CONȚINUT VERIFICATAutor: Karolina Karabin, MD, PhD, biolog molecular, diagnostician de laborator, consultant în nutriție și stil de viață

Poate dieta să ne schimbe genele? Ar putea traumele noastre din copilărie să ne afecteze copiii și nepoții? Răspunsurile la aceste întrebări pot fi oferite de epigenetică, adică știința care studiază așa-numita modificări epigenetice. În prezent, modificările epigenetice sunt considerate a fi una dintre cele mai importante descoperiri din biologia moleculară, deoarece au permis înțelegerea relației dintre fundalul genetic și factorii de mediu.

Epigeneticaeste o ramură a științei care studiază modificările expresiei genelor care nu rezultă din modificările secvenței dintr-o catenă de ADN. Astfel de modificări sunt numite epigenetice și sunt un tip de markeri moleculari care sunt adăugați la catenele ADN de către enzime adecvate, de exemplu, metiltransferaze.

Prin intermediul modificărilor epigenetice, organismul poate controla cursul multor procese biologice cheie, cum ar fi dezvoltarea țesuturilor și organelor individuale în uter.

Termenul „epigenetică” a fost folosit pentru prima dată de Waddington în 1942. Prefixul „epi-” provine din cuvântul grecesc „de mai sus”, care tradus vag înseamnă ceva care este deasupra geneticii clasice.

Epigenetică - ce sunt modificările epigenetice?

Markerii moleculari adăugați la o catenă de ADN în timpul modificărilor epigenetice pot determina dacă o genă este sau nu exprimată, acționând ca „comutatoare” moleculare și „comutatoare” care reglează expresia anumitor gene.

Cel mai important, aceste tipuri de modificări nu schimbă structura catenei de ADN, adică nu sunt un tip de mutație genetică ireversibilă, ci ceva care suferă modificări dinamice sub influența factorilor de mediu.

În plus, markeri moleculari corespunzători sunt adăugați sau îndepărtați după fiecare diviziune celulară și duplicare a catenei de ADN.

Prin urmare, fiecare celulă are propriul model caracteristic de markeri moleculari, care determină profilul său specific de expresie a genelor. Colecția de astfel de markeri moleculari esteepigenom .

Cea mai cunoscută modificare epigenetică estemetilarea ADN-ului , care implicăatașarea unei grupări metil la citozină (un compus de bază care face parte din ADN).

Modificarea epigenetică inversă a metilării estedemetilarea , care constă în îndepărtarea grupării metil din citozină.

Epigenetică - tipuri de modificări epigenetice

Modificările epigenetice pot afecta direct catena ADN:

  • Metilarea ADN-ului, adică unirea grupărilor metil la citozină prin intermediul ADN-metiltransferazelor
  • Demetilarea ADN-ului, adică separarea grupărilor citozin-metil prin intermediul ADN-demetilazelor
  • În plus, modificările epigenetice sunt făcute din proteine ​​pe care ADN-ul nu este înfășurat, adică histone:
  • metilarea reziduurilor de lizină și arginină ale histonelor cu histon-metiltransferaze
  • demetilarea reziduurilor de lizină și arginină ale histonelor cu histon demetilaze
  • acetilarea reziduurilor de histonă lizină cu histon acetiltransferaze
  • deacetilarea reziduurilor de histonă lizină de către histon deacetilază
  • fosforilarea reziduurilor de histonă serină de către kinaze
  • ubiquitinarea reziduurilor de histonă lizină prin atașarea proteinei ubiquitină la histone folosind enzimele E1, E2 și E3
  • ribozilarea reziduurilor de histon glutamină și arginină care implică atașarea nucleotidelor ADP-riboză folosind polimerază și transferază

Modificări epigenetice atipice sunt așa-numitele molecule de ARN necodante, de exemplu microARN (miARN). Sunt molecule scurte de ARN monocatenar (compuși asemănător ADN-ului) care pot regla expresia genelor prin blocarea formării proteinelor.

Epigenetica - rolul modificărilor epigenetice

  • expresie genetică îmbunătățită
  • tăcere expresia genei
  • controlul diferențierii celulare în organism
  • dezvoltare embrionară
  • reglarea gradului de condensare a cromatinei, de exemplu, inactivarea cromozomului X, datorită căreia doar o copie a genelor legate de sex este activă la femei.

