ПРОВЕРЕНО СЪДЪРЖАНИЕАвтор: д-р Каролина Карабин, молекулярна биолог, лабораторен диагностик, консултант по хранене и начин на живот

Може ли диетата да промени гените ни? Могат ли травмите от детството ни да повлияят на нашите деца и внуци? Отговори на тези въпроси може да даде епигенетиката, т. е. науката, която изучава т.нар. епигенетични модификации. В момента епигенетичните модификации се считат за едно от най-важните открития в молекулярната биология, тъй като те позволяват да се разбере връзката между генетичния фон и факторите на околната среда.

Епигенетикае клон на науката, който изучава промени в генната експресия, които не са резултат от модификации на последователността в ДНК верига. Такива модификации се наричат ​​епигенетични и са вид молекулярни маркери, които се добавят към ДНК вериги от подходящи ензими, например метилтрансферази.

Чрез епигенетични модификации тялото може да контролира хода на много ключови биологични процеси, като например развитието на отделни тъкани и органи в матката.

Терминът "епигенетика" е използван за първи път от Уодингтън през 1942 г. Префиксът „епи-“ идва от гръцката дума „горе“, която в свободен превод означава нещо, което е над класическата генетика.

Епигенетика - какво представляват епигенетичните модификации?

Молекулните маркери, добавени към ДНК верига по време на епигенетичните модификации, могат да определят дали даден ген се експресира или не, действайки като молекулярни "превключватели" и "превключватели", които регулират експресията на определени гени.

Най-важното е, че тези видове модификации не променят структурата на ДНК веригата, т.е. те не са вид генетична мутация, която е необратима, а нещо, което претърпява динамични промени под въздействието на факторите на околната среда.

В допълнение, подходящи молекулярни маркери се добавят или премахват след всяко клетъчно делене и дублиране на ДНК верига.

Следователно, всяка клетка има свой собствен характерен модел на молекулярни маркери, който определя нейния специфичен профил на генна експресия. Колекцията от такива молекулярни маркери еепигеном .

Най-известната епигенетична модификация еДНК метилиране , което включвасвързване на метилова група към цитозин (основно съединение, което е част от ДНК).

Обратната епигенетична модификация на метилирането едеметилиране , което се състои в отстраняване на метиловата група от цитозина.

Епигенетика - видове епигенетична модификация

Епигенетичните модификации могат директно да повлияят на ДНК веригата:

  • ДНК метилиране, т.е. присъединяване на метилови групи към цитозин с помощта на ДНК метилтрансферази
  • Деметилиране на ДНК, т.е. разделяне на цитозин метилови групи чрез ДНК деметилази
  • В допълнение, епигенетичните модификации са направени от протеини, върху които не е навито нищо ДНК, т.е. хистони:
  • метилиране на лизин и аргининови остатъци от хистони с хистонови метилтрансферази
  • деметилиране на лизин и аргининови остатъци от хистони с хистон деметилази
  • ацетилиране на хистон лизинови остатъци с хистон ацетилтрансферази
  • деацетилиране на остатъци от хистон лизин чрез хистон деацетилаза
  • фосфорилиране на хистонови серинови остатъци чрез кинази
  • убиквитиниране на хистонови лизинови остатъци чрез прикрепване на убиквитин протеин към хистони с помощта на ензимите E1, E2 и E3
  • рибозилиране на хистон глутамин и аргининови остатъци, включващо прикрепване на ADP-рибозни нуклеотиди с помощта на полимераза и трансфераза

Атипична епигенетична модификация са т.нар некодиращи РНК молекули, например микроРНК (miRNA). Те са къси, едноверижни РНК молекули (ДНК-подобни съединения), които могат да регулират генната експресия, като блокират образуването на протеини.

Епигенетика - ролята на епигенетичните модификации

  • подобрена генна експресия
  • заглушаване на генната експресия
  • контрол на диференциацията на клетките в тялото
  • ембрионално развитие
  • регулиране на степента на кондензация на хроматина, например инактивиране на X хромозомата, благодарение на което само едно копие на гените, свързани с пола, е активно при жените.

