Vai diēta var mainīt mūsu gēnus? Vai mūsu bērnības traumas var ietekmēt mūsu bērnus un mazbērnus? Atbildes uz šiem jautājumiem var sniegt epigenetika, t.i., zinātne, kas pēta t.s. epigenētiskās modifikācijas. Pašlaik epigenētiskās modifikācijas tiek uzskatītas par vienu no svarīgākajiem atklājumiem molekulārajā bioloģijā, jo tās ļāva izprast ģenētiskā fona un vides faktoru saistību.
Satura rādītājs:
- Epigenetika - kas ir epigenētiskās modifikācijas?
- Epigenetics - epigenētisko modifikāciju veidi
- Epigenetika - epigenētisko modifikāciju loma
- Epigenetics - diēta
- Epigenetika - MTHFR gēnu polimorfismi
- Epigenetika - stress
- Epigenetika - ietekme uz veselību
Epigenetika ir zinātnes nozare, kas pēta gēnu ekspresijas izmaiņas, kas nav saistītas ar DNS virknes modifikācijām. Šādas modifikācijas sauc par epigenētiskām modifikācijām, un tās ir molekulāro marķieru veids, ko DNS virknēm pievieno atbilstoši fermenti, piemēram, metiltransferāzes.
Izmantojot epigenētiskas modifikācijas, ķermenis var kontrolēt daudzu galveno bioloģisko procesu gaitu, piemēram, specifisku audu un orgānu attīstību dzemdē.
Terminu "epigenetika" Vaddingtons pirmo reizi izmantoja 1942. gadā. Prefikss "epi-" nāk no grieķu vārda "augšā", kas brīvi tulkots nozīmē kaut ko tādu, kas ir virs klasiskās ģenētikas.
Epigenetika - kas ir epigenētiskās modifikācijas?
Molekulārie marķieri, kas pievienoti DNS virknei epigēniskās modifikācijas laikā, var izlemt, vai dotais gēns ir ekspresēts vai ne, darbojoties kā molekulārie "slēdži" un "slēdži", kas regulē noteiktu gēnu ekspresiju.
Vissvarīgākais ir tas, ka šādas modifikācijas nemaina DNS virknes struktūru, t.i., tās nav neatgriezeniskas ģenētiskas mutācijas veids, bet gan kaut kas, kas vides faktoru ietekmē piedzīvo dinamiskas izmaiņas.
Turklāt pēc katras šūnas dalīšanas un DNS virknes dublēšanās tiek pievienoti vai noņemti atbilstoši molekulārie marķieri.
Tādējādi katrai šūnai ir savs raksturīgais molekulāro marķieru modelis, kas nosaka tā specifisko gēnu ekspresijas profilu. Šādu molekulāro marķieru kolekciju sauc par epigenomu.
Vispazīstamākā epigenētiskā modifikācija ir DNS metilēšana, kas sastāv no metilgrupas pievienošanas citozīnam (bāzes savienojums, kas ir DNS daļa).
Savukārt metilēšanas reversā epigenetiskā modifikācija ir demetilēšana, kas sastāv no metilgrupas atdalīšanas no citozīna.
Epigenetics - epigenētisko modifikāciju veidi
Epigenētiskās modifikācijas var tieši ietekmēt DNS virknes:
- DNS metilēšana, t.i., metilgrupu piesaiste citozīnam, izmantojot DNS metiltransferāzes
- DNS demetilēšana, t.i., metilgrupu atdalīšana no citozīna, izmantojot DNS demetilāzes
- Turklāt epigēniskās modifikācijas tiek veiktas no olbaltumvielām, uz kurām nav uzvilkta DNS, t.i., histoni:
- lizonu un arginīna histonu atlikumu metilēšana ar histonu metiltransferāzēm
- histonu lizīna un arginīna atlikumu demetilēšana ar histonu demetilāzēm
- histona lizīna atlikumu acetilēšana ar histona acetiltransferāzēm
- histona lizīna atlikumu deacetilēšana ar histona deacetilāzi
- histona serīna atlikumu fosforilēšana ar kināzēm
- histonu lizīna atlikumu ubikvitinācija, pievienojot histoniem ubiquitin proteīnu, izmantojot E1, E2 un E3 enzīmus
- histona glutamīna un arginīna atlikumu ribosilēšana, kas saistīta ar ADP-ribozes nukleotīdu piestiprināšanu, izmantojot polimerāzi un transferāzi
Netipiska epigenētiskā modifikācija ir tā sauktā nekodējošas RNS molekulas, piemēram, mikroRNS (miRNS). Tās ir īsas, vienvirziena RNS molekulas (DNS līdzīgi savienojumi), kas var regulēt gēnu ekspresiju, bloķējot olbaltumvielu veidošanos.
Epigenetika - epigenētisko modifikāciju loma
- pastiprināta gēnu ekspresija
- apklusinot gēnu ekspresiju
- šūnu diferenciācijas kontrole organismā
- embrija attīstība
- hromatīna kondensācijas pakāpes regulēšana, piemēram, X hromosomas inaktivācija, pateicoties kurai sievietēm ir aktīva tikai viena ar dzimumu saistītu gēnu kopija.
