OVĚŘENÝ OBSAHAutor: MUDr. Karolina Karabin, PhD, molekulární bioložka, laboratorní diagnostika, poradkyně pro výživu a životní styl

Může strava změnit naše geny? Mohla by traumata z dětství ovlivnit naše děti a vnoučata? Odpovědi na tyto otázky může poskytnout epigenetika, tedy věda, která studuje tzv epigenetické modifikace. V současné době jsou epigenetické modifikace považovány za jeden z nejdůležitějších objevů v molekulární biologii, protože umožnily pochopit vztah mezi genetickým pozadím a faktory prostředí.

Epigenetikaje vědní obor, který studuje změny v genové expresi, které nejsou výsledkem modifikací sekvence v řetězci DNA. Takové modifikace se nazývají epigenetické a jsou typem molekulárních markerů, které jsou k řetězcům DNA přidávány vhodnými enzymy, např. methyltransferázami.

Pomocí epigenetických modifikací může tělo řídit průběh mnoha klíčových biologických procesů, jako je vývoj jednotlivých tkání a orgánů v děloze

Termín „epigenetika“ poprvé použil Waddington v roce 1942. Předpona „epi-“ pochází z řeckého slova „nad“, což volně přeloženo znamená něco, co je nad klasickou genetikou.

Epigenetika – co jsou epigenetické modifikace?

Molekulární markery přidané do řetězce DNA během epigenetických modifikací mohou určit, zda je gen exprimován či nikoli, a fungují jako molekulární „přepínače“ a „přepínače“, které regulují expresi konkrétních genů.

Nejdůležitější je, že tyto typy modifikací nemění strukturu řetězce DNA, tj. nejedná se o typ genetické mutace, která je nevratná, ale o něco, co podléhá dynamickým změnám pod vlivem faktorů prostředí.

Kromě toho jsou vhodné molekulární markery přidány nebo odstraněny po každém buněčném dělení a duplikaci řetězce DNA.

Každá buňka má tedy svůj vlastní charakteristický vzor molekulárních markerů, který určuje její specifický profil genové exprese. Sbírka takových molekulárních markerů jeepigenom .

Nejznámější epigenetická modifikace jemetylace DNA , která zahrnujepřipojení methylové skupiny k cytosinu (základní sloučenina, která je součástí DNA).

Reverzní epigenetická modifikace k methylaci jedemetylace , která spočívá v odstranění methylové skupiny z cytosinu

Epigenetika - typy epigenetické modifikace

Epigenetické modifikace mohou přímo ovlivnit řetězec DNA:

  • methylace DNA, tj. připojení methylových skupin k cytosinu pomocí DNA metyltransferáz
  • demetylace DNA, tj. oddělení methylových skupin cytosinu pomocí DNA demethyláz
  • Kromě toho jsou epigenetické modifikace tvořeny proteiny, na kterých není navinuto nic DNA, tj. histony:
  • methylace lysinových a argininových zbytků histonů histon methyltransferázami
  • demethylace lysinových a argininových zbytků histonů histondemethylázami
  • acetylace histonových lysinových zbytků histon acetyltransferázami
  • deacetylace histonových lysinových zbytků histondeacetylázou
  • fosforylace histonových serinových zbytků kinázami
  • ubikvitinace histonových lysinových zbytků připojením ubikvitinového proteinu k histonům pomocí enzymů E1, E2 a E3
  • ribosylace histonových zbytků glutaminu a argininu zahrnující připojení ADP-ribózových nukleotidů pomocí polymerázy a transferázy

Atypické epigenetické modifikace jsou tzv nekódující molekuly RNA, např. mikroRNA (miRNA). Jsou to krátké, jednovláknové molekuly RNA (sloučeniny podobné DNA), které mohou regulovat genovou expresi blokováním tvorby proteinů.

Epigenetika - role epigenetických modifikací

  • zvýšená genová exprese
  • umlčení genové exprese
  • kontrola diferenciace buněk v těle
  • embryonální vývoj
  • regulace stupně kondenzace chromatinu, např. inaktivace chromozomu X, díky které je u žen aktivní pouze jedna kopie genů vázaných na pohlaví.

Zajímavým příkladem role epigenetických modifikací ve vývoji zvířat jsou včely. U tohoto hmyzu je královna matkou všech včel v jednom úlu, což má za následek, že všechny mají stejnou sekvenci DNA.