Интересен пример за ролята на епигенетичните модификации в развитието на животните са пчелите. При тези насекоми кралицата е майка на всички пчели в един кошер, в резултат на което всички те имат една и съща ДНК последователност.

Въпреки това един кошер е обитаван от насекоми, които изглеждат и се държат по различен начин. Работниците са по-дребни от кралицата и имат мек нрав, докато войниците са по-едри и агресивни.

Тези разлики са причинени от епигенетични модификации, които определят външния вид и поведението на пчелите, адаптирани към ролята, която играят в общността на кошера.

Подобен механизъм се наблюдава по време на разработкатафетални животни, когато заглушаването и засилването на експресията на специфични гени засяга съдбата на дадена стволова клетка, независимо дали ще бъде нервна клетка на мозъка или епителна клетка на стомаха.

Епигенетика - диета

Епигенетичните модификации се случват по време на феталния живот и след това могат да претърпят динамични промени през целия живот под влияние на фактори на околната среда.

Един от най-важните фактори, влияещи върху формата на епигенома, е храната и нейните биоактивни вещества.

Влиянието на диетата върху епигенетичната модификация е потвърдено в много предклинични и клинични проучвания.

Има поне два механизма, чрез които диетата може да повлияе на епигенетичната модификация, главно процеса на метилиране:

  • чрез промяна на наличността на донори на метил като S-аденозилметионин (SAM), който се синтезира в цикъла на метионина от няколко прекурсора, присъстващи в храната, включително метионин, холин и неговото производно бетаин, фолиева киселина и витамини B2, B6 и B12. Следователно, намалената наличност на тези съединения може да доведе до намален синтез на SAM и нарушения в процеса на метилиране
  • чрез модулиране на активността на ензимите, свързани с процеса на метилиране (например DNMT метилтрансфераза) чрез консумация на полифеноли, съдържащи се в плодовете, зеленчуците и подправките. Примери за такива съединения са ресвератрол в червеното вино, епигалокатехин галат (EGCG) в зеления чай, куркумин в коренището на куркума, генистеин в соята, сулфорафан в броколи, кверцетин в цитрусови плодове и елда

Влиянието на диетата върху епигенома in utero е документирано от известния експеримент върху лабораторни мишки "агути", които се характеризират с жълт цвят на козината и предразположение към затлъстяване, диабет и рак.

Жълтият цвят на козината при тези мишки е един вид индикатор за недостатъчно генно метилиране.

В експеримента, бременни "агути" мишки са били хранени с храна с високо съдържание на донори на метил, между другото. фолиева киселина и холин

За изненада на учените, потомството на тези мишки не приличаше на родителите си. Първата забележима черта беше промяната в цвета на козината в кафяв, но най-изненадващо беше, че мишките загубиха предразположението си към болести, от които страдаха родителите им.

Както се оказа, това е следствие от модифицирана диета и възстановяване на правилното ДНК метилиране.

Тези наблюдения подкрепят факта, че епигеномът може да бъде променен чрез диета и може да има дълбоки последици за здравето.

В последнияпрез годините също е доказана значителна роля на чревната микробиота в процеса на епигенетична модификация.

Чревните микроорганизми произвеждат различни биоактивни вещества, например късоверижни мастни киселини, като тяхното количество зависи от видовия състав на микробиотата и качеството на диетата.

Високото предлагане на пребиотични продукти в диетата, като разтворими диетични фибри, например резистентно нишесте, повишава концентрацията на късоверижни мастни киселини, които влияят положително върху епигенома на чревните епителни клетки.

Епигенетика - MTHFR генни полиморфизми

Ефективността на епигенетичните модификации може да бъде повлияна и от генетични полиморфизми, т.е. малки промени в генома, следствие от които е наличието на различни генни варианти в човешката популация.

Едно от последствията от генетичните полиморфизми е, между другото. всеки различен отговор на хранителните вещества.

Смята се, че 15-30% от хората може да имат повишена нужда от донори на метил (особено фолиева киселина) поради неблагоприятни полиморфизми на гена MTHFR, който кодира ензима метилентетрахидрофолат редуктаза.

