Môže diéta zmeniť naše gény? Môžu traumy z detstva ovplyvniť naše deti a vnúčatá? Odpovede na tieto otázky nám môže poskytnúť epigenetika, teda veda, ktorá študuje tzv epigenetické modifikácie. V súčasnosti sa epigenetické modifikácie považujú za jeden z najdôležitejších objavov v molekulárnej biológii, pretože umožňovali porozumenie vzťahu medzi genetickým pozadím a faktormi životného prostredia.
Obsah:
- Epigenetika - čo sú epigenetické modifikácie?
- Epigenetika - typy epigenetických modifikácií
- Epigenetika - úloha epigenetických modifikácií
- Epigenetika - strava
- Epigenetika - polymorfizmy génov MTHFR
- Epigenetika - stres
- Epigenetika - vplyv na zdravie
Epigenetika je vedný odbor, ktorý skúma zmeny v génovej expresii, ktoré nie sú dôsledkom modifikácií sekvencií v reťazci DNA. Takéto modifikácie sa nazývajú epigenetické modifikácie a sú typom molekulárnych markerov, ktoré sa pridávajú k reťazcom DNA pomocou vhodných enzýmov, napríklad metyltransferáz.
Pomocou epigenetických úprav môže telo riadiť priebeh mnohých kľúčových biologických procesov, ako je vývoj jednotlivých tkanív a orgánov u plodu.
Pojem „epigenetika“ prvýkrát použil Waddington v roku 1942. Predpona „epi-“ pochádza z gréckeho slova „vyššie“, čo voľne preložené znamená niečo, čo je nad klasickou genetikou.
Epigenetika - čo sú epigenetické modifikácie?
Molekulárne markery pridané k reťazcu DNA počas epigenetickej modifikácie môžu rozhodnúť, či je daný gén exprimovaný alebo nie, a pôsobia ako molekulárne „prepínače“ a „prepínače“, ktoré regulujú expresiu konkrétnych génov.
Najdôležitejšie je, že tieto typy modifikácií nemenia štruktúru reťazca DNA, to znamená, že nie sú typom genetickej mutácie, ktorá je nezvratná, ale niečím, čo podlieha dynamickým zmenám pod vplyvom faktorov prostredia.
Po každom delení buniek a duplikácii reťazcov DNA sa navyše pridajú alebo odstránia príslušné molekulárne markery.
Preto má každá bunka svoj vlastný charakteristický vzorec molekulárnych markerov, ktorý určuje jej špecifický profil génovej expresie. Súbor takýchto molekulárnych markerov sa nazýva epigenóm.
Najznámejšou epigenetickou modifikáciou je metylácia DNA, ktorá spočíva v pripojení metylovej skupiny k cytozínu (základnej zlúčenine, ktorá je súčasťou DNA).
Na druhej strane reverznou epigenetickou modifikáciou na metyláciu je demetylácia, ktorá spočíva v odstránení metylovej skupiny z cytozínu.
Epigenetika - typy epigenetických modifikácií
Epigenetické modifikácie môžu priamo ovplyvniť reťazce DNA:
- Metylácia DNA, to znamená pripojenie metylových skupín k cytozínu pomocou DNA metyltransferáz
- DNA demetylácia, to znamená odstránenie metylových skupín z cytozínu pomocou DNA demetyláz
- Ďalej sa vyrábajú epigenetické modifikácie proteínov, na ktorých nie je navinutá nič DNA, teda históny:
- metylácia lyzínových a arginínových zvyškov histónov histónmetyltransferázami
- demetylácia lyzínových a arginínových zvyškov histónov histónovými demetylázami
- acetylácia zvyškov histónového lyzínu s histón-acetyltransferázami
- deacetylácia histónových lyzínových zvyškov histónovou deacetylázou
- fosforylácia histónových serínových zvyškov kinázami
- ubikvitinácia zvyškov histónového lyzínu pripojením proteínu ubikvitínu k histónom pomocou enzýmov E1, E2 a E3
- ribozylácia zvyškov histónového glutamínu a arginínu zahŕňajúca pripojenie nukleotidov ribózy ADP s použitím polymerázy a transferázy
Atypická epigenetická modifikácia je tzv nekódujúce molekuly RNA, napríklad mikroRNA (miRNA). Sú to krátke jednovláknové molekuly RNA (zlúčeniny podobné DNA), ktoré dokážu regulovať génovú expresiu blokovaním tvorby proteínov.
Epigenetika - úloha epigenetických modifikácií
- zvýšená expresia génov
- umlčanie génovej expresie
- kontrola diferenciácie buniek v tele
- embryonálny vývoj
- regulácia stupňa kondenzácie chromatínu, napríklad inaktivácia chromozómu X, vďaka ktorej je u žien aktívna iba jedna kópia génov viazaných na pohlavie.