Přesto je jeden úl obýván hmyzem, který vypadá a chová se jinak. Dělníci jsou menší než královna a mají mírnou povahu, zatímco vojáci jsou větší a agresivní.

Tyto rozdíly jsou způsobeny epigenetickými modifikacemi, které určují vzhled a chování včel přizpůsobené roli, kterou hrají ve společenství úlu.

Podobný mechanismus je pozorován během vývojefetálních zvířat, kdy umlčení a zesílení exprese specifických genů ovlivňuje osud dané kmenové buňky, ať už to bude nervová buňka mozku nebo epiteliální buňka žaludku

Epigenetika - dieta

Epigenetické modifikace se vyskytují během života plodu a mohou pak podléhat dynamickým změnám v průběhu života pod vlivem faktorů prostředí.

Jedním z nejdůležitějších faktorů ovlivňujících tvar epigenomu je potrava a její bioaktivní látky

Vliv stravy na epigenetickou modifikaci byl potvrzen v mnoha preklinických a klinických studiích

Existují minimálně dva mechanismy, kterými může strava ovlivnit epigenetickou modifikaci, zejména proces metylace:

  • změnou dostupnosti methyldonorů, jako je S-adenosylmethionin (SAM), který je syntetizován v methioninovém cyklu z několika prekurzorů přítomných v potravinách, včetně methioninu, cholinu a jeho derivátu betain, kyseliny listové a vitamínů B2, B6 a B12. Snížená dostupnost těchto sloučenin proto může vést ke snížené syntéze SAM a poruchám v procesu methylace
  • modulací aktivity enzymů souvisejících s metylačním procesem (např. DNMT methyltransferáza) prostřednictvím konzumace polyfenolů obsažených v ovoci, zelenině a koření. Příklady takových sloučenin jsou resveratrol v červeném víně, epigalokatechin gallát (EGCG) v zeleném čaji, kurkumin v oddenku kurkumy, genistein v sójových bobech, sulforafan v brokolici, kvercetin v citrusových plodech a pohanka

Vliv stravy na epigenom in utero byl dokumentován slavným pokusem na laboratorních myších „agouti“, které se vyznačují žlutou barvou srsti a predispozicí k obezitě, cukrovce a rakovině.

Žlutá barva srsti u těchto myší je jakýmsi indikátorem nedostatečné methylace genů.

V experimentu byly březí myši "agouti" krmeny mimo jiné potravou s vysokým obsahem donorů methylu. kyselina listová a cholin.

K překvapení vědců se potomci těchto myší nepodobali svým rodičům. První nápadnou vlastností byla změna barvy srsti na hnědou, ale nejpřekvapivější věcí bylo, že myši ztratily náchylnost k nemocem, kterými trpěli jejich rodiče.

Jak se ukázalo, šlo o důsledek upravené stravy a obnovení správné metylace DNA.

Tato pozorování podporují skutečnost, že epigenom lze změnit stravou a může mít dalekosáhlé zdravotní následky.

V poslednímv průběhu let byla také prokázána významná role střevní mikroflóry v procesu epigenetické modifikace

Střevní mikroorganismy produkují různé bioaktivní látky, např. mastné kyseliny s krátkým řetězcem, a jejich množství závisí na druhovém složení mikrobioty a kvalitě stravy.

Vysoký přísun prebiotických produktů ve stravě, jako je rozpustná vláknina, např. rezistentní škrob, zvyšuje koncentraci mastných kyselin s krátkým řetězcem, které pozitivně ovlivňují epigenom střevních epiteliálních buněk.

Epigenetika – polymorfismy genu MTHFR

Účinnost epigenetických modifikací může být ovlivněna i genetickými polymorfismy, tedy malými změnami v genomu, jejichž důsledkem je přítomnost různých genových variant v lidské populaci.

Jedním z důsledků genetických polymorfismů je mimo jiné. každý reaguje na živiny jinak.

Odhaduje se, že 15-30 % lidí může mít zvýšenou potřebu dárců methylu (zejména kyseliny listové) kvůli nepříznivým polymorfismům genu MTHFR, který kóduje enzym methylentetrahydrofolát reduktázu

Tento enzym je zodpovědný za přeměnu kyseliny listové na její aktivní formu.

