Kan kost ændre vores gener? Kan vores barndomstraumer påvirke vores børn og børnebørn? Svar på disse spørgsmål kan leveres af epigenetik, dvs. videnskaben, der studerer den såkaldte epigenetiske ændringer. I øjeblikket betragtes epigenetiske ændringer som en af de vigtigste opdagelser i molekylærbiologi, da de tillod forståelse af forholdet mellem den genetiske baggrund og miljøfaktorer.
Indholdsfortegnelse:
- Epigenetik - hvad er epigenetiske ændringer?
- Epigenetik - typer af epigenetiske ændringer
- Epigenetik - rollen af epigenetiske ændringer
- Epigenetik - diæt
- Epigenetik - MTHFR-genpolymorfier
- Epigenetik - stress
- Epigenetik - indvirkning på sundheden
Epigenetik er en gren af videnskaben, der studerer ændringer i genekspression, der ikke skyldes sekvensændringer i DNA-strengen. Sådanne modifikationer kaldes epigenetiske modifikationer, og de er en type molekylære markører, der føjes til DNA-tråde ved hjælp af passende enzymer, fx methyltransferaser.
Ved hjælp af epigenetiske ændringer kan kroppen kontrollere forløbet af mange vigtige biologiske processer, såsom udviklingen af individuelle væv og organer i livmoderen.
Udtrykket "epigenetik" blev først brugt af Waddington i 1942. Præfikset "epi-" kommer fra det græske ord "ovenfor", som løst oversat betyder noget, der ligger over klassisk genetik.
Epigenetik - hvad er epigenetiske ændringer?
Molekylære markører tilsat til en DNA-streng under epigenetisk modifikation kan afgøre, om et givet gen udtrykkes eller ej, der fungerer som molekylære "switches" og "switches", der regulerer ekspressionen af bestemte gener.
Vigtigst er det, at disse typer ændringer ikke ændrer DNA-strengens struktur, dvs. de er ikke en type genetisk mutation, der er irreversibel, men noget, der gennemgår dynamiske ændringer under påvirkning af miljøfaktorer.
Derudover tilføjes eller fjernes passende molekylære markører efter hver celledeling og DNA-streng-duplikering.
Derfor har hver celle sit eget karakteristiske mønster af molekylære markører, der bestemmer dens specifikke genekspressionsprofil. Samlingen af sådanne molekylære markører kaldes epigenomet.
Den bedst kendte epigenetiske modifikation er DNA-methylering, som består i at binde en methylgruppe til cytosin (en basisk forbindelse, der er en del af DNA).
Til gengæld er den omvendte epigenetiske modifikation af methylering demethylering, som består i at fjerne methylgruppen fra cytosinet.
Epigenetik - typer af epigenetiske ændringer
Epigenetiske ændringer kan direkte påvirke DNA-strengene:
- DNA-methylering, dvs. binding af methylgrupper til cytosin ved hjælp af DNA-methyltransferaser
- DNA-demethylering, dvs. fjernelse af methylgrupper fra cytosin ved hjælp af DNA-demethylaser
- Derudover foretages epigenetiske ændringer af proteiner, på hvilke intet DNA er viklet, dvs. histoner:
- methylering af lysin og argininrester af histoner med histonmethyltransferaser
- demethylering af lysin- og argininrester af histoner med histondemethylaser
- acetylering af histonlysinrester med histonacetyltransferaser
- deacetylering af histonlysinrester med histondeacetylase
- phosphorylering af histonserinrester med kinaser
- ubiquitinering af histonlysinrester ved at binde ubiquitinprotein til histoner ved anvendelse af enzymerne E1, E2 og E3
- ribosylering af histonglutamin og argininrester, der involverer binding af ADP-ribosenukleotider ved anvendelse af polymerase og transferase
Atypisk epigenetisk modifikation er den såkaldte ikke-kodende RNA-molekyler, fx microRNA (miRNA). De er korte enkeltstrengede RNA-molekyler (DNA-lignende forbindelser), der kan regulere genekspression ved at blokere dannelsen af proteiner.
Epigenetik - rollen af epigenetiske ændringer
- forbedret genekspression
- dæmpning af genekspression
- kontrol af celledifferentiering i kroppen
- embryonal udvikling
- regulering af graden af kromatinkondensation, fx inaktivering af X-kromosomet, takket være hvilket kun en kopi af kønsbundne gener er aktive hos kvinder.