Un exemplu interesant al rolului modificărilor epigenetice în dezvoltarea animalelor sunt albinele. La aceste insecte, matca este mama tuturor albinelor dintr-un singur stup, cu consecința că toate au aceeași secvență de ADN.

Cu toate acestea, un stup este locuit de insecte care arată și se comportă într-un mod diferit. Muncitoarele sunt mai mici decât regina și au un temperament blând, în timp ce soldații sunt mai mari și agresivi.

Aceste diferențe sunt cauzate de modificări epigenetice care determină aspectul și comportamentul albinelor adaptate la rolul pe care îl joacă în comunitatea de stupi.

Un mecanism similar este observat în timpul dezvoltăriianimalele fetale, atunci când tăcerea și îmbunătățirea expresiei unor gene specifice afectează soarta unei anumite celule stem, fie că va fi o celulă nervoasă a creierului sau o celulă epitelială a stomacului.

Epigenetică - dietă

Modificările epigenetice apar în timpul vieții fetale și pot suferi apoi modificări dinamice de-a lungul vieții sub influența factorilor de mediu.

Unul dintre cei mai importanți factori care influențează forma epigenomului este alimentele și substanțele sale bioactive.

Influența dietei asupra modificării epigenetice a fost confirmată în multe studii preclinice și clinice.

Există cel puțin două mecanisme prin care dieta poate afecta modificarea epigenetică, în principal procesul de metilare:

  • prin modificarea disponibilității donatorilor de metil, cum ar fi S-adenosilmetionina (SAM), care este sintetizată în ciclul metioninei din mai mulți precursori prezenți în alimente, inclusiv metionina, colina și derivatul său betaină, acid folic și vitaminele B2, B6 și B12. Prin urmare, disponibilitatea redusă a acestor compuși poate duce la reducerea sintezei SAM și la perturbări în procesul de metilare
  • prin modularea activității enzimelor legate de procesul de metilare (de exemplu, DNMT metiltransferaza) prin consumul de polifenoli conținuți în fructe, legume și condimente. Exemple de astfel de compuși sunt resveratrolul în vinul roșu, galatul de epigalocatechină (EGCG) în ceaiul verde, curcumina în rizomul de turmeric, genisteina în boabe de soia, sulforafanul în broccoli, quercetina în citrice și hrișca

Influența dietei asupra epigenomului in uter a fost documentată de celebrul experiment pe șoareci de laborator „agouti”, care se caracterizează printr-o culoare galbenă a blanii și o predispoziție la obezitate, diabet și cancer.

Culoarea galbenă a blănii la acești șoareci este un fel de indicator al metilării insuficiente a genelor.

În experiment, șoareci „agouti” gestanti au fost hrăniți cu alimente cu un conținut ridicat de donatori de metil, printre altele. acid folic și colină.

Spre surprinderea oamenilor de știință, descendenții acestor șoareci nu semănau cu părinții lor. Prima trăsătură remarcabilă a fost schimbarea culorii blanii în maro, dar cel mai surprinzător lucru a fost că șoarecii și-au pierdut predispoziția la bolile de care sufereau părinții lor.

După cum sa dovedit, a fost o consecință a unei diete modificate și a restabilirii metilării corecte a ADN-ului.

Aceste observații susțin faptul că epigenomul poate fi modificat prin dietă și poate avea consecințe de amploare asupra sănătății.

În ultimulde-a lungul anilor, a fost demonstrat și un rol semnificativ al microbiotei intestinale în procesul de modificare epigenetică.

Microorganismele intestinale produc diverse substanțe bioactive, de exemplu acizi grași cu lanț scurt, iar cantitatea acestora depinde de compoziția microbiotă a speciilor și de calitatea dietei.

O cantitate mare de produse prebiotice în dietă, cum ar fi fibrele alimentare solubile, de exemplu amidonul rezistent, crește concentrația de acizi grași cu lanț scurt, care afectează pozitiv epigenomul celulelor epiteliale intestinale.

Epigenetică - polimorfisme ale genei MTHFR

Eficiența modificărilor epigenetice poate fi influențată și de polimorfisme genetice, adică mici modificări ale genomului, a căror consecință este prezența diferitelor variante de gene în populația umană.

Una dintre consecințele polimorfismelor genetice este, printre altele. răspunsul diferit al fiecăruia la nutrienți.

Se estimează că 15-30% dintre oameni pot avea o nevoie crescută de donatori de metil (în special acid folic) din cauza polimorfismelor nefavorabile ale genei MTHFR, care codifică enzima metilentetrahidrofolat reductază.

