PROVJEREN SADRŽAJAutor: dr. sc. Karolina Karabin, molekularni biologinja, laboratorijska dijagnostičarka, savjetnica za prehranu i životni stil

Može li dijeta promijeniti naše gene? Mogu li naše traume iz djetinjstva utjecati na našu djecu i unuke? Odgovore na ova pitanja može dati epigenetika, odnosno znanost koja proučava tzv. epigenetske modifikacije. Trenutno se epigenetske modifikacije smatraju jednim od najvažnijih otkrića u molekularnoj biologiji, jer su omogućile razumijevanje odnosa između genetske pozadine i okolišnih čimbenika.

Epigenetikaje grana znanosti koja proučava promjene u ekspresiji gena koje ne proizlaze iz modifikacija sekvencije u lancu DNK. Takve se modifikacije nazivaju epigenetskim i one su vrsta molekularnih markera koji se dodaju lancima DNK odgovarajućim enzimima, npr. metiltransferazama.

Pomoću epigenetskih modifikacija, tijelo može kontrolirati tijek mnogih ključnih bioloških procesa, kao što je razvoj pojedinačnih tkiva i organa u maternici.

Izraz "epigenetika" prvi je upotrijebio Waddington 1942. godine. Prefiks "epi-" dolazi od grčke riječi "above", što u slobodnom prijevodu znači nešto što je iznad klasične genetike.

Epigenetika - što su epigenetske modifikacije?

Molekularni markeri dodani lancu DNK tijekom epigenetskih modifikacija mogu odrediti hoće li se gen ekspresirati ili ne, djelujući kao molekularni "prekidači" i "prekidači" koji reguliraju ekspresiju određenih gena.

Što je najvažnije, ove vrste modifikacija ne mijenjaju strukturu lanca DNK, tj. nisu vrsta genetske mutacije koja je nepovratna, već nešto što prolazi kroz dinamičke promjene pod utjecajem okolišnih čimbenika.

Osim toga, odgovarajući molekularni markeri dodaju se ili uklanjaju nakon svake stanične diobe i umnožavanja lanca DNK.

Dakle, svaka stanica ima svoj karakteristični uzorak molekularnih biljega, koji određuje njen specifični profil ekspresije gena. Zbirka takvih molekularnih markera jeepigenom .

Najpoznatija epigenetska modifikacija jeDNA metilacija , koja uključujevezivanje metilne skupine na citozin (bazni spoj koji je dio DNK).

Reverzna epigenetska modifikacija metilacije jedemetilacija , koja se sastoji u uklanjanju metilne skupine iz citozina.

Epigenetika - vrste epigenetskih modifikacija

Epigenetske modifikacije mogu izravno utjecati na DNK lanac:

  • DNA metilacija, tj. spajanje metilnih skupina s citozinom pomoću DNA metiltransferaza
  • DNK demetilacija, tj. razdvajanje metilnih skupina citozina pomoću DNA demetilaza
  • Osim toga, epigenetske modifikacije napravljene su od proteina na kojima ništa DNK nije namotano, tj. histona:
  • metilacija lizinskih i argininskih ostataka histona s histonskim metiltransferazama
  • demetilacija lizinskih i argininskih ostataka histona histonskim demetilazama
  • acetilacija histonskih lizinskih ostataka s histon acetiltransferazama
  • deacetilacija histonskih lizinskih ostataka histon deacetilazom
  • fosforilacija histonskih serinskih ostataka kinazama
  • ubikvitinacija histonskih lizinskih ostataka vezivanjem proteina ubikvitina na histone pomoću enzima E1, E2 i E3
  • ribozilacija histonskih glutamina i argininskih ostataka koja uključuje vezivanje nukleotida ADP-riboze pomoću polimeraze i transferaze

Atipične epigenetske modifikacije su tzv nekodirajuće RNA molekule npr. mikroRNA (miRNA). To su kratke, jednolančane RNA molekule (spojevi slični DNA) koje mogu regulirati ekspresiju gena blokirajući stvaranje proteina.

Epigenetika - uloga epigenetskih modifikacija

  • poboljšana ekspresija gena
  • utišavanje ekspresije gena
  • kontrola diferencijacije stanica u tijelu
  • embrionalni razvoj
  • regulacija stupnja kondenzacije kromatina, npr. inaktivacija X kromosoma, zahvaljujući kojoj je samo jedna kopija spolno vezanih gena aktivna kod žena.

Zanimljiv primjer uloge epigenetskih modifikacija u razvoju životinja su pčele. Kod ovih insekata, matica je majka svih pčela u jednoj košnici, s posljedicom da sve imaju isti slijed DNK.

Ipak, jednu košnicu nastanjuju kukci koji izgledaju i ponašaju se na drugačiji način. Radnici su manji od kraljice i blage su naravi, dok su vojnici krupniji i agresivniji.

Ove su razlike uzrokovane epigenetskim modifikacijama koje određuju izgled i ponašanje pčela prilagođenih ulozi koju imaju u zajednici košnica.

Sličan mehanizam se opaža tijekom razvojafetalne životinje, kada utišavanje i pojačavanje ekspresije specifičnih gena utječe na sudbinu dane matične stanice, bilo da će to biti živčana stanica mozga ili epitelna stanica želuca.

Epigenetika - dijeta

Epigenetske modifikacije događaju se tijekom fetalnog života, a zatim mogu proći kroz dinamične promjene tijekom života pod utjecajem okolišnih čimbenika.

Jedan od najvažnijih čimbenika koji utječu na oblik epigenoma je hrana i njezine bioaktivne tvari.

Utjecaj prehrane na epigenetsku modifikaciju potvrđen je u mnogim pretkliničkim i kliničkim studijama.

Postoje najmanje dva mehanizma pomoću kojih prehrana može utjecati na epigenetsku modifikaciju, uglavnom na proces metilacije:

  • promjenom dostupnosti donatora metila kao što je S-adenozilmetionin (SAM), koji se sintetizira u ciklusu metionina iz nekoliko prekursora prisutnih u hrani, uključujući metionin, kolin i njegov derivat betain, folnu kiselinu i vitamine B2, B6 i B12. Stoga, smanjena dostupnost ovih spojeva može rezultirati smanjenom sintezom SAM-a i poremećajima u procesu metilacije
  • modulacijom aktivnosti enzima povezanih s procesom metilacije (npr. DNMT metiltransferaze) kroz konzumaciju polifenola sadržanih u voću, povrću i začinima. Primjeri takvih spojeva su resveratrol u crnom vinu, epigalokatehin galat (EGCG) u zelenom čaju, kurkumin u rizomu kurkume, genistein u soji, sulforafan u brokuli, kvercetin u agrumima i heljdi

Utjecaj prehrane na epigenom u maternici dokumentiran je poznatim pokusom na "agouti" laboratorijskim miševima, koji se odlikuju žutom bojom dlake i predispozicijom za pretilost, dijabetes i rak.

Žuta boja krzna kod ovih miševa je vrsta pokazatelja nedovoljne metilacije gena.

U eksperimentu, trudni "agouti" miševi hranjeni su hranom s visokim sadržajem donora metila, između ostalog. folna kiselina i kolin.

Na iznenađenje znanstvenika, potomci ovih miševa nisu nalikovali svojim roditeljima. Prva uočljiva osobina bila je promjena boje dlake u smeđu, ali najviše iznenađuje to što su miševi izgubili predispoziciju za bolesti od kojih su bolovali njihovi roditelji.

Kako se pokazalo, to je bila posljedica modificirane prehrane i obnove pravilne DNK metilacije.

Ova zapažanja podržavaju činjenicu da se epigenom može promijeniti prehranom i može imati dalekosežne zdravstvene posljedice.

U posljednjemtijekom godina, također je dokazana značajna uloga crijevne mikrobiote u procesu epigenetske modifikacije.

Crijevni mikroorganizmi proizvode različite bioaktivne tvari, npr. kratkolančane masne kiseline, a njihova količina ovisi o vrsti sastava mikrobiote i kvaliteti prehrane.

Visoka količina prebiotičkih proizvoda u prehrani, kao što su topiva dijetalna vlakna, npr. rezistentni škrob, povećava koncentraciju kratkolančanih masnih kiselina, koje pozitivno utječu na epigenom crijevnih epitelnih stanica.

Epigenetika - polimorfizmi gena MTHFR

Na učinkovitost epigenetskih modifikacija mogu utjecati i genetski polimorfizmi, odnosno male promjene u genomu, čija je posljedica prisutnost različitih varijanti gena u ljudskoj populaciji.

Jedna od posljedica genetskih polimorfizama je, između ostalog. svačiji različiti odgovor na hranjive tvari.

Procjenjuje se da 15-30% ljudi može imati povećanu potrebu za donatorima metila (osobito folnom kiselinom) zbog nepovoljnih polimorfizama gena MTHFR, koji kodira enzim metilentetrahidrofolat reduktazu.

Ovaj enzim odgovoran je za pretvaranje folne kiseline u njen aktivni oblik.

Osobe s nepovoljnom varijantom polimorfizma gena MTHFR imaju poremećenu konverziju neaktivnog oblika folne kiseline u njezin aktivni oblik 5-metiltetrahidrofolat (5-MTHF), stoga imaju povećanu potrebu za donatorima metila.

I premda studije nisu nedvosmisleno potvrdile da takvi ljudi mogu imati smanjenu metilaciju DNK lanca, u njihovom slučaju vrijedi obratiti pozornost na adekvatnu opskrbu ishranom ili dodatnu suplementaciju donatora metila, poput folne kiseline ili kolina

Epigenetika - stres

Višak hormona stresa, uklj. kortizol može utjecati na epigenetske modifikacije u živčanom sustavu i povećati rizik od psihijatrijskih poremećaja.

Dokumentirano je da osobe koje pate od anksioznih poremećaja, posttraumatskog stresnog poremećaja, posttraumatskog stresnog poremećaja i depresije imaju karakterističan profil epigenetske modifikacije (uglavnom smanjenu metilaciju DNK).

Vjeruje se da razvijaju takav epigenom kao rezultat traumatskih iskustava iz djetinjstva i/ili kroničnih stresnih situacija.

Ovaj epigenetski profil održava se u njima tijekom života i vjerojatno se prenosi na djecu i unuke (poznato kao ekstragensko nasljeđe).

Epigenetika - utjecaj na zdravlje

Pogreške tijekom epigenetskih modifikacija, kao što je utišavanje ekspresije pogrešnog gena, mogu imati ozbiljne posljedice u funkcioniranjuorganizam, npr. izazvati rak.

Osim toga, sve više studija ukazuje na to da epigenetske modifikacije, osim što sudjeluju u fiziološkim procesima, mogu sudjelovati u razvoju bolesti kao što su:

  • autizam
  • shizofrenija
  • depresija
  • kardiovaskularne bolesti
  • neurodegenerativne bolesti
  • autoimune bolesti
  • alergije

Posebno se traži odnos između epigenetskih modifikacija, prehrane i rizika od određenih bolesti.

Pokazalo se da se značajne epigenetske modifikacije događaju u maternici, što može imati implikacije u odrasloj dobi.

Stoga ono što majka jede tijekom trudnoće može povećati rizik od određenih bolesti, pa čak i utjecati na sljedeću generaciju.

Dokazano je da su djeca majki koje su bile trudne tijekom zime gladi u Nizozemskoj 1944.-1945. imala povećan rizik od kardiovaskularnih bolesti, pretilosti i shizofrenije u usporedbi s djecom majki koje nisu gladovale.

Kod djece majki koje pate od gladi pronađeno je, između ostalog, smanjena metilacija gena koji kodira faktor rasta 2 sličan inzulinu (IGF2).

Vrijedi znati

Napredak epigenetike trenutno je predmet intenzivnog istraživanja u znanosti o prehrani. Postoji čak i nova disciplina koja se bavi utjecajem hranjivih tvari na ekspresiju gena, tj.nutrigenomika .

O autoruKarolina Karabin, dr.med., molekularni biologinja, laboratorijska dijagnostičarka, Cambridge Diagnostics PolskaPo struci biolog, specijaliziran za mikrobiologiju, te laboratorijski dijagnostičar s preko 10 godina iskustva u laboratorijskom radu. Diplomirala je na Visokoj školi za molekularnu medicinu i članica Poljskog društva za humanu genetiku. Voditeljica stipendija za istraživanje u Laboratoriju za molekularnu dijagnostiku na Odjelu za hematologiju, onkologiju i unutarnje bolesti Medicinskog sveučilišta u Varšavi. Obranila je titulu doktorice medicinskih znanosti iz područja medicinske biologije na 1. Medicinskom fakultetu Medicinskog sveučilišta u Varšavi. Autor mnogih znanstvenih i popularno-znanstvenih radova iz područja laboratorijske dijagnostike, molekularne biologije i prehrane. Svakodnevno, kao specijalist iz područja laboratorijske dijagnostike, vodi odjel sadržaja u Cambridge Diagnostics Polska te surađuje s timom nutricionista u CD Dietary Clinic. Svoja praktična znanja o dijagnostici i dijetoterapiji bolesti dijeli sa specijalistima na konferencijama, treninzima te u časopisima i web stranicama. Posebno ju zanima utjecaj suvremenog načina života na molekularne procese u tijelu.

Pročitajte druge članke ovog autora

Kategorija:

Genetske bolesti