Epigenetikk - arvshemmeligheter. Epigenetikk og kreft, diett og autisme

Kan kosthold endre våre gener? Kan barndomstraumene våre påvirke våre barn og barnebarn? Svar på disse spørsmålene kan leveres av epigenetikk, dvs. vitenskapen som studerer den såkalte epigenetiske modifikasjoner. For tiden anses epigenetiske modifikasjoner å være en av de viktigste oppdagelsene i molekylærbiologi, ettersom de tillot forståelse av forholdet mellom genetisk bakgrunn og miljøfaktorer.

Innholdsfortegnelse:

1. Epigenetikk - hva er epigenetiske modifikasjoner?
2. Epigenetikk - typer epigenetiske modifikasjoner
3. Epigenetikk - rollen til epigenetiske modifikasjoner
4. Epigenetikk - diett
5. Epigenetikk - MTHFR-genpolymorfier
6. Epigenetikk - stress
7. Epigenetikk - innvirkning på helsen

Epigenetikk er en gren av vitenskapen som studerer endringer i genuttrykk som ikke skyldes sekvensmodifikasjoner i DNA-strengen. Slike modifikasjoner kalles epigenetiske modifikasjoner, og de er en type molekylære markører som blir tilsatt til DNA-tråder av passende enzymer, for eksempel metyltransferaser.

Ved hjelp av epigenetiske modifikasjoner kan kroppen kontrollere løpet av mange viktige biologiske prosesser, for eksempel utvikling av spesifikt vev og organer i livmoren.

Begrepet "epigenetikk" ble først brukt av Waddington i 1942. Prefikset "epi-" kommer fra det greske ordet "over", som løst oversatt betyr noe som er over klassisk genetikk.

Epigenetikk - hva er epigenetiske modifikasjoner?

Molekylære markører tilsatt til en DNA-streng under epigenetisk modifisering kan avgjøre om et gitt gen blir uttrykt eller ikke, og fungerer som molekylære "brytere" og "brytere" som regulerer ekspresjonen av bestemte gener.

Viktigst av alt, endrer ikke disse typer modifikasjoner strukturen til DNA-strengen, dvs. de er ikke en type genetisk mutasjon som er irreversibel, men noe som gjennomgår dynamiske endringer under påvirkning av miljøfaktorer.

I tillegg tilsettes eller fjernes passende molekylære markører etter hver celledeling og DNA-streng duplisering.

Derfor har hver celle sitt eget karakteristiske mønster av molekylære markører som bestemmer dens spesifikke genuttrykkelsesprofil. Samlingen av slike molekylære markører kalles epigenomet.

Den mest kjente epigenetiske modifikasjonen er DNA-metylering, som består i å feste en metylgruppe til cytosin (en basisk forbindelse som er en del av DNA).

I sin tur er den omvendte epigenetiske modifiseringen av metylering demetylering, som består i å fjerne metylgruppen fra cytosinet.

Epigenetikk - typer epigenetiske modifikasjoner

Epigenetiske modifikasjoner kan direkte påvirke DNA-strengene:

• DNA-metylering, dvs. binding av metylgrupper til cytosin ved hjelp av DNA-metyltransferaser
• DNA-demetylering, dvs. fjerning av metylgrupper fra cytosin ved hjelp av DNA-demetylaser
• I tillegg er epigenetiske modifikasjoner laget av proteiner som ingenting DNA er såret på, dvs. histoner:
• metylering av lysin og argininrester av histoner med histonmetyltransferaser
• demetylering av lysin og argininrester av histoner med histondemetylaser
• acetylering av histonlysinrester med histonacetyltransferaser
• deacetylering av histonlysinrester med histondeacetylase
• fosforylering av histonserinrester av kinaser
• ubiquitinering av histonlysinrester ved å feste ubiquitinprotein til histoner ved bruk av E1, E2 og E3 enzymer
• ribosylering av histonglutamin og argininrester som involverer feste av ADP-ribose nukleotider ved bruk av polymerase og transferase

Atypisk epigenetisk modifisering er den såkalte ikke-kodende RNA-molekyler, for eksempel microRNA (miRNA). De er korte, enkeltstrengede RNA-molekyler (DNA-lignende forbindelser) som kan regulere genuttrykk ved å blokkere dannelsen av proteiner.

Epigenetikk - rollen til epigenetiske modifikasjoner

• forbedret genuttrykk
• taushet av genuttrykk
• kontroll av celledifferensiering i kroppen
• embryonal utvikling
• regulering av graden av kromatinkondensasjon, for eksempel inaktivering av X-kromosomet, takket være at bare en kopi av kjønnsbundne gener er aktive hos kvinner.

Bier er et interessant eksempel på rollen til epigenetisk modifisering i dyreutviklingen. I disse insektene er dronningen mor til alle biene i ett bikube, med den konsekvensen at de alle har samme DNA-sekvens.