Včely sú zaujímavým príkladom úlohy epigenetickej modifikácie vo vývoji zvierat. V tomto hmyze je kráľovná matkou všetkých včiel v jednom úli, čo má za následok, že všetky majú rovnakú sekvenciu DNA.
Aj napriek tomu v jednom úli žije hmyz, ktorý vyzerá a správa sa inak. Pracovníci sú menší ako kráľovná a majú mierny temperament, zatiaľ čo vojaci sú väčší a agresívni.
Tieto rozdiely sú spôsobené epigenetickými úpravami, ktoré určujú vzhľad a správanie včiel prispôsobené ich úlohe v spoločenstve úľov.
Podobný mechanizmus sa pozoruje aj pri vývoji plodu zvierat, keď stíšenie a zosilnenie expresie špecifických génov ovplyvňuje osud danej kmeňovej bunky, či už ide o mozgovú nervovú bunku alebo bunku žalúdočného epitelu.
Epigenetika - strava
Epigenetické modifikácie sa vyskytujú už počas života plodu a potom môžu počas života pod vplyvom environmentálnych faktorov prechádzať dynamickými zmenami.
Jedným z najdôležitejších faktorov ovplyvňujúcich tvar epigenómu je jedlo a jeho bioaktívne látky.
Vplyv stravy na epigenetické úpravy bol potvrdený v mnohých predklinických a klinických štúdiách.
Existujú minimálne dva mechanizmy, pomocou ktorých môže strava ovplyvňovať epigenetické modifikácie, hlavne proces metylácie:
- zmenou dostupnosti donorov metylu, ako je S-adenosylmetionín (SAM), ktorý sa syntetizuje v metionínovom cykle z niekoľkých prekurzorov prítomných v potravinách, vrátane metionínu, cholínu a jeho derivátov betaínu, kyseliny listovej a vitamínov B2, B6 a B12. Znížená dostupnosť týchto zlúčenín teda môže viesť k zníženej syntéze SAM a narušeniu procesu metylácie
- moduláciou aktivity enzýmov súvisiacich s metylačným procesom (napr. DNMT metyltransferáza) konzumáciou polyfenolov obsiahnutých v ovocí, zelenine a korení. Príklady takýchto zlúčenín sú resveratrol v červenom víne, epigalokatechíngalát (EGCG) v zelenom čaji, kurkumín v kurkume, odroda kuracieho oleja, genisteín v sóji, sulforafan v brokolici, kvercetín v citrusových plodoch a pohánka
Vplyv stravy na epigenóm in utero dokumentoval slávny experiment na laboratórnych myšiach „aguti“, ktoré sa vyznačujú žltou farbou srsti a predispozíciou na obezitu, cukrovku a rakovinu.
Žltá farba srsti u týchto myší je akýmsi indikátorom nedostatočnej metylácie génov.
V experimente boli gravidné myši „aguti“ kŕmené okrem iného jedlom s vysokým obsahom darcov metylu. kyselina listová a cholín.
Na počudovanie vedcov sa potomkovia týchto myší nepodobali na svojich rodičov. Prvou viditeľnou vlastnosťou bola zmena farby srsti na hnedú, ale najprekvapujúcejšou vecou bolo, že myši stratili predispozíciu k chorobám, ktorými trpeli ich rodičia.
Ako sa ukázalo, bol to dôsledok upravenej stravy a obnovenia normálnej metylácie DNA.
Tieto pozorovania podporujú skutočnosť, že epigenóm môže byť zmenený stravou a môže mať ďalekosiahle zdravotné následky.
V posledných rokoch sa tiež preukázala významná úloha črevnej mikrobioty v procese epigenetickej modifikácie.
Črevné mikroorganizmy produkujú rôzne bioaktívne látky, napríklad mastné kyseliny s krátkym reťazcom, a ich množstvo závisí od druhového zloženia mikrobioty a kvality stravy.
Vysoký prísun prebiotických produktov v strave, ako je rozpustná vláknina, napríklad rezistentný škrob, zvyšuje koncentráciu mastných kyselín s krátkym reťazcom, ktoré pozitívne ovplyvňujú epigenóm črevných epitelových buniek.
Epigenetika - polymorfizmy génov MTHFR
Účinnosť epigenetických modifikácií môžu byť ovplyvnené aj genetickými polymorfizmami, t. J. Malými zmenami v genóme, ktorých dôsledkom je prítomnosť rôznych variantov génu v ľudskej populácii.
Jedným z dôsledkov genetických polymorfizmov je okrem iného. u každého iná odpoveď na živiny.
Odhaduje sa, že 15 - 30% ľudí môže mať zvýšenú potrebu donorov metylu (najmä kyseliny listovej) v dôsledku nepriaznivých polymorfizmov génu MTHFR, ktorý kóduje enzým metyléntetrahydrofolátreduktázu.
Tento enzým je zodpovedný za premenu kyseliny listovej na aktívnu formu.
Ľudia s nepriaznivým variantom polymorfizmu génu MTHFR majú zhoršenú premenu neaktívnej formy kyseliny listovej na jej aktívnu formu, 5-metyltetrahydrofolát (5-MTHF), a preto majú zvýšenú potrebu darcov metylov.
A hoci štúdie jasne nepotvrdili, že títo ľudia môžu mať zníženú metyláciu reťazcov DNA, v ich prípade stojí za to venovať pozornosť vhodnému prísunu potravy alebo ďalšiemu doplňovaniu darcov metylových skupín, ako je kyselina listová alebo cholín.
Epigenetika - stres
Nadmerné množstvo stresových hormónov Kortizol môže ovplyvňovať epigenetické úpravy v nervovom systéme a zvyšovať riziko psychiatrických porúch.
Bolo zdokumentované, že ľudia trpiaci úzkostnými poruchami, posttraumatickou stresovou poruchou, posttraumatickou stresovou poruchou a depresiou majú charakteristický profil epigenetickej modifikácie (hlavne zníženú metyláciu DNA).
Predpokladá sa, že takýto epigenóm formujú traumatické zážitky z detstva a / alebo chronické stresové situácie.
Tento epigenetický profil sa zachováva počas celého ich života a pravdepodobne sa prenáša na deti a vnúčatá (známe ako extragénne dedičstvo).
Epigenetika - vplyv na zdravie
Chyby počas epigenetických úprav, ako napríklad umlčanie expresie nesprávneho génu, môžu mať vážne následky na fungovanie tela, napríklad spôsobiť rakovinu.
Stále viac a viac štúdií navyše naznačuje, že epigenetické modifikácie sa okrem účasti na fyziologických procesoch môžu podieľať na vývoji chorôb, ako sú:
- autizmus
- schizofrénia
- depresia
- srdcovo-cievne ochorenia
- neurodegeneratívne choroby
- autoimunitné choroby
- alergie
Hľadá sa predovšetkým vzťah medzi epigenetickými modifikáciami, stravou a rizikom konkrétnych chorôb.
Ukázalo sa, že k významným epigenetickým modifikáciám dochádza in utero, čo môže mať dôsledky v dospelosti.
Preto to, čo matka konzumuje počas tehotenstva, môže zvýšiť riziko určitých chorôb a dokonca ovplyvniť ďalšiu generáciu.
Je dokázané, že deti matiek, ktoré boli tehotné počas zimy hladu v Holandsku v rokoch 1944-1945, mali zvýšené riziko kardiovaskulárnych chorôb, obezity a schizofrénie v porovnaní s deťmi matiek, ktoré nehladovali.
U detí hladných matiek sa zistilo znížená metylácia génu kódujúceho inzulínový rastový faktor 2 (IGF2).
Mali by ste vedieťPokrok epigenetiky je v súčasnosti predmetom intenzívneho výskumu v oblasti výživy. Existuje dokonca nová disciplína zaoberajúca sa vplyvom živín na génovú expresiu, tj.
Literatúra
- Moosavi A. a Motevalizadeh A. Úloha epigenetiky v biológii a ľudských chorobách. Iran Biomed J. 2016, 20 (5), 246-258.
- Choi S. W. a Friso S. Epigenetika: Nový most medzi výživou a zdravím. Adv Nutr. 2010, 1 (1), 8-16.
- Karabin K. Vplyv stravy na ľudský epigenóm alebo to, ako diéta mení gény. Moderná dietetika 15/2018.
- Dmitrzak-Węglarz M. a Hauser J. Epigenetické mechanizmy pri duševných chorobách a kognitívnych poruchách. Psychiatria 2009; 6, 2, 51–60.
- Poczęta M. a kol. Epigenetické modifikácie a génová expresia v novotvaru. Ann. Acad. Med. Siles. 2018.72, 80-89.
- Glad C. a kol. Znížená metylácia a psychopatológia DNA po endogénnom hyperkortizolizme - štúdia zameraná na celý genóm. Vedecké správy 2017, 7, 44445.
- Shin W. a kol. Príjem cholínu, ktorý prevyšuje súčasné stravovacie odporúčania, zachováva markery bunkovej metylácie v genetickej podskupine mužov so zníženou koncentráciou folátov. J Nutr. 2010, 140, 5, 975–980.
Prečítajte si ďalšie texty tohto autora
