PATIKRINTAS TURINYSAutorius: Karolina Karabin, medicinos mokslų daktarė, molekulinė biologė, laboratorijos diagnostė, mitybos ir gyvenimo būdo konsultantė

Ar dieta gali pakeisti mūsų genus? Ar mūsų vaikystės traumos gali turėti įtakos mūsų vaikams ir anūkams? Atsakymus į šiuos klausimus gali pateikti epigenetika, tai yra mokslas, tiriantis vadinamuosius. epigenetinės modifikacijos. Šiuo metu epigenetinės modifikacijos laikomos vienu iš svarbiausių molekulinės biologijos atradimų, nes jos leido suprasti ryšį tarp genetinio fono ir aplinkos veiksnių.

Epigenetikayra mokslo šaka, tirianti genų ekspresijos pokyčius, kurie neatsiranda dėl sekos modifikacijų DNR grandinėje. Tokios modifikacijos vadinamos epigenetinėmis ir yra tam tikros rūšies molekuliniai žymenys, kurie pridedami prie DNR grandžių atitinkamų fermentų, pvz., metiltransferazės, dėka.

Epigenetinių modifikacijų pagalba kūnas gali kontroliuoti daugelio pagrindinių biologinių procesų eigą, pavyzdžiui, atskirų audinių ir organų vystymąsi gimdoje.

Terminą „epigenetika“ pirmą kartą pavartojo Waddington 1942 m. Priešdėlis „epi-“ kilęs iš graikų kalbos žodžio „aukščiau“, kuris laisvai išvertus reiškia kažką, kas viršija klasikinę genetiką.

Epigenetika – kas yra epigenetinės modifikacijos?

Molekuliniai žymenys, pridėti prie DNR grandinės epigenetinių modifikacijų metu, gali nustatyti, ar genas yra išreikštas, 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 negrįžtamas genetinės mutacijos tipas, o kažkas, kas vyksta dinamiškai, veikiant aplinkos veiksniams.

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 lemia jos specifinį genų ekspresijos profilį. Tokių molekulinių žymenų rinkinys yraepigenomas .

Geriausiai žinoma epigenetinė modifikacija yraDNR metilinimas , kuris apimametilo grupės prijungimas prie citozino (bazinio junginio, kuris yra DNR dalis).

Atvirkštinė epigenetinė metilinimo modifikacija yrademetilinimas , kurią sudaro metilo grupės pašalinimas iš citozino.

Epigenetika – epigenetinių modifikacijų tipai

Epigenetinės modifikacijos gali tiesiogiai paveikti DNR grandinę:

  • DNR metilinimas, ty metilo grupių sujungimas su citozinu DNR metiltransferazėmis
  • DNR demetilinimas, t.y. citozino metilo grupių atskyrimas naudojant DNR demetilazes
  • Be to, epigenetinės modifikacijos yra pagamintos iš b altymų, ant kurių nėra suvyniota DNR, t. y. histonų:
  • histonų lizino ir arginino liekanų metilinimas histono metiltransferazėmis
  • histonų lizino ir arginino liekanų demetilinimas histonų demetilazėmis
  • histono lizino liekanų acetilinimas histono acetiltransferazėmis
  • histono lizino liekanų deacetilinimas histono deacetilaze
  • histono serino likučių fosforilinimas kinazėmis
  • histono lizino liekanų ubikvitinacija prijungiant ubikvitino b altymą prie histonų naudojant fermentus E1, E2 ir E3
  • histono glutamino ir arginino liekanų ribozilinimas, susijęs su ADP-ribozės nukleotidų prijungimu naudojant polimerazę ir transferazę

Netipinės epigenetinės modifikacijos yra vadinamosios nekoduojančios RNR molekulės, pvz., mikroRNR (miRNR). Tai trumpos, vienagrandės RNR molekulės (į DNR panašūs junginiai), kurios gali reguliuoti genų ekspresiją blokuodamos b altymų susidarymą.

Epigenetika – epigenetinių modifikacijų vaidmuo

  • patobulinta genų ekspresija
  • genų ekspresijos nutildymas
  • ląstelių diferenciacijos kontrolė organizme
  • embriono vystymasis
  • chromatino kondensacijos laipsnio reguliavimas, pvz., X chromosomos inaktyvavimas, dėl kurio moterims veikia tik viena su lytimi susijusių genų kopija.

Įdomus epigenetinių modifikacijų vaidmens gyvūnų vystymuisi pavyzdys yra bitės. Šių vabzdžių motinėlė yra visų viename avilyje esančių bičių motina, todėl jų visų DNR seka yra tokia pati.