Această enzimă este responsabilă pentru transformarea acidului folic în forma sa activă.

Persoanele cu o variantă nefavorabilă a polimorfismului genei MTHFR au conversie afectată a formei inactive a acidului folic în forma sa activă 5-metiltetrahidrofolat (5-MTHF), prin urmare au o nevoie crescută de donatori de metil.

Și deși studiile nu au confirmat fără echivoc că astfel de persoane ar putea avea metilarea redusă a catenei de ADN, în cazul lor merită să acordați atenție unui aport adecvat în dietă sau suplimentarea suplimentară a donatorilor de metil, cum ar fi acidul folic sau colina. .

Epigenetică - stres

Excesul de hormoni de stres, incl. cortizolul poate afecta modificările epigenetice ale sistemului nervos și poate crește riscul de tulburări psihice.

S-a documentat că persoanele care suferă de tulburări de anxietate, tulburare de stres post-traumatic, tulburare de stres post-traumatic și depresie au un profil de modificare epigenetică caracteristic (în principal scăderea metilării ADN-ului).

Se crede că aceștia dezvoltă un astfel de epigenom ca urmare a experiențelor traumatice din copilărie și/sau a situațiilor stresante cronice.

Acest profil epigenetic se menține în ei de-a lungul vieții și este probabil transmis copiilor și nepoților (cunoscut sub numele de moștenire extragenă).

Epigenetică - impact asupra sănătății

Erorile în timpul modificărilor epigenetice, cum ar fi reducerea la tăcere a expresiei unei gene greșite, pot avea consecințe grave în funcționareaorganismul, de exemplu, provoacă cancer.

În plus, din ce în ce mai multe studii indică faptul că modificările epigenetice, pe lângă participarea la procesele fiziologice, pot participa la dezvoltarea unor boli precum:

  • autism
  • schizofrenie
  • depresie
  • boli cardiovasculare
  • boli neurodegenerative
  • boli autoimune
  • alergii

Se caută în mod special relația dintre modificările epigenetice, alimentație și riscul anumitor boli.

S-a demonstrat că în uter apar modificări epigenetice semnificative, care pot avea implicații la vârsta adultă.

Prin urmare, ceea ce mănâncă mama în timpul sarcinii poate crește riscul anumitor boli și chiar poate afecta generația următoare.

S-a dovedit că copiii mamelor care au fost însărcinate în timpul iernii foametei din Olanda din 1944-1945 au avut un risc crescut de boli cardiovasculare, obezitate și schizofrenie în comparație cu copiii mamelor care nu au murit de foame.

La copiii mamelor care sufereau de foame s-a constatat, printre altele, metilarea redusă a genei care codifică factorul de creștere asemănător insulinei 2 (IGF2).

Merită știut

Progresele epigeneticii sunt în prezent subiectul unor cercetări intense în știința nutriției. Există chiar și o nouă disciplină care se ocupă de influența nutrienților asupra expresiei genelor, și anumenutrigenomics

Despre autorKarolina Karabin, MD, PhD, biolog molecular, diagnostician de laborator, Cambridge Diagnostics PolskaBiolog de profesie, specializat in microbiologie, si diagnostician de laborator cu peste 10 ani de experienta in munca de laborator. Absolvent al Colegiului de Medicină Moleculară și membru al Societății Poloneze de Genetică Umană, șef de granturi de cercetare la Laboratorul de Diagnostică Moleculară din cadrul Departamentului de Hematologie, Oncologie și Boli Interne al Universității de Medicină din Varșovia. A susținut titlul de doctor în științe medicale în domeniul biologiei medicale la Facultatea I de Medicină a Universității de Medicină din Varșovia. Autor al multor lucrări științifice și populare în domeniul diagnosticului de laborator, al biologiei moleculare și al nutriției. Zilnic, în calitate de specialist în domeniul diagnosticului de laborator, conduce departamentul de conținut la Cambridge Diagnostics Polska și cooperează cu o echipă de nutriționiști de la CD Dietary Clinic. Împărtășește cunoștințele sale practice despre diagnosticarea și terapia dietetică a bolilor cu specialiștii la conferințe, sesiuni de formare și în reviste și site-uri web. Este deosebit de interesată de influența stilului de viață modern asupra proceselor moleculare din organism.

Citiți alte articole ale acestui autor

Categorie:

Boli genetice