VERIFISERT INNHOLDForfatter: Karolina Karabin, MD, PhD, molekylærbiolog, laboratoriediagnotiker, ernærings- og livsstilskonsulent

Kan diett endre genene våre? Kan våre barndomstraumer påvirke våre barn og barnebarn? Svar på disse spørsmålene kan gis av epigenetikk, dvs. vitenskapen som studerer den såk alte epigenetiske modifikasjoner. For tiden anses epigenetiske modifikasjoner for å være en av de viktigste oppdagelsene innen molekylærbiologi, ettersom de tillot forståelsen av forholdet mellom genetisk bakgrunn og miljøfaktorer

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

Ved hjelp av epigenetiske modifikasjoner kan kroppen kontrollere forløpet av mange viktige biologiske prosesser, som utviklingen av individuelle vev og organer i livmoren

Begrepet "epigenetics" 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 lagt til en DNA-streng under epigenetiske modifikasjoner kan bestemme om et gen kommer til uttrykk eller ikke, og fungerer som molekylære "switcher" og "switcher" som regulerer ekspresjonen av bestemte gener.

Det viktigste er at denne typen modifikasjoner ikke endrer strukturen til DNA-strengen, det vil si at de ikke er 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-trådduplisering

Derfor har hver celle sitt eget karakteristiske mønster av molekylære markører, som bestemmer dens spesifikke genekspresjonsprofil. Samlingen av slike molekylære markører erepigenom .

Den mest kjente epigenetiske modifikasjonen erDNA-metylering , som involvererfeste en metylgruppe til cytosin (en basisk forbindelse som er en del av DNA)

Den omvendte epigenetiske modifikasjonen til metylering erdemetylering , som består i å fjerne metylgruppen fra cytosin.

Epigenetikk - typer epigenetisk modifikasjon

Epigenetiske modifikasjoner kan direkte påvirke DNA-strengen:

  • DNA-metylering, dvs. sammenføyning av metylgrupper til cytosin ved hjelp av DNA-metyltransferaser
  • DNA-demetylering, dvs. separasjon av cytosinmetylgrupper 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 histon-serinrester av kinaser
  • ubiquitinering av histonlysinrester ved å feste ubiquitinprotein til histoner ved å bruke enzymene E1, E2 og E3
  • ribosylering av histon-glutamin- og argininrester som involverer binding av ADP-ribose-nukleotider ved bruk av polymerase og transferase

Atypisk epigenetisk modifikasjon er de såk alte ikke-kodende RNA-molekyler, for eksempel mikroRNA (miRNA). De er korte, enkelttrådede RNA-molekyler (DNA-lignende forbindelser) som kan regulere genuttrykk ved å blokkere dannelsen av proteiner

Epigenetikk - rollen til epigenetiske modifikasjoner

  • forbedret genuttrykk
  • demping av genuttrykk
  • kontroll av celledifferensiering i kroppen
  • embryonal utvikling
  • regulering av graden av kromatinkondensering, for eksempel inaktivering av X-kromosomet, takket være at kun én kopi av kjønnsbundne gener er aktiv hos kvinner.

Et interessant eksempel på rollen til epigenetiske modifikasjoner i dyreutvikling er bier. Hos disse insektene er dronningen mor til alle biene i én bikube, med den konsekvens at de alle har samme DNA-sekvens

Likevel er en bikube bebodd av insekter som ser ut og oppfører seg på en annen måte. 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 observeres under utviklingføtale dyr, når demping og forsterker uttrykket av spesifikke gener påvirker skjebnen til en gitt stamcelle, enten det vil være en nervecelle i hjernen eller en epitelcelle i magen.

Epigenetikk - diett

Epigenetiske modifikasjoner skjer i løpet av fosterlivet og kan deretter gjennomgå dynamiske endringer gjennom hele livet under påvirkning av miljøfaktorer

En av de viktigste faktorene som påvirker formen til epigenomet er mat og dets bioaktive stoffer

Påvirkningen av kosthold på epigenetisk modifikasjon er bekreftet i mange prekliniske og kliniske studier

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

  • ved å endre tilgjengeligheten av metyldonorer som S-adenosylmetionin (SAM), som syntetiseres i metioninsyklusen fra flere forløpere som finnes i mat, inkludert metionin, kolin og dets derivater betain, folsyre og vitaminer B2, B6 og B12. Derfor kan den reduserte tilgjengeligheten av disse forbindelsene resultere i redusert SAM-syntese og forstyrrelser i 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 gallat (EGCG) i grønn te, curcumin i gurkemeie rhizom, genistein i soyabønner, sulforafan i brokkoli, quercetin i sitrusfrukter og bokhvete

Kostholdets påvirkning på epigenomet in utero ble dokumentert av det berømte eksperimentet på "agouti" laboratoriemus, som er preget av en gul pelsfarge og en disposisjon for fedme, diabetes og kreft.