Bites ir interesants piemērs epigenētisko modifikāciju lomai dzīvnieku attīstībā. Šajos kukaiņos karaliene ir visu bišu māte vienā stropā, kā rezultātā visām tām ir vienāda DNS secība.
Pat tādā gadījumā vienā stropā dzīvo kukaiņi, kas izskatās un izturas atšķirīgi. Strādnieki ir mazāki par karalieni un viņiem ir maigs temperaments, savukārt karavīri ir lielāki un agresīvāki.
Šīs atšķirības izraisa epigenētiskas modifikācijas, kas nosaka bišu izskatu un uzvedību, kas pielāgota lomai, ko viņi spēlē stropa sabiedrībā.
Līdzīgs mehānisms tiek novērots dzīvnieku augļa attīstības laikā, kad specifisku gēnu apklusināšana un pastiprināšana ietekmē attiecīgās cilmes šūnas likteni, vai tā būtu smadzeņu nervu šūna vai kuņģa epitēlija šūna.
Epigenetics - diēta
Epigenētiskas modifikācijas notiek jau augļa dzīves laikā, un pēc tam vides faktoru ietekmē tās var notikt dinamiskas izmaiņas visā dzīves laikā.
Viens no vissvarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē epigenoma formu, ir pārtika un tās bioaktīvās vielas.
Uztura ietekme uz epigenētiskām modifikācijām ir apstiprināta daudzos preklīniskos un klīniskos pētījumos.
Ir vismaz divi mehānismi, ar kuriem diēta var ietekmēt epigenētiskās modifikācijas, galvenokārt metilēšanas procesu:
- mainot tādu metildonoru pieejamību kā S-adenozilmetionīns (SAM), kas metionīna ciklā tiek sintezēts no vairākiem pārtikas produktos esošajiem prekursoriem, ieskaitot metionīnu, holīnu un tā atvasinājumu betainu, folijskābi un B2, B6 un B12 vitamīnus. Tādējādi samazināta šo savienojumu pieejamība var izraisīt SAM sintēzes samazināšanos un metilēšanas procesa traucējumus
- modulējot ar metilēšanas procesu saistīto enzīmu (piemēram, DNMT metiltransferāzes) aktivitāti, patērējot augļos, dārzeņos un garšvielās esošos polifenolus. Šādu savienojumu piemēri ir resveratrols sarkanvīnā, epigallokatehīna gallāts (EGCG) zaļajā tējā, kurkumīns kurkuma sakneņos, genisteīns sojas pupās, sulforafāns brokoļos, kvercetīns citrusaugļos un griķi
Uztura ietekmi uz epigenomu dzemdē dokumentēja slavenais eksperiments ar laboratorijas "agouti" pelēm, kurām raksturīga dzeltena mēteļa krāsa un nosliece uz aptaukošanos, diabētu un vēzi.
Šīm pelēm kažokādas dzeltenā krāsa ir sava veida nepietiekamas gēnu metilēšanas indikators.
Eksperimentā grūsnām "agouti" pelēm, cita starpā, tika barota barība ar lielu metildonoru saturu. folijskābe un holīns.
Zinātniekiem par pārsteigumu šo peļu pēcnācēji neatgādināja viņu vecākus. Pirmā pamanāmā iezīme bija mēteļa krāsas maiņa uz brūnu, bet visvairāk pārsteidzoši bija tas, ka peles zaudēja noslieci uz slimībām, no kurām cieta viņu vecāki.
Kā izrādījās, tas bija modificētas diētas un normālas DNS metilēšanas atjaunošanas sekas.
Šie novērojumi apstiprina faktu, ka epigenomu var mainīt ar uzturu un tam var būt tālejošas sekas uz veselību.
Pēdējos gados ir pierādīta arī nozīmīga zarnu mikrobiotas loma epigēniskās modifikācijas procesā.
Zarnu mikroorganismi ražo dažādas bioaktīvas vielas, piemēram, īsās ķēdes taukskābes, un to daudzums ir atkarīgs no mikrobiotas sugas sastāva un uztura kvalitātes.
Augsts prebiotisko produktu daudzums uzturā, piemēram, šķīstošās uztura šķiedras, piemēram, izturīgā ciete, palielina īsās ķēdes taukskābju koncentrāciju, kas pozitīvi ietekmē zarnu epitēlija šūnu epigenomu.
Epigenetika - MTHFR gēnu polimorfismi
Epigenētisko modifikāciju efektivitāti var ietekmēt arī ģenētiskie polimorfismi, t.i., nelielas izmaiņas genomā, kuru sekas ir dažādu gēnu variantu klātbūtne cilvēku populācijā.
Viena no ģenētiskā polimorfisma sekām ir cita starpā. ikviena atšķirīgā reakcija uz barības vielām.
