Эпигенетика – секреты наследования. Эпигенетика и рак, диета и аутизм

Категория: Генетические заболевания






Может ли диета изменить наши гены? Могут ли наши детские травмы повлиять на наших детей и внуков? Ответы на эти вопросы могут дать эпигенетика, то есть наука, которая изучает так называемые эпигенетическая модификация. В настоящее время считается, что эпигенетические модификации являются одним из наиболее важных открытий в молекулярной биологии, поскольку они позволили нам понять связь между генетическим фоном и факторами окружающей среды.

Оглавление:

  1. Эпигенетика – что такое эпигенетические модификации?
  2. Эпигенетика – виды эпигенетических модификаций
  3. Эпигенетика – роль эпигенетических модификаций
  4. Эпигенетика – диета
  5. Эпигенетика – полиморфизм гена MTHFR
  6. Эпигенетика – стресс
  7. Эпигенетика – влияние на здоровье

Epigenetics является областью науки, имеющей дело с изменениями в экспрессии генов, не являющимися результатом модификации последовательности в цепи ДНК. Такие модификации называются эпигенетическими, и они представляют собой разновидность молекулярных маркеров, которые добавляются к цепи ДНК через соответствующие ферменты, например, метилтрансферазы.

Посредством эпигенетических модификаций организм может контролировать течение многих ключевых биологических процессов, таких как развитие отдельных тканей и органов в утробе матери.

Термин «эпигенетика» был впервые использован Уоддингтоном в 1942 году. Приставка «epi-» происходит от греческого слова «over», что в свободном переводе означает нечто, превосходящее классическую генетику.

Эпигенетика – что такое эпигенетические модификации?

Молекулярные маркеры, добавленные к цепи ДНК во время эпигенетических модификаций, могут определять, экспрессируется ген или нет, действуя как молекулярные «переключатели» и «переключатели», которые регулируют экспрессию отдельных генов.

Наиболее важно, что эти типы модификаций не изменяют структуру цепи ДНК, то есть они не являются генетической мутацией, которая является необратимой, но что-то, что подвергается динамическим изменениям под воздействием факторов окружающей среды.

Кроме того, соответствующие молекулярные метки добавляются или удаляются после каждого деления клетки и амплификации цепи ДНК.

Следовательно, каждая клетка имеет свой собственный характерный образец молекулярного маркера, который определяет ее специфический профиль экспрессии генов. Коллекция таких молекулярных маркеров эпигеном,

Самая известная эпигенетическая модификация Метилирование ДНКкоторый включает в себя присоединение метильной группы к цитозину (основное соединение в ДНК).

В свою очередь, обратная эпигенетическая модификация метилирования деметилированиекоторый включает удаление метильной группы из цитозина.

Эпигенетика – виды эпигенетических модификаций

Эпигенетические модификации могут иметь непосредственное отношение к цепям ДНК:

  • Метилирование ДНК, то есть присоединение метильных групп к цитозину с помощью ДНК-метилтрансфераз
  • ДНК-деметилирование, то есть разъединение с помощью ДНК-деметилаз метильных групп из цитозина
  • Кроме того, эпигенетические модификации зависят от белка, на который не наматывается ДНК, то есть гистонов:
  • метилирование остатков гистона лизина и аргинина с использованием гистонметилтрансфераз
  • деметилирование остатков гистонов лизина и аргинина гистоновыми деметилазами
  • ацетилирование остатков лизина гистона с использованием гистонацетилтрансфераз
  • деацетилирование остатков гистонового лизина гистондеацетилазой
  • фосфорилирование гистоновых сериновых остатков киназами
  • убиквитинирование остатков гистонового лизина, связанное с присоединением убиквитинового белка к гистонам с использованием ферментов E1, E2 и E3
  • рибозилирование остатков глутамина и гистона-аргинина, связанное с присоединением нуклеотидов ADP-рибозы с помощью полимеразы и трансферазы

Необычные эпигенетические модификации являются так называемыми некодирующие молекулы РНК, например микроРНК (микроРНК). Это короткие одноцепочечные молекулы РНК (ДНК-подобные соединения), которые могут регулировать экспрессию генов, блокируя образование белков.

Эпигенетика – роль эпигенетических модификаций

  • усиленная экспрессия генов
  • глушение экспрессии генов
  • контроль дифференцировки клеток в организме
  • эмбриональное развитие
  • регулирование степени конденсации хроматина, например инактивация Х-хромосомы, благодаря которой у женщин активна только одна копия генов, связанных с полом.

Интересным примером роли эпигенетических модификаций в развитии животных являются пчелы. У этих насекомых королева является матерью всех пчел в одном улье, следствием чего является то, что все они имеют одинаковую последовательность ДНК.