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

I forsøket ble gravide «agouti»-mus fôret med mat med høyt innhold av blant annet metyldonorer. folsyre og kolin

Til forskernes overraskelse lignet ikke avkommet til disse musene på foreldrene deres. Den første merkbare egenskapen var endringen i pelsfarge til brun, men det mest overraskende var at musene mistet disposisjonen for sykdommer som foreldrene led av.

Som det viste seg, var det en konsekvens av et modifisert kosthold og gjenoppretting av riktig DNA-metylering

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

I den sisteI løpet av årene har en betydelig rolle for tarmmikrobiotaen i prosessen med epigenetisk modifikasjon også blitt demonstrert.

Tarmmikroorganismene produserer ulike bioaktive stoffer, for eksempel kortkjedede fettsyrer, og mengden avhenger av artssammensetningen til mikrobiotaen og kvaliteten på kostholdet

En høy tilførsel av prebiotiske produkter i kosten, slik som løselig kostfiber, for eksempel resistent stivelse, øker konsentrasjonen av kortkjedede fettsyrer, som positivt påvirker epigenomet til tarmepitelceller.

Epigenetikk - MTHFR-genpolymorfismer

Effektiviteten til epigenetiske modifikasjoner kan også påvirkes av genetiske polymorfismer, det vil si små endringer i genomet, hvis konsekvens er tilstedeværelsen av forskjellige genvarianter i den menneskelige befolkningen.

En av konsekvensene av genetiske polymorfismer er bl.a. alles respons på næringsstoffer er forskjellige.

Det er anslått at 15-30 % av mennesker kan ha økt behov for metyldonorer (spesielt folsyre) på grunn av ugunstige polymorfismer av MTHFR-genet, som koder for enzymet metylentetrahydrofolatreduktase

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

Personer med en ugunstig variant av MTHFR-genet polymorfisme har svekket omdannelsen av den inaktive formen av folsyre til dens aktive form 5-metyltetrahydrofolat (5-MTHF), og har derfor et økt behov for metyldonorer.

Og selv om studier ikke entydig har bekreftet at slike mennesker kan ha redusert DNA-tråd-metylering, er det i deres tilfelle verdt å være oppmerksom på tilstrekkelig tilførsel i kostholdet eller ekstra tilskudd av metyldonorer, som folsyre eller kolin

Epigenetikk - stress

Overskudd av stresshormoner, inkl. 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).

De antas å utvikle et slikt epigenom som et resultat av traumatiske opplevelser i barndommen og/eller kroniske stressende situasjoner.

Denne epigenetiske profilen opprettholdes i dem gjennom hele livet og overføres sannsynligvis til barn og barnebarn (kjent som ekstragenisk arv).

Epigenetikk - innvirkning på helse

Feil under epigenetiske modifikasjoner, som å dempe uttrykket av et feil gen, kan ha alvorlige konsekvenser for funksjonen tilorganismen, for eksempel forårsake kreft.

I tillegg 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
  • allergier

Det søkes spesielt etter forholdet mellom epigenetiske modifikasjoner, kosthold og risiko for visse sykdommer.

Det har vist seg at betydelige epigenetiske modifikasjoner skjer i livmoren, som kan ha implikasjoner i voksen alder

Derfor kan det moren spiser under svangerskapet øke risikoen for visse sykdommer og til og med påvirke neste generasjon

Det er bevist at barn av mødre som var gravide under sultvinteren i Nederland 1944-1945 hadde økt risiko for hjerte- og karsykdommer, fedme og schizofreni sammenlignet med barn av mødre som ikke sultet.

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

Verdt å vite

Fremskritt innen epigenetikk er for tiden gjenstand for intens forskning innen ernæringsvitenskap. Det er til og med en ny disiplin som omhandler påvirkningen av næringsstoffer på genuttrykk, dvs.nutrigenomics .

Om forfatterenKarolina Karabin, MD, PhD, molekylærbiolog, laboratoriediagnotiker, Cambridge Diagnostics PolskaBiolog av yrke, spesialisert i mikrobiologi, og laboratoriediagnotiker med over 10 års erfaring i laboratoriearbeid. Utdannet ved College of Molecular Medicine og medlem av Polish Society of Human Genetics 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 medisinske vitenskaper innen medisinsk biologi ved det første medisinske fakultetet ved det medisinske universitetet i Warszawa. Forfatter av mange vitenskapelige og populærvitenskapelige arbeider innen laboratoriediagnostikk, molekylærbiologi og ernæring. Til daglig, som spesialist innen laboratoriediagnostikk, driver han innholdsavdelingen ved Cambridge Diagnostics Polska og samarbeider med et team av ernæringsfysiologer ved CD Dietary Clinic. Han deler sin praktiske kunnskap om diagnostikk og kostholdsbehandling av sykdommer med spesialister på konferanser, treningssamlinger og i magasiner og nettsteder. Hun er spesielt interessert i påvirkningen av moderne livsstil på molekylære prosesser i kroppen.

Les andre artikler av denne forfatteren

Kategori:

Genetiske sykdommer