Lidé s nepříznivou variantou polymorfismu genu MTHFR mají narušenou konverzi neaktivní formy kyseliny listové na její aktivní formu 5-methyltetrahydrofolát (5-MTHF), a proto mají zvýšenou potřebu dárců methylu.

A přestože studie jednoznačně nepotvrdily, že by takoví lidé mohli mít sníženou metylaci řetězce DNA, v jejich případě stojí za to dbát na dostatečný přísun ve stravě nebo doplňkovou suplementaci dárců metylu, jako je kyselina listová nebo cholin

Epigenetika - stres

Nadbytek stresových hormonů, vč. kortizol může ovlivnit epigenetické modifikace v nervovém systému a zvýšit riziko psychiatrických poruch.

Bylo zdokumentováno, že lidé trpící úzkostnými poruchami, posttraumatickou stresovou poruchou, posttraumatickou stresovou poruchou a depresí mají charakteristický epigenetický modifikační profil (hlavně sníženou metylaci DNA).

Věří se, že se u nich takový epigenom vyvine v důsledku traumatických zážitků z dětství a/nebo chronických stresových situací.

Tento epigenetický profil je v nich udržován po celý život a pravděpodobně se přenáší na děti a vnoučata (známé jako extragenní dědičnost).

Epigenetika – dopad na zdraví

Chyby během epigenetických modifikací, jako je umlčení exprese nesprávného genu, mohou mít vážné důsledky pro fungováníorganismus, např. způsobit rakovinu.

Navíc stále více studií naznačuje, že epigenetické modifikace se kromě účasti na fyziologických procesech mohou podílet na rozvoji onemocnění, jako jsou:

  • autismus
  • schizofrenie
  • deprese
  • kardiovaskulární onemocnění
  • neurodegenerativní onemocnění
  • autoimunitní onemocnění
  • alergie

Hledá se zejména vztah mezi epigenetickými modifikacemi, stravou a rizikem některých onemocnění.

Bylo prokázáno, že v děloze dochází k významným epigenetickým modifikacím, které mohou mít důsledky v dospělosti.

Proto to, co matka během těhotenství jí, může zvýšit riziko některých onemocnění a dokonce ovlivnit další generaci.

Bylo prokázáno, že děti matek, které byly těhotné během hladové zimy v Nizozemsku v letech 1944-1945, měly zvýšené riziko kardiovaskulárních onemocnění, obezity a schizofrenie ve srovnání s dětmi matek, které nehladověly.

U dětí matek trpících hladem bylo zjištěno mj. snížená metylace genu kódujícího inzulínu podobný růstový faktor 2 (IGF2).

Stojí za to vědět

Pokroky v epigenetice jsou v současnosti předmětem intenzivního výzkumu ve vědě o výživě. Existuje dokonce nová disciplína zabývající se vlivem živin na genovou expresi, tj.nutrigenomika .

O autoroviKarolina Karabin, MD, PhD, molekulární bioložka, laboratorní diagnostika, Cambridge Diagnostics PolskaProfesí biolog se specializací na mikrobiologii a laboratorní diagnostik s více než 10letou praxí v laboratorních pracích. Absolvent Vysoké školy molekulární medicíny a člen Polské společnosti humánní genetiky Vedoucí výzkumných grantů v Laboratoři molekulární diagnostiky na Klinice hematologie, onkologie a vnitřních nemocí Lékařské univerzity ve Varšavě. Titul doktora lékařských věd v oboru lékařská biologie obhájila na 1. lékařské fakultě Lékařské univerzity ve Varšavě. Autor mnoha vědeckých a populárně vědeckých prací z oblasti laboratorní diagnostiky, molekulární biologie a výživy. Denně jako specialista v oblasti laboratorní diagnostiky vede obsahové oddělení v Cambridge Diagnostics Polska a spolupracuje s týmem nutričních specialistů CD Dietary Clinic. Své praktické poznatky z diagnostiky a dietoterapie nemocí sdílí s odborníky na konferencích, školeních, v časopisech a na webových stránkách. Zajímá se zejména o vliv moderního životního stylu na molekulární procesy v těle.

Přečtěte si další články tohoto autora

Kategorie:

Genetická onemocnění