Allikevel er en bikube bebodd av insekter som ser og oppfører seg annerledes. Arbeiderne er mindre enn dronningen og har et mildt humør, mens soldatene er større og aggressive.

Disse forskjellene er forårsaket av epigenetiske modifikasjoner som bestemmer utseendet og oppførselen til bier tilpasset rollen de spiller i bikubesamfunnet.

En lignende mekanisme er observert under fosterutviklingen hos dyr, når lyding og forbedring av uttrykket av spesifikke gener påvirker skjebnen til en gitt stamcelle, det være seg en hjernens nervecelle eller en gastrisk epitelcelle.

Epigenetikk - diett

Epigenetiske modifikasjoner forekommer allerede under fostrets liv og kan deretter gjennomgå dynamiske endringer gjennom hele livet under påvirkning av miljøfaktorer.

En av de viktigste faktorene som påvirker epigenomets form er mat og dets bioaktive stoffer.

Påvirkningen av diett på epigenetiske modifikasjoner er bekreftet i mange prekliniske og kliniske studier.

Det er minst to mekanismer som kosthold kan påvirke epigenetisk modifisering, hovedsakelig metyleringsprosessen:

• ved å endre tilgjengeligheten av metyldonorer som S-adenosylmetionin (SAM), som syntetiseres i metioninsyklusen fra flere forløpere som er tilstede i mat, inkludert metionin, kolin og dets derivat betain, folsyre og vitamin B2, B6 og B12. Derfor kan redusert tilgjengelighet av disse forbindelsene resultere i redusert SAM-syntese og forstyrrelse av metyleringsprosessen
• ved å modulere aktiviteten til enzymer relatert til metyleringsprosessen (f.eks. DNMT metyltransferase) gjennom inntak av polyfenoler som finnes i frukt, grønnsaker og krydder. Eksempler på slike forbindelser er resveratrol i rødvin, epigallocatechin gallate (EGCG) i grønn te, curcumin i gurkemeie rhizom, genistein i soyabønner, sulforaphane i brokkoli, quercetin i sitrusfrukter og bokhvete

Innflytelsen fra diett på epigenom i utero ble dokumentert av det berømte eksperimentet på "agouti" laboratoriemus, som er preget av en gul pelsfarge og en predisposisjon for fedme, diabetes og kreft.

Den gule fargen på pelsen hos disse musene er en slags indikator på utilstrekkelig genmetylering.

I eksperimentet ble gravide "agouti" mus fôret med et fôr med høyt innhold av metylgivere, blant andre. folsyre og kolin.

Til forskernes overraskelse lignet ikke avkomene til disse musene foreldrene sine. Det første merkbare trekket var endringen i pelsfarge til brun, men det mest overraskende var at musene mistet sin disposisjon for sykdommer som foreldrene led av.

Som det viste seg var dette en konsekvens av et modifisert kosthold og restaurering av normal DNA-metylering.

Disse observasjonene støtter det faktum at epigenomet kan endres av kosthold og kan ha vidtrekkende helsekonsekvenser.

De siste årene har også en viktig rolle for tarmmikrobiota i epigenetisk modifiseringsprosess blitt demonstrert.

Tarmmikroorganismene produserer forskjellige bioaktive stoffer, for eksempel kortkjedede fettsyrer, og mengden avhenger av artssammensetningen til mikrobiota og diettens kvalitet.

En høy tilførsel av prebiotiske produkter i kostholdet, slik som løselig kostfiber, f.eks. Resistent stivelse, øker konsentrasjonen av kortkjedede fettsyrer, som positivt påvirker epigenomet til tarmepitelceller.

Epigenetikk - MTHFR-genpolymorfier

Effektiviteten av epigenetiske modifikasjoner kan også påvirkes av genetiske polymorfier, dvs. små endringer i genomet, hvis konsekvens er tilstedeværelsen av forskjellige genvarianter i den menneskelige befolkningen.

En av konsekvensene av genetiske polymorfier er blant andre. alles forskjellige respons på næringsstoffer.

Det anslås at 15-30% av mennesker kan ha et økt behov for metylgivere (spesielt folsyre) på grunn av ugunstige polymorfier av MTHFR-genet, som koder for enzymet metylentetrahydrofolatreduktase.

Dette enzymet er ansvarlig for å konvertere folsyre til sin aktive form.

Mennesker med en ugunstig variant av MTHFR-genpolymorfismen har svekket konvertering av den inaktive formen av folsyre til sin aktive form, 5-metyltetrahydrofolat (5-MTHF), og de har derfor et økt behov for metylgivere.

Og selv om studier ikke tydelig har bekreftet at slike mennesker kan ha redusert metylering av DNA-tråder, er det i deres tilfelle verdt å være oppmerksom på en tilstrekkelig tilførsel i dietten eller ytterligere tilskudd av metylgruppedonorer som folsyre eller kolin.