Тем не менее, в одном улье обитают насекомые, которые выглядят и ведут себя по-разному. Рабочие меньше королевы и имеют мягкий характер, а солдаты крупнее и агрессивнее.

Эпигенетические модификации ответственны за такие различия, которые определяют внешний вид и поведение пчел, адаптированных к той роли, которую они играют в сообществе улья.

Аналогичный механизм наблюдается при развитии плода у животных, когда молчание и усиление экспрессии специфических генов влияет на судьбу данной стволовой клетки, будь то нервная клетка мозга или эпителиальная клетка желудка.

Эпигенетика – диета

Эпигенетические модификации возникают уже внутриутробно, а затем могут подвергаться динамическим изменениям на протяжении всей жизни под воздействием факторов окружающей среды.

Одним из наиболее важных факторов, влияющих на форму эпигенома, является пища и биологически активные вещества, которые в нем содержатся.

Влияние диеты на эпигенетические модификации было подтверждено во многих доклинических и клинических исследованиях.

Существует по крайней мере два механизма, в которых диета может влиять на эпигенетические модификации, в основном процесс метилирования:

  • изменяя доступность доноров метила, таких как S-аденозилметионин (SAM), который синтезируется в цикле метионина из нескольких предшественников, присутствующих в пище, включая метионин, холин и его производное бетаина, фолиевую кислоту и витамины B2, B6 и B12. Следовательно, сниженная доступность этих соединений может привести к снижению нарушений синтеза SAM и метилирования.
  • путем модулирования активности ферментов, связанных с процессом метилирования (например, DNMT метилтрансферазы), путем приема полифенолов, содержащихся во фруктах, овощах и специях. Примерами таких соединений являются ресвератрол, содержащийся в красном вине, эпигаллокатехин галлат (EGCG), содержащийся в зеленом чае, куркумин, содержащийся в корневище куркумы, генистеин, содержащийся в сои, сульфорафан, содержащийся в брокколи, кверцетин, содержащийся в цитрусовых и гречневой крупе

Влияние диеты на эпигеномы уже было задокументировано в утробе матери знаменитым экспериментом на лабораторных мышах «агути», которые характеризуются желтым цветом шерсти и предрасположенностью к ожирению, диабету и раку.

Желтый цвет шерсти у этих мышей является типом индикатора недостаточного метилирования гена.

В эксперименте беременным мышам-агути, помимо прочего, давали пищу с высоким содержанием доноров метила. фолиевая кислота и холин.

К удивлению ученых, потомство этих мышей не напоминало родителей. Первой заметной особенностью было изменение цвета шерсти на коричневый, но самым удивительным было то, что мыши потеряли предрасположенность к болезням, от которых страдали их родители.

Как оказалось, это стало следствием модифицированной диеты и восстановления нормального метилирования ДНК.

Эти наблюдения подтверждают, что эпигеном может быть изменен диетой и может иметь далеко идущие последствия для здоровья.

В последние годы также была продемонстрирована значительная роль кишечной микробиоты в процессе эпигенетической модификации.

Кишечные микроорганизмы продуцируют различные биоактивные вещества, например жирные кислоты с короткой цепью, и их количество зависит от видового состава микробиоты и качества рациона.

Большое количество пребиотических продуктов в рационе, таких как растворимые пищевые волокна, например резистентный крахмал, увеличивает концентрацию жирных кислот с короткой цепью, которые оказывают благотворное влияние на эпителиальные клетки кишечника.

Эпигенетика – полиморфизм гена MTHFR

На эффективность эпигенетических модификаций также могут влиять генетические полиморфизмы, то есть небольшие изменения в геноме, которые приводят к присутствию различных вариантов генов в популяции человека.

Одним из последствий генетических полиморфизмов является, среди прочего у каждого из нас есть различный ответ на питательные вещества.

Подсчитано, что 15-30% людей могут иметь повышенную потребность в донорах метила (особенно фолиевой кислоты) из-за неблагоприятных полиморфизмов в гене MTHFR, кодирующем фермент метилентетрагидрофолатредуктазу.

Этот фермент отвечает за превращение фолиевой кислоты в ее активную форму.

Люди с неблагоприятным вариантом полиморфизма гена MTHFR имеют нарушенную конверсию неактивной формы фолиевой кислоты в ее активную форму 5-метилтетрагидрофолат (5-MTHF), следовательно, они имеют повышенную потребность в донорах метила.

И хотя исследование не дало четкого подтверждения того, что у таких людей может быть снижено метилирование цепи ДНК в их случае, стоит обратить внимание на адекватное питание в рационе или дополнительное добавление доноров метила, таких как фолиевая кислота или холин.

Эпигенетика – стресс

Избыточные гормоны стресса включают кортизол может влиять на эпигенетические изменения в нервной системе и увеличивать риск психических расстройств.