Nepaisant to, viename avilyje gyvena vabzdžiai, kurie atrodo ir elgiasi kitaip. Darbuotojai yra mažesni už karalienę ir švelnaus charakterio, o kariai yra didesni ir agresyvūs.

Šiuos skirtumus sukelia epigenetinės modifikacijos, lemiančios bičių išvaizdą ir elgesį, pritaikytą prie vaidmens, kurį jos atlieka avilio bendruomenėje.

Panašus mechanizmas stebimas kuriantvaisiaus gyvūnams, kai nutildymas ir specifinių genų raiškos sustiprinimas turi įtakos tam tikros kamieninės ląstelės likimui, nesvarbu, ar tai bus smegenų nervinė ląstelė, ar skrandžio epitelio ląstelė.

Epigenetika – dieta

Epigenetinės modifikacijos įvyksta vaisiaus gyvenimo metu, o vėliau, veikiant aplinkos veiksniams, per visą gyvenimą gali vykti dinamiški pokyčiai.

Vienas iš svarbiausių veiksnių, turinčių įtakos epigenomo formai, yra maistas ir jo bioaktyvios medžiagos.

Mitybos įtaka epigenetinei modifikacijai buvo patvirtinta daugeliu ikiklinikinių ir klinikinių tyrimų.

Yra mažiausiai du mechanizmai, kuriais dieta gali turėti įtakos epigenetinei modifikacijai, daugiausia metilinimo procesui:

  • pakeitus metilo donorų, tokių kaip S-adenozilmetioninas (SAM), kuris sintetinamas metionino cikle iš kelių maiste esančių pirmtakų, įskaitant metioniną, choliną ir jo darinį betainą, folio rūgštį ir vitaminus B2, prieinamumą, B6 ir B12. Todėl dėl sumažėjusio šių junginių prieinamumo gali sumažėti SAM sintezė ir sutrikti metilinimo procesas
  • moduliuodamas 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 sojos pupelėse, sulforafanas brokoliuose, kvercetinas citrusiniuose vaisiuose ir grikiuose

Dietos įtaka epigenomui gimdoje buvo užfiksuota garsiuoju eksperimentu su "agouti" laboratorinėmis pelėmis, kurioms būdinga geltona kailio spalva ir polinkis į nutukimą, diabetą ir vėžį.

Geltona šių pelių kailio spalva yra tam tikras nepakankamo genų metilinimo rodiklis.

Eksperimento metu nėščios „agouti“ pelės buvo šeriamos maistu, kuriame, be kita ko, buvo daug metilo donorų. folio rūgštis ir cholinas.

Mokslininkų nuostabai, šių pelių palikuonys nebuvo panašūs į savo tėvus. Pirmas pastebimas bruožas buvo kailio spalvos pasikeitimas į rudą, bet labiausiai nustebino tai, kad pelės prarado polinkį sirgti ligomis, kuriomis sirgo jų tėvai.

Kaip paaiškėjo, tai buvo modifikuotos dietos ir tinkamo DNR metilinimo atkūrimo pasekmė.

Šie stebėjimai patvirtina faktą, kad epigenomas gali būti pakeistas laikantis dietos ir gali turėti didelių pasekmių sveikatai.

Paskutinėjebėgant metams 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 rūšinės mikrobiotos sudėties ir mitybos kokybės.

Didelis prebiotinių produktų kiekis maiste, pavyzdžiui, tirpios maistinės skaidulos, pvz., atsparus krakmolas, padidina trumpos grandinės riebalų rūgščių koncentraciją, kurios teigiamai veikia žarnyno epitelio ląstelių epigenomą.

Epigenetika – MTHFR genų polimorfizmai

Epigenetinių modifikacijų efektyvumui įtakos gali turėti ir genetiniai polimorfizmai, t. y. nedideli genomo pokyčiai, kurių pasekmė – skirtingų genų variantų buvimas žmonių populiacijoje.

Viena iš genetinių polimorfizmų pasekmių yra, be kita ko. kiekvieno atsakas į maistines medžiagas yra skirtingas.

Apskaičiuota, kad 15-30% žmonių gali padidėti metilo donorų (ypač folio rūgšties) poreikis dėl nepalankių MTHFR geno, koduojančio fermentą metilentetrahidrofolato reduktazę, polimorfizmų

Šis fermentas yra atsakingas už folio rūgšties pavertimą aktyvia forma.

Žmonėms, turintiems nepalankų MTHFR geno polimorfizmo variantą, neaktyvi folio rūgšties forma paverčiama aktyvia 5-metiltetrahidrofolato (5-MTHF) forma, todėl jiems reikia daugiau metilo donorų.