Epigenetikk - stress

Overflødige stresshormoner, blant andre Kortisol kan påvirke epigenetiske modifikasjoner i nervesystemet og øke risikoen for psykiatriske lidelser.

Det er dokumentert at personer som lider av angstlidelser, posttraumatisk stresslidelse, posttraumatisk stresslidelse og depresjon har en karakteristisk epigenetisk modifikasjonsprofil (hovedsakelig redusert DNA-metylering).

Slike epigenome antas å være formet av traumatiske opplevelser i barndommen og / eller kroniske stressende situasjoner.

Denne epigenetiske profilen opprettholdes gjennom hele livet i dem og overføres sannsynligvis til barn og barnebarn (såkalt ekstragen arv).

Epigenetikk - innvirkning på helsen

Feil under epigenetiske modifikasjoner, for eksempel å dempe ekspresjonen av feil gen, kan forårsake alvorlige konsekvenser i kroppens funksjon, for eksempel forårsake kreft.

Videre indikerer flere og flere studier at epigenetiske modifikasjoner, i tillegg til å delta i fysiologiske prosesser, kan delta i utviklingen av sykdommer som:

• autisme
• schizofreni
• depresjon
• hjerte- og karsykdommer
• nevrodegenerative sykdommer
• autoimmune sykdommer
• allergi

Forholdet mellom epigenetiske modifikasjoner, diett og risikoen for spesifikke sykdommer er spesielt ettertraktet.

Det er vist at betydelige epigenetiske modifikasjoner forekommer i utero, noe som kan ha implikasjoner i voksen alder.

Derfor kan det mor spiser under graviditet øke risikoen for visse sykdommer og til og med påvirke neste generasjon.

Det er bevist at barn av mødre som var gravide i løpet av den sultne vinteren i Nederland i 1944-1945 hadde økt risiko for hjerte- og karsykdommer, fedme og schizofreni sammenlignet med barn til mødre som ikke sulte.

Hos barn av sultne mødre ble det funnet bl.a. redusert metylering av genet som koder for insulinlignende vekstfaktor 2 (IGF2).

Verdt å vite

Prestasjonene til epigenetikk er for tiden gjenstand for intens forskning innen ernæringsvitenskap. Det er til og med en ny disiplin som handler om innflytelsen av næringsstoffer på genuttrykk, dvs. nutrigenomics.

Litteratur

1. Moosavi A. og Motevalizadeh A. Role of Epigenetics in Biology and Human Diseases. Iran Biomed J. 2016, 20 (5), 246-258.
2. Choi S. W. og Friso S. Epigenetics: En ny bro mellom ernæring og helse. Adv Nutr. 2010, 1 (1), 8-16.
3. Karabin K. Effekt av diett på humant epigenom, eller hvordan dietten endrer gener. Moderne diett 15/2018.
4. Dmitrzak-Węglarz M. og Hauser J. Epigenetiske mekanismer i psykiske sykdommer og kognitive lidelser. Psykiatri 2009; 6, 2, 51–60.
5. Poczęta M. et al. Epigenetiske modifikasjoner og genuttrykk i neoplasma. Ann. Acad. Med. Siles. 2018.72, 80-89.
6. Glad C. et al. Redusert DNA-metylering og psykopatologi etter endogen hyperkortisolisme - en genomomfattende studie. Vitenskapelige rapporter 2017, 7, 44445.
7. Shin W. et al. Kolininntak som overgår gjeldende kostholdsanbefalinger, bevarer markører for cellulær metylering i en genetisk undergruppe av menn som er kompromittert med folat. J Nutr. 2010, 140, 5, 975–980.

Om forfatteren

Karolina Karabin, MD, PhD, molekylærbiolog, laboratoriediagnostiker, Cambridge Diagnostics Polska En biolog med spesialisering i mikrobiologi og en laboratoriediagnostiker med over 10 års erfaring i laboratoriearbeid. En utdannet ved School of Molecular Medicine og medlem av det polske samfunnet for human genetikk. Leder for forskningsstipend ved Laboratory of Molecular Diagnostics ved Institutt for hematologi, onkologi og indre sykdommer ved det medisinske universitetet i Warszawa. Hun forsvarte tittelen doktor i medisinsk vitenskap innen medisinsk biologi ved det første fakultet for medisin ved det medisinske universitetet i Warszawa. Forfatter av mange vitenskapelige og populærvitenskapelige arbeider innen laboratoriediagnostikk, molekylærbiologi og ernæring. På daglig basis, som spesialist innen laboratoriediagnostikk, driver han innholdsavdelingen ved Cambridge Diagnostics Polska og samarbeider med et team av dietetikere ved CD Dietary Clinic. Han deler sin praktiske kunnskap om diagnostikk og diettbehandling av sykdommer med spesialister på konferanser, treningsøkter og i magasiner og nettsteder. Hun er spesielt interessert i innflytelsen av moderne livsstil på molekylære prosesser i kroppen.

Les andre tekster av denne forfatteren