ПРОВЕРЕНИ САДРЖАЈАутор: др Каролина Карабин, молекуларни биолог, лабораторијски дијагностичар, консултант за исхрану и животни стил

Може ли дијета променити наше гене? Да ли наше трауме из детињства могу утицати на нашу децу и унуке? Одговоре на ова питања може дати епигенетика, односно наука која проучава тзв. епигенетске модификације. Тренутно се епигенетске модификације сматрају једним од најважнијих открића у молекуларној биологији, јер су омогућиле разумевање односа између генетске позадине и фактора животне средине.

Епигенетикаје грана науке која проучава промене у експресији гена које нису резултат модификација секвенце у ланцу ДНК. Такве модификације се називају епигенетске и оне су врста молекуларних маркера који се додају ланцима ДНК одговарајућим ензимима, на пример, метилтрансферазама.

Помоћу епигенетских модификација, тело може да контролише ток многих кључних биолошких процеса, као што је развој појединачних ткива и органа у материци.

Термин "епигенетика" је први употребио Ваддингтон 1942. године. Префикс „епи-“ потиче од грчке речи „горе“, што у слободном преводу значи нешто што је изнад класичне генетике.

Епигенетика - шта су епигенетичке модификације?

Молекуларни маркери додати ланцу ДНК током епигенетских модификација могу одредити да ли је ген експримиран или не, делујући као молекуларни "прекидачи" и "прекидачи" који регулишу експресију одређених гена.

Што је најважније, ови типови модификација не мењају структуру ланца ДНК, односно нису врста генетске мутације која је неповратна, већ нешто што пролази кроз динамичке промене под утицајем фактора средине.

Поред тога, одговарајући молекуларни маркери се додају или уклањају након сваке ћелијске деобе и дупликације ДНК ланца.

Дакле, свака ћелија има свој карактеристичан образац молекуларних маркера, који одређује њен специфични профил експресије гена. Колекција таквих молекуларних маркера јеепигеном .

Најпознатија епигенетска модификација јеДНК метилација , која укључујевезивање метил групе за цитозин (базно једињење које је део ДНК).

Реверзна епигенетска модификација метилације једеметилација , која се састоји у уклањању метил групе из цитозина.

Епигенетика - врсте епигенетских модификација

Епигенетске модификације могу директно утицати на ДНК ланац:

  • ДНК метилација, тј. спајање метил група са цитозином помоћу ДНК метилтрансфераза
  • ДНК деметилација, тј. раздвајање цитозин метил група помоћу ДНК деметилаза
  • Поред тога, епигенетске модификације су направљене од протеина на којима ништа ДНК није намотано, тј. хистона:
  • метилација лизина и аргининских остатака хистона са хистон метилтрансферазама
  • деметилација лизина и аргининских остатака хистона са хистон деметилазама
  • ацетилација хистонских лизинских остатака са хистон ацетилтрансферазама
  • деацетилација хистонских лизинских остатака помоћу хистон деацетилазе
  • фосфорилација хистонских серинских остатака киназама
  • убиквитинација хистонских лизинских остатака везивањем протеина убиквитина на хистоне помоћу ензима Е1, Е2 и Е3
  • рибозилација остатака хистон глутамина и аргинина која укључује везивање нуклеотида АДП-рибозе помоћу полимеразе и трансферазе

Атипичне епигенетске модификације су тзв некодирајући РНК молекули, нпр. микроРНК (миРНА). Они су кратки, једноланчани РНК молекули (једињења слична ДНК) који могу регулисати експресију гена блокирањем формирања протеина.

Епигенетика - улога епигенетских модификација

  • побољшана експресија гена
  • утишавање експресије гена
  • контрола диференцијације ћелија у телу
  • ембрионални развој
  • регулација степена кондензације хроматина, нпр. инактивација Кс хромозома, захваљујући којој је само једна копија сполно везаних гена активна код жена.