Този ензим е отговорен за превръщането на фолиевата киселина в нейната активна форма.

Хората с неблагоприятен вариант на полиморфизма на гена MTHFR имат нарушено превръщане на неактивната форма на фолиевата киселина в нейната активна форма 5-метилтетрахидрофолат (5-MTHF), поради което имат повишена нужда от донори на метил.

И въпреки че проучванията не са потвърдили недвусмислено, че такива хора може да имат намалено метилиране на ДНК вериги, в техния случай си струва да се обърне внимание на адекватно предлагане в диетата или допълнителни добавки на метилови донори, като фолиева киселина или холин

Епигенетика - стрес

Излишък от хормони на стреса, вкл. кортизолът може да повлияе на епигенетичните модификации в нервната система и да увеличи риска от психиатрични разстройства.

Доказано е, че хората, страдащи от тревожни разстройства, посттравматично стресово разстройство, посттравматично стресово разстройство и депресия, имат характерен епигенетичен профил на модификация (главно намалено метилиране на ДНК).

Смята се, че развиват такъв епигеном в резултат на травматични преживявания в детството и/или хронични стресови ситуации.

Този епигенетичен профил се поддържа в тях през целия им живот и вероятно се предава на деца и внуци (известно като екстрагенно наследство).

Епигенетика - въздействие върху здравето

Грешки по време на епигенетични модификации, като например заглушаване на експресията на грешен ген, могат да имат сериозни последствия във функционирането наорганизма, например причинява рак.

В допълнение, все повече и повече изследвания показват, че епигенетичните модификации, освен участие във физиологични процеси, могат да участват в развитието на заболявания като:

  • аутизъм
  • шизофрения
  • депресия
  • сърдечно-съдови заболявания
  • невродегенеративни заболявания
  • автоимунни заболявания
  • алергии

Особено се търси връзката между епигенетичните модификации, диетата и риска от определени заболявания.

Доказано е, че значителни епигенетични модификации настъпват в утробата, което може да има последици в зряла възраст.

Следователно това, което майката яде по време на бременност, може да увеличи риска от определени заболявания и дори да повлияе на следващото поколение.

Доказано е, че децата на майки, които са били бременни по време на гладната зима в Холандия от 1944-1945 г., са имали повишен риск от сърдечно-съдови заболявания, затлъстяване и шизофрения в сравнение с деца на майки, които не са гладували.

При деца на майки, страдащи от глад, е установено, между другото, намалено метилиране на гена, кодиращ инсулиноподобен растежен фактор 2 (IGF2).

Струва си да се знае

Напредъкът на епигенетиката в момента е обект на интензивни изследвания в науката за храненето. Има дори нова дисциплина, занимаваща се с влиянието на хранителните вещества върху генната експресия, т.е.нутригеномика .

За автораКаролина Карабин, д-р, молекулярна биолог, лабораторен диагностик, Cambridge Diagnostics PolskaБиолог по професия, специалист по микробиология, и лабораторен диагностик с над 10 години опит в лабораторната работа. Завършил Колежа по молекулярна медицина и член на Полското дружество по човешка генетика. Ръководител на изследователски стипендии в Лабораторията по молекулярна диагностика към катедрата по хематология, онкология и вътрешни болести на Медицинския университет във Варшава. Защитила е титлата доктор на медицинските науки в областта на медицинската биология в 1-ви медицински факултет на Медицинския университет във Варшава. Автор на множество научни и научнопопулярни трудове в областта на лабораторната диагностика, молекулярната биология и храненето. Ежедневно, като специалист в областта на лабораторната диагностика, той ръководи отдела за съдържание в Cambridge Diagnostics Polska и си сътрудничи с екип от диетолози в CD Dietary Clinic. Той споделя практическите си знания по диагностика и диетотерапия на заболявания със специалисти на конференции, обучения, в списания и сайтове. Особено се интересува от влиянието на съвременния начин на живот върху молекулярните процеси в организма.

Прочетете други статии от този автор

Категория:

Генетични заболявания