Ir nors tyrimai vienareikšmiškai nepatvirtino, kad tokiems žmonėms gali būti sumažėjęs DNR grandinės metilinimas, jų atveju verta atkreipti dėmesį į tinkamą mitybą arba papildomus metilo donorų, tokių kaip folio rūgštis ar cholinas, papildymą.

Epigenetika – stresas

Streso hormonų perteklius, įskaitant. kortizolis gali paveikti epigenetinius nervų sistemos pokyčius ir padidinti psichikos sutrikimų riziką.

Buvo dokumentuota, kad žmonėms, kenčiantiems nuo nerimo sutrikimų, potrauminio streso sutrikimo, potrauminio streso sutrikimo ir depresijos, būdingas epigenetinės modifikacijos profilis (daugiausia sumažėjęs DNR metilinimas).

Manoma, kad jiems toks epigenomas išsivysto dėl vaikystės trauminės patirties ir (arba) lėtinių stresinių situacijų.

Šis epigenetinis profilis išlaikomas juose visą gyvenimą ir tikriausiai perduodamas vaikams ir anūkams (žinomas kaip ekstrageninis paveldėjimas).

Epigenetika – poveikis sveikatai

Epigenetinių modifikacijų metu padarytos klaidos, tokios kaip netinkamo geno ekspresijos nutildymas, gali turėti rimtų pasekmiųorganizmas, pvz., sukelti vėžį.

Be to, vis daugiau tyrimų rodo, kad epigenetinės modifikacijos, be dalyvavimo fiziologiniuose procesuose, gali prisidėti prie tokių ligų išsivystymo kaip:

  • autizmas
  • šizofrenija
  • depresija
  • širdies ir kraujagyslių ligos
  • neurodegeneracinės ligos
  • autoimuninės ligos
  • alergijos

Ypatingai ieškomas ryšys tarp epigenetinių modifikacijų, mitybos ir tam tikrų ligų rizikos.

Buvo įrodyta, kad gimdoje atsiranda reikšmingų epigenetinių pakitimų, kurie gali turėti įtakos suaugus.

Todėl tai, ką mama valgo nėštumo metu, gali padidinti tam tikrų ligų riziką ir netgi paveikti kitą kartą.

Įrodyta, kad 1944–1945 m. Nyderlanduose badaujančios žiemos metu nėščių motinų vaikai turėjo didesnę širdies ir kraujagyslių ligų, nutukimo ir šizofrenijos riziką, palyginti su nebadavusių motinų vaikais.

Alkanų motinų vaikams buvo nustatyta, be kita ko, sumažėjęs į insuliną panašų augimo faktorių 2 (IGF2) koduojančio geno metilinimas.

Verta žinoti

Epigenetikos pažanga šiuo metu yra intensyvių mitybos mokslo tyrimų objektas. Yra net nauja disciplina, susijusi su maistinių medžiagų įtaka genų ekspresijai, t. y.nutrigenomika .

Apie autoriųKarolina Karabin, medicinos mokslų daktarė, molekulinė biologė, laboratorijos diagnostė, Cambridge Diagnostics PolskaPagal profesiją biologas, specializuojasi mikrobiologijoje ir laboratorinis diagnostikas, turintis daugiau nei 10 metų laboratorinio darbo patirtį. Molekulinės medicinos koledžo absolventas ir Lenkijos žmogaus genetikos draugijos narys. Mokslinių tyrimų stipendijų vadovas Varšuvos medicinos universiteto Hematologijos, onkologijos ir vidaus ligų katedros Molekulinės diagnostikos laboratorijoje. Varšuvos medicinos universiteto 1-ajame medicinos fakultete apgynė medicinos biologijos krypties medicinos mokslų daktarės vardą. Daugelio mokslinių ir populiarių mokslo darbų laboratorinės diagnostikos, molekulinės biologijos ir mitybos srityse autorius. Kasdien, kaip laboratorinės diagnostikos srities specialistas, jis vadovauja Cambridge Diagnostics Polska turinio skyriui ir bendradarbiauja su CD Dietary Clinic dietologų komanda. Praktinėmis žiniomis apie ligų diagnostiką ir dietoterapiją jis dalijasi su specialistais konferencijose, mokymuose, žurnaluose ir interneto svetainėse. Ją ypač domina šiuolaikinio gyvenimo būdo įtaka molekuliniams procesams organizme.

Skaitykite kitus šio autoriaus straipsnius

Kategorija:

Genetinės ligos