Занимљив пример улоге епигенетских модификација у развоју животиња су пчеле. Код ових инсеката, матица је мајка свих пчела у једној кошници, са последицом да све имају исти ДНК секвенцу.

Ипак, једну кошницу насељавају инсекти који изгледају и понашају се на другачији начин. Радници су мањи од краљице и благе нарав, док су војници крупнији и агресивнији.

Ове разлике су узроковане епигенетским модификацијама које одређују изглед и понашање пчела прилагођених улози коју играју у заједници кошница.

Сличан механизам се примећује током развојафеталне животиње, када утишавање и појачавање експресије специфичних гена утиче на судбину дате матичне ћелије, било да ће то бити нервна ћелија мозга или епителна ћелија желуца.

Епигенетика - дијета

Епигенетске модификације се дешавају током феталног живота, а затим се могу подвргнути динамичким променама током живота под утицајем фактора средине.

Један од најважнијих фактора који утичу на облик епигенома је храна и њене биоактивне супстанце.

Утицај исхране на епигенетску модификацију је потврђен у многим претклиничким и клиничким студијама.

Постоје најмање два механизма помоћу којих дијета може утицати на епигенетску модификацију, углавном на процес метилације:

  • променом доступности донатора метила као што је С-аденозилметионин (САМ), који се синтетише у циклусу метионина из неколико прекурсора присутних у храни, укључујући метионин, холин и његов дериват бетаин, фолну киселину и витамине Б2, Б6 и Б12. Стога, смањена доступност ових једињења може довести до смањене синтезе САМ-а и поремећаја у процесу метилације
  • модулацијом активности ензима повезаних са процесом метилације (нпр. ДНМТ метилтрансфераза) кроз потрошњу полифенола садржаних у воћу, поврћу и зачинима. Примери таквих једињења су ресвератрол у црвеном вину, епигалокатехин галат (ЕГЦГ) у зеленом чају, куркумин у ризому куркуме, генистеин у соји, сулфорафан у броколију, кверцетин у цитрусном воћу и хељди

Утицај исхране на епигеном ин утеро документован је чувеним експериментом на "агоути" лабораторијским мишевима, који се одликују жутом бојом длаке и предиспозицијом за гојазност, дијабетес и рак.

Жута боја крзна код ових мишева је врста индикатора недовољне метилације гена.

У експерименту, трудни "агоути" мишеви су храњени храном са високим садржајем донора метила, између осталих. фолна киселина и холин.

На изненађење научника, потомци ових мишева нису личили на своје родитеље. Прва уочљива особина била је промена боје длаке у смеђу, али је највише изненађујуће било то што су мишеви изгубили предиспозицију за болести од којих су боловали њихови родитељи.

Како се испоставило, то је била последица модификоване исхране и обнављања одговарајуће ДНК метилације.

Ова запажања подржавају чињеницу да се епигеном може променити исхраном и може имати далекосежне здравствене последице.

У последњемтоком година, значајна улога цревне микробиоте у процесу епигенетске модификације такође је показана.

Цревни микроорганизми производе различите биоактивне супстанце, нпр. кратколанчане масне киселине, а њихова количина зависи од састава врста микробиоте и квалитета исхране.

Висока количина пребиотичких производа у исхрани, као што су растворљива дијетална влакна, на пример отпорни скроб, повећава концентрацију кратколанчаних масних киселина, које позитивно утичу на епигеном цревних епителних ћелија.

Епигенетика - полиморфизми гена МТХФР

На ефикасност епигенетских модификација могу утицати и генетски полиморфизми, односно мале промене у геному, чија је последица присуство различитих варијанти гена у људској популацији.

Једна од последица генетских полиморфизама је, између осталог. свачији различити одговор на хранљиве материје.

Процењује се да 15-30% људи може имати повећану потребу за донаторима метила (посебно фолном киселином) због неповољног полиморфизма МТХФР гена, који кодира ензим метилентетрахидрофолат редуктазу.