Tiek lēsts, ka 15-30% cilvēku var būt paaugstināta vajadzība pēc metil donoriem (īpaši folijskābes) MTHFR gēna nelabvēlīgo polimorfismu dēļ, kas kodē metilenetetrahidrofolāta reduktāzes enzīmu.
Šis ferments ir atbildīgs par folijskābes pārveidošanu aktīvajā formā.
Cilvēkiem ar nelabvēlīgu MTHFR gēnu polimorfisma variantu ir traucēta folijskābes neaktīvās formas pārveidošana par tās aktīvo formu 5-metiltetrahidrofolātu (5-MTHF), tāpēc viņiem ir palielināta vajadzība pēc metildonoriem.
Un, lai gan pētījums nav skaidri apstiprinājis, ka šādiem cilvēkiem varētu būt samazināta DNS virkņu metilēšana, viņu gadījumā ir vērts pievērst uzmanību pietiekamam uzturā esošajam daudzumam vai metildonoru, piemēram, folskābes vai holīna, papildu papildināšanai.
Epigenetika - stress
Cita starpā pārmērīgi stresa hormoni kortizols var ietekmēt nervu sistēmas epigenētiskās modifikācijas un palielināt psihisku traucējumu risku.
Ir dokumentēts, ka cilvēkiem, kuri cieš no trauksmes traucējumiem, pēctraumatiskā stresa traucējumiem, pēctraumatiskā stresa traucējumiem un depresijas, ir raksturīgs epigenetiskās modifikācijas profils (galvenokārt samazināta DNS metilācija).
Tiek uzskatīts, ka šādu epigenomu veido bērnības traumatiskā pieredze un / vai hroniskas stresa situācijas.
Šis epigenetiskais profils viņos tiek saglabāts visu mūžu un, iespējams, tiek nodots bērniem un mazbērniem (tā sauktais ekstragēna mantojums).
Epigenetika - ietekme uz veselību
Kļūdas epigenētisko modifikāciju laikā, piemēram, nepareiza gēna ekspresijas apklusināšana, var izraisīt nopietnas sekas ķermeņa darbībā, piemēram, izraisīt vēzi.
Turklāt arvien vairāk pētījumu norāda, ka epigēniskās modifikācijas papildus dalībai fizioloģiskajos procesos var piedalīties tādu slimību attīstībā kā:
- autisms
- šizofrēnija
- depresija
- sirds un asinsvadu slimības
- neirodeģeneratīvas slimības
- autoimūnas slimības
- alerģijas
Īpaši tiek meklēta saistība starp epigenētiskajām modifikācijām, uzturu un specifisku slimību risku.
Ir pierādīts, ka dzemdē notiek ievērojamas epigenētiskas modifikācijas, kurām var būt sekas pieaugušā vecumā.
Tāpēc tas, ko māte ēd grūtniecības laikā, var palielināt noteiktu slimību risku un pat ietekmēt nākamo paaudzi.
Ir pierādīts, ka to māmiņu bērniem, kuras bija grūtnieces bada ziemas laikā Nīderlandē 1944.-1945. Gadā, bija lielāks sirds un asinsvadu slimību, aptaukošanās un šizofrēnijas risks, salīdzinot ar to māšu bērniem, kuras nemira badā.
Bada mātes bērniem cita starpā tika konstatēts, ka samazināta gēna metilēšana, kas kodē insulīnam līdzīgo augšanas faktoru 2 (IGF2).
Vērts zinātPar epigenetikas sasniegumiem pašlaik notiek intensīvi uztura zinātnes pētījumi. Ir pat jauna disciplīna, kas nodarbojas ar barības vielu ietekmi uz gēnu ekspresiju, t.i., nutrigenomiku.
Literatūra
- Moosavi A. un Motevalizadeh A. Epigenetikas loma bioloģijā un cilvēku slimībās. Irāna Biomed J. 2016, 20 (5), 246-258.
- Choi S. W. un Friso S. Epigenetics: jauns tilts starp uzturu un veselību. Adv Nutr. 2010. gads, 1. panta 1. punkts, 8. – 16.
- Karabina K. Uztura ietekme uz cilvēka epigenomu jeb tas, kā diēta maina gēnus. Mūsdienu diētika 15/2018.
- Dmitrzak-Węglarz M. un Hauser J. Epigenētiskie mehānismi garīgās slimībās un kognitīvajos traucējumos. Psihiatrija 2009; 6, 2, 51–60.
- Poczęta M. et al. Epigenētiskās modifikācijas un gēnu ekspresija neoplazmā. Ann. Akad. Med. Siles. 2018.72, 80-89.
- Glad C. et al. Samazināta DNS metilēšana un psihopatoloģija pēc endogēnā hiperkortizolisma - genoma mēroga pētījums. Zinātniskie ziņojumi 2017, 7, 44445.
- Shin W. et al. Holīna uzņemšana, kas pārsniedz pašreizējos uztura ieteikumus, saglabā šūnu metilēšanas marķierus vīriešu ģenētiskajā folātu grupas apakšgrupā. J Nutr. 2010, 140, 5, 975–980.
Lasiet citus šī autora tekstus