Bier er et interessant eksempel på den rolle, epigenetisk modifikation spiller i dyreudviklingen. I disse insekter er dronningen mor til alle bierne i en bikube med den konsekvens, at de alle har den samme DNA-sekvens.
Alligevel er en bikube beboet af insekter, der ser ud og opfører sig anderledes. Arbejderne er mindre end dronningen og har et mildt temperament, mens soldaterne er større og aggressive.
Disse forskelle er forårsaget af epigenetiske ændringer, der bestemmer biernes udseende og adfærd tilpasset den rolle, de spiller i bikubesamfundet.
En lignende mekanisme observeres under fosterudviklingen af dyr, når lyddæmpning og forstærkning af ekspressionen af specifikke gener påvirker skæbnen for en given stamcelle, hvad enten det vil være en hjernens nervecelle eller en gastrisk epitelcelle.
Epigenetik - diæt
Epigenetiske ændringer forekommer allerede under fostrets liv og kan derefter gennemgå dynamiske ændringer gennem hele livet under påvirkning af miljøfaktorer.
En af de vigtigste faktorer, der påvirker epigenomets form, er mad og dets bioaktive stoffer.
Diætets indflydelse på epigenetiske ændringer er blevet bekræftet i mange prækliniske og kliniske studier.
Der er mindst to mekanismer, hvorved diæt kan påvirke epigenetisk modifikation, hovedsagelig methyleringsprocessen:
- ved at ændre tilgængeligheden af methyldonorer som S-adenosylmethionin (SAM), som syntetiseres i methionincyklussen fra flere forstadier, der er til stede i mad, inklusive methionin, cholin og dets derivat betain, folinsyre og vitamin B2, B6 og B12. Derfor kan den reducerede tilgængelighed af disse forbindelser resultere i nedsat SAM-syntese og forstyrrelse af methyleringsprocessen
- ved at modulere aktiviteten af enzymer relateret til methyleringsprocessen (fx DNMT methyltransferase) gennem indtagelse af polyphenoler indeholdt i frugt, grøntsager og krydderier. Eksempler på sådanne forbindelser er resveratrol i rødvin, epigallocatechingallat (EGCG) i grøn te, curcumin i gurkemeje rhizom, genistein i sojabønner, sulforaphane i broccoli, quercetin i citrusfrugter og boghvede
Effekten af diæt på epigenom in utero blev dokumenteret af det berømte eksperiment på "agouti" laboratoriemus, der er kendetegnet ved en gul pelsfarve og en tilbøjelighed til fedme, diabetes og kræft.
Pelsens gule farve i disse mus er en slags indikator for utilstrækkelig genmethylering.
I eksperimentet blev gravide "agouti" mus fodret med mad med et højt indhold af blandt andet methyldonorer. folinsyre og cholin.
Til forskernes overraskelse lignede disse muses afkom ikke deres forældre. Det første bemærkelsesværdige træk var ændringen i pelsfarve til brun, men det mest overraskende var, at musene mistede deres disposition for sygdomme, som deres forældre led af.
Som det viste sig, var dette en konsekvens af en modificeret diæt og gendannelse af normal DNA-methylering.
Disse observationer understøtter det faktum, at epigenomet kan ændres ved hjælp af diæt og kan have vidtrækkende sundhedsmæssige konsekvenser.
I de senere år er en betydelig rolle for tarmmikrobiota i den epigenetiske modifikationsproces også blevet påvist.
Tarmmikroorganismerne producerer forskellige bioaktive stoffer, fx kortkædede fedtsyrer, og deres mængde afhænger af artssammensætningen af mikrobiotaen og diætens kvalitet.
Et stort udbud af præbiotiske produkter i kosten, såsom opløselig kostfiber, fx resistent stivelse, øger koncentrationen af kortkædede fedtsyrer, som positivt påvirker epigenomet i tarmepitelceller.
Epigenetik - MTHFR-genpolymorfier
Effektiviteten af epigenetiske modifikationer kan også påvirkes af genetiske polymorfier, dvs. små ændringer i genomet, hvis konsekvens er tilstedeværelsen af forskellige genvarianter i den menneskelige befolkning.
En af konsekvenserne af genetiske polymorfier er blandt andre. alles forskellige reaktion på næringsstoffer.