Овај ензим је одговоран за претварање фолне киселине у њен активни облик.

Људи са неповољном варијантом полиморфизма гена МТХФР имају поремећену конверзију неактивног облика фолне киселине у њен активни облик 5-метилтетрахидрофолат (5-МТХФ), стога имају повећану потребу за донаторима метила.

И иако студије нису недвосмислено потврдиле да такви људи можда имају смањену метилацију ДНК ланца, у њиховом случају вреди обратити пажњу на адекватну исхрану или додатну суплементацију донатора метила, као што су фолна киселина или холин

Епигенетика - стрес

Вишак хормона стреса, укљ. кортизол може утицати на епигенетске модификације у нервном систему и повећати ризик од психијатријских поремећаја.

Документовано је да људи који пате од анксиозних поремећаја, посттрауматског стресног поремећаја, пост-трауматског стресног поремећаја и депресије имају карактеристичан профил епигенетске модификације (углавном смањену метилацију ДНК).

Верује се да развијају такав епигеном као резултат трауматских искустава из детињства и/или хроничних стресних ситуација.

Овај епигенетски профил се одржава у њима током њиховог живота и вероватно се преноси на децу и унуке (познато као екстрагенско наслеђе).

Епигенетика - утицај на здравље

Грешке током епигенетских модификација, као што је утишавање експресије погрешног гена, могу имати озбиљне последице у функционисањуорганизам, нпр. изазива рак.

Поред тога, све више студија указује на то да епигенетске модификације, поред учешћа у физиолошким процесима, могу да учествују у развоју болести као што су:

  • аутизам
  • шизофренија
  • депресија
  • кардиоваскуларне болести
  • неуродегенеративне болести
  • аутоимуне болести
  • алергије

Посебно се тражи веза између епигенетских модификација, исхране и ризика од одређених болести.

Показало се да се значајне епигенетске модификације дешавају у материци, што може имати импликације у одраслом добу.

Стога, оно што мајка једе током трудноће може повећати ризик од одређених болести, па чак и утицати на следећу генерацију.

Доказано је да су деца мајки које су биле трудне током зиме глади у Холандији 1944-1945 имала повећан ризик од кардиоваскуларних болести, гојазности и шизофреније у поређењу са децом мајки које нису гладовале.

Код деце мајки које пате од глади нађено је, између осталог, смањена метилација гена који кодира фактор раста 2 сличан инсулину (ИГФ2).

Вреди знати

Напредак епигенетике је тренутно предмет интензивног истраживања у науци о исхрани. Постоји чак и нова дисциплина која се бави утицајем хранљивих материја на експресију гена, тј.нутригеномика .

О ауторудр Каролина Карабин, молекуларни биолог, лабораторијски дијагностичар, Цамбридге Диагностицс ПолскаПо струци биолог, специјализант микробиологије, и лабораторијски дијагностичар са преко 10 година искуства у лабораторијском раду. Дипломирао је на Колеџу за молекуларну медицину и члан Пољског друштва за хуману генетику. Шеф истраживачких грантова у Лабораторији за молекуларну дијагностику на Одсеку за хематологију, онкологију и унутрашње болести Медицинског универзитета у Варшави. Одбранила је звање доктора медицинских наука из области медицинске биологије на 1. Медицинском факултету Медицинског универзитета у Варшави. Аутор многих научних и научнопопуларних радова из области лабораторијске дијагностике, молекуларне биологије и исхране. Свакодневно, као специјалиста из области лабораторијске дијагностике, води одељење садржаја у Цамбридге Диагностицс Полска и сарађује са тимом нутрициониста на ЦД Диетари Цлиниц. Своја практична знања о дијагностици и дијеталној терапији болести дели са специјалистима на конференцијама, тренинзима, у часописима и веб страницама. Посебно је заинтересована за утицај савременог начина живота на молекуларне процесе у телу.

Прочитајте друге чланке овог аутора

Категорија:

Генетске болести