VERIFIERAD INNEHÅLLFörfattare: Karolina Karabin, MD, PhD, molekylärbiolog, laboratoriediagnotiker, kost- och livsstilskonsult

Kan kosten förändra våra gener? Kan våra barndomstraum påverka våra barn och barnbarn? Svar på dessa frågor kan ges av epigenetik, det vill säga vetenskapen som studerar den sk epigenetiska modifieringar. För närvarande anses epigenetiska modifieringar vara en av de viktigaste upptäckterna inom molekylärbiologi, eftersom de möjliggjorde förståelsen av sambandet mellan den genetiska bakgrunden och miljöfaktorer.

Epigenetikär en vetenskapsgren som studerar förändringar i genuttryck som inte är ett resultat av sekvensmodifieringar i en DNA-sträng. Sådana modifieringar kallas epigenetiska och de är en typ av molekylära markörer som läggs till DNA-strängar av lämpliga enzymer, t.