Было задокументировано, что люди, страдающие от тревожных расстройств, с посттравматическим стрессовым расстройством, посттравматическим стрессовым расстройством и депрессией, имеют характерный профиль эпигенетической модификации (в основном сниженное метилирование ДНК).

Считается, что такой эпигеном развивается под влиянием травматических переживаний в детстве и / или хронических стрессовых ситуаций.

Они сохраняют этот эпигенетический профиль на протяжении всей своей жизни и могут передаваться детям и внукам (так называемая наследственная наследственность).

Эпигенетика – влияние на здоровье

Ошибки во время эпигенетической модификации, такие как подавление экспрессии неправильного гена, могут вызвать серьезные последствия для функционирования организма, например, вызвать рак.

Кроме того, все больше исследований показывают, что эпигенетические модификации помимо участия в физиологических процессах могут участвовать в развитии таких заболеваний, как:

Особо разыскивается связь между эпигенетическими модификациями, диетой и риском конкретных заболеваний.

Было показано, что значительные внутриутробные эпигенетические модификации уже происходят внутриутробно, что может иметь последствия во взрослом возрасте.

Поэтому то, что мать ест во время беременности, может увеличить риск определенных заболеваний и даже повлиять на будущие поколения.

Было доказано, что дети матерей, которые были беременны во время голода зимой в Нидерландах в 1944-1945 годах, имели повышенный риск сердечно-сосудистых заболеваний, ожирения и шизофрении по сравнению с детьми матерей, которые не испытывали голода.

Среди детей матерей, страдающих от голода, среди других снижение метилирования гена, кодирующего инсулиноподобный фактор роста 2 (IGF2).

Достижения эпигенетики в настоящее время являются предметом интенсивных исследований в области наук о питании. Существует даже новая дисциплина, касающаяся влияния питательных веществ на экспрессию генов, т.е. нутригеномика,

Литература

  1. Мусави А., Мотевализаде А. Роль эпигенетики в биологии и заболеваниях человека. Iran Biomed J. 2016, 20 (5), 246-258.
  2. Чой С. В. и Фризо С. Эпигенетика: новый мост между питанием и здоровьем. Adv Nutr. 2010, 1 (1), 8-16.
  3. Винтовка К. Влияние диеты на человеческий эпигеном, или как диета меняет гены. Современная диетология 15/2018.
  4. Dmitrzak-Węglarz M. и Hauser J. Эпигенетические механизмы при психических заболеваниях и когнитивных расстройствах. Психиатрия 2009; 6, 2, 51–60.
  5. Poczęca M. и др. Эпигенетические модификации и экспрессия генов при раке. Энн. Акад. Med. Силес. 2088,72, 80–89.
  6. Рад, что и др. Снижение метилирования ДНК и психопатологии после эндогенного гиперкортицизма – исследование всего генома. Научные доклады 2017, 7, 44445.
  7. Шин В. и соавт. Потребление холина, превышающее современные диетические рекомендации, сохраняет маркеры клеточного метилирования в генетической подгруппе мужчин с фолатной недостаточностью. J Nutr. 2010, 140, 5, 975–980.


Каролина Карабин, молекулярный диагност

Каролина Карабин, доктор медицинских наук, молекулярный биолог, лабораторный диагност, Cambridge Diagnostics Polska

Биолог по профессии со специализацией в микробиологии и лабораторный диагност с более чем 10-летним опытом работы в лаборатории. Выпускник кафедры молекулярной медицины и член Польского общества генетики человека, руководитель научных грантов, реализованных в лаборатории молекулярной диагностики при клинике гематологии, онкологии и внутренних болезней медицинского университета Варшавы. Она защитила докторскую диссертацию по медицинской биологии на первом медицинском факультете Варшавского медицинского университета. Автор многих научных и научно-популярных работ в области лабораторной диагностики, молекулярной биологии и питания. Ежедневно, в качестве специалиста в области лабораторной диагностики, он руководит основным отделением в Cambridge Diagnostics Polska и сотрудничает с командой диетологов в CD-диетической клинике CD. Он делится практическими знаниями о диагностике и диетотерапии заболеваний на конференциях, тренингах, в журналах и на сайтах. Особенно интересует влияние современного образа жизни на молекулярные процессы в организме.

Читайте другие тексты этого автора



Источник: https://www.poradnikzdrowie.pl/zdrowie/choroby-genetyczne/epigenetyka-tajniki-dziedziczenia-epigenetyka-a-nowotwory-dieta-autyzm-aa-YM4V-Snu6-gc4M.html

 
Публикации похожие на « Эпигенетика – секреты наследования. Эпигенетика и рак, диета и аутизм »:

[sape]
[sape]

На верх