Det anslås, at 15-30% af mennesker kan have et øget behov for methyldonorer (især folsyre) på grund af ugunstige polymorfier af MTHFR-genet, som koder for enzymet methylentetrahydrofolatreduktase.
Dette enzym er ansvarlig for at omdanne folsyre til sin aktive form.
Mennesker med en ugunstig variant af MTHFR-genpolymorfisme har nedsat omdannelse af den inaktive form af folsyre til dens aktive form 5-methyltetrahydrofolat (5-MTHF), derfor har de et øget behov for methyldonorer.
Og selvom forskningen ikke klart har bekræftet, at sådanne mennesker kan have reduceret methylering af DNA-tråde, er det i deres tilfælde værd at være opmærksom på en tilstrækkelig forsyning i kosten eller yderligere tilskud af methyldonorer såsom folinsyre eller cholin.
Epigenetik - stress
Overskydende stresshormoner, blandt andre Cortisol kan påvirke epigenetiske ændringer i nervesystemet og øge risikoen for psykiatriske lidelser.
Det er blevet dokumenteret, at mennesker, der lider af angstlidelser, posttraumatisk stresslidelse, posttraumatisk stresslidelse og depression, har en karakteristisk epigenetisk modifikationsprofil (hovedsageligt reduceret DNA-methylering).
Et sådant epigenom menes at være formet af barndoms traumatiske oplevelser og / eller kroniske stressende situationer.
Denne epigenetiske profil opretholdes i hele deres liv i dem og overføres sandsynligvis til børn og børnebørn (såkaldt ekstragen arv).
Epigenetik - indvirkning på sundheden
Fejl under epigenetiske modifikationer, såsom dæmpning af ekspressionen af det forkerte gen, kan forårsage alvorlige konsekvenser i kroppens funktion, fx forårsage kræft.
Desuden viser flere og flere undersøgelser, at epigenetiske ændringer ud over at deltage i fysiologiske processer kan deltage i udviklingen af sygdomme såsom:
- autisme
- skizofreni
- depression
- hjerte-kar-sygdomme
- neurodegenerative sygdomme
- autoimmune sygdomme
- allergier
Især søges forholdet mellem epigenetiske modifikationer, diæt og risikoen for specifikke sygdomme.
Det er vist, at signifikante epigenetiske ændringer forekommer i utero, hvilket kan have implikationer i voksenalderen.
Derfor kan det, som moderen spiser under graviditeten, øge risikoen for visse sygdomme og endda påvirke den næste generation.
Det er bevist, at børn af mødre, der var gravide i den sultne vinter i Holland i 1944-1945, havde en øget risiko for hjerte-kar-sygdomme, fedme og skizofreni sammenlignet med børn af mødre, der ikke sulte.
Hos børn af sultne mødre blev det fundet reduceret methylering af genet, der koder for insulinlignende vækstfaktor 2 (IGF2).
Værd at videFremskridt inden for epigenetik er i øjeblikket genstand for intens forskning inden for ernæringsvidenskab. Der er endda en ny disciplin, der beskæftiger sig med indflydelse af næringsstoffer på genekspression, dvs. nutrigenomics.
Litteratur
- Moosavi A. og Motevalizadeh A. Rolle for epigenetik i biologi og menneskelige sygdomme. Iran Biomed J. 2016, 20 (5), 246-258.
- Choi S. W. og Friso S. Epigenetics: En ny bro mellem ernæring og sundhed. Adv Nutr. 2010, 1 (1), 8-16.
- Karabin K. Effekt af diæt på humant epigenom, eller hvordan kosten ændrer gener. Moderne diætetik 15/2018.
- Dmitrzak-Węglarz M. og Hauser J. Epigenetiske mekanismer i psykiske sygdomme og kognitive lidelser. Psykiatri 2009; 6, 2, 51–60.
- Poczęta M. et al. Epigenetiske modifikationer og genekspression i neoplasma. Ann. Acad. Med. Siles. 2018.72, 80-89.
- Glad C. et al. Reduceret DNA-methylering og psykopatologi efter endogen hyperkortisolisme - en genomomfattende undersøgelse. Videnskabelige rapporter 2017, 7, 44445.
- Shin W. et al. Kolinindtag, der overstiger de nuværende diætanbefalinger, bevarer markører for cellulær methylering i en genetisk undergruppe af folatkompromitterede mænd. J Nutr. 2010, 140, 5, 975-980.
Læs andre tekster af denne forfatter
