarnyno epitelio ląstelių epigenomą, koncentraciją.
Epigenetika - MTHFR genų polimorfizmai
Epigenetinių modifikacijų efektyvumui įtakos gali turėti ir genetiniai polimorfizmai, t. Y. Nedideli genomo pokyčiai, kurių pasekmė yra įvairių genų variantų buvimas žmonių populiacijoje.
Viena iš genetinių polimorfizmų pasekmių yra, be kita ko. kiekvieno žmogaus reakcija į maistines medžiagas yra skirtinga.
Manoma, kad 15-30% žmonių gali padidėti metilo donorų (ypač folio rūgšties) poreikis dėl nepalankių MTHFR geno, kuris koduoja fermentą metiletenetrahidrofolato reduktazę, polimorfizmo.
Šis fermentas yra atsakingas už folio rūgšties pavertimą aktyvia forma.
Žmonėms, turintiems nepalankų MTHFR geno polimorfizmo variantą, sutriko neaktyvios folio rūgšties pavertimas aktyvia forma - 5-metiltetrahidrofolatu (5-MTHF), todėl jiems padidėjo metilo donorų poreikis.
Ir nors tyrimai aiškiai nepatvirtino, kad tokiems žmonėms gali būti sumažėjęs DNR gijų metilinimas, jų atveju verta atkreipti dėmesį į pakankamą mitybos kiekį ar papildomą metilo donorų, tokių kaip folio rūgštis ar cholinas, papildymą.
Epigenetika - stresas
Streso hormonų perteklius, be kita ko Kortizolis gali paveikti epigenetines nervų sistemos modifikacijas ir padidinti psichikos sutrikimų riziką.
Buvo dokumentuota, kad žmonėms, kenčiantiems nuo nerimo sutrikimų, potrauminio streso, potrauminio streso sutrikimų ir depresijos, būdingas epigenetinės modifikacijos profilis (daugiausia sumažėjęs DNR metilinimas).
Manoma, kad tokį epigenomą formuoja vaikystėje patirta trauminė patirtis ir (arba) lėtinės stresinės situacijos.
Šis epigenetinis profilis išlieka visą jų gyvenimą ir tikriausiai perduodamas vaikams ir anūkams (žinomas kaip papildomų genų paveldėjimas).
Epigenetika - poveikis sveikatai
Epigenetinių modifikacijų metu padarytos klaidos, pvz., Nutildžius netinkamo geno išraišką, gali sukelti rimtų pasekmių organizmo veikloje, pvz., Sukelti vėžį.
Be to, vis daugiau tyrimų rodo, kad epigenetinės modifikacijos, be dalyvavimo fiziologiniuose procesuose, gali dalyvauti kuriant tokias ligas kaip:
- autizmas
- šizofrenija
- depresija
- širdies ir kraujagyslių ligos
- neurodegeneracinės ligos
- autoimuninės ligos
- alergijos
Visų pirma ieškoma ryšio tarp epigenetinių modifikacijų, dietos ir specifinių ligų rizikos.
Įrodyta, kad gimdoje įvyksta reikšmingų epigenetinių modifikacijų, kurios gali turėti reikšmės suaugus.
Todėl tai, ką mama valgo nėštumo metu, gali padidinti tam tikrų ligų riziką ir netgi paveikti kitą kartą.
Įrodyta, kad motinų, kurios buvo nėščios per alkaną žiemą Olandijoje 1944–1945 m., Vaikams padidėjo širdies ir kraujagyslių ligų, nutukimo ir šizofrenijos rizika, palyginti su badaujančių motinų vaikais.
Alkanų motinų vaikams nustatyta, kad, be kita ko, sumažėjo geno, koduojančio į insuliną panašų augimo faktorių 2 (IGF2), metilinimas.
Verta žinotiŠiuo metu intensyvūs mitybos mokslo tyrimai yra epigenetikos pasiekimai. Yra netgi nauja disciplina, susijusi su maistinių medžiagų įtaka genų ekspresijai, t. Y. Nutrigenomika.
Literatūra
- Moosavi A. ir Motevalizadeh A. Epigenetikos vaidmuo biologijoje ir žmogaus ligose. Iran Biomed J. 2016, 20 (5), 246-258.
- Choi S. W. ir Friso S. epigenetika: naujas tiltas tarp mitybos ir sveikatos. Adv. Nutr. 2010 m., 1 straipsnio 1 dalis, 8–16.
- Karabinas K. Dietos poveikis žmogaus epigenomui arba kaip dieta keičia genus. Šiuolaikinė dietologija 15/2018.
- Dmitrzak-Węglarz M. ir Hauser J. Psichinių ligų ir kognityvinių sutrikimų epigenetiniai mechanizmai. Psichiatrija 2009; 6, 2, 51–60.
- Poczęta M. ir kt. Epigenetinės modifikacijos ir genų ekspresija neoplazmoje. Ann. Akad. Med. Siles. 2018.72, 80–89.
- Glad C. ir kt. Sumažinta DNR metilinimas ir psichopatologija po endogeninio hiperkortizolizmo - viso genomo tyrimas. Mokslinės ataskaitos, 2017, 7, 44445.
- Shin W. ir kt. Cholino suvartojimas, viršijantis dabartines mitybos rekomendacijas, išlaiko ląstelių metilinimo žymenis genetiniame vyrų folatų pažeidime. J Nutr. 2010, 140, 5, 975–980.
Perskaitykite kitus šio autoriaus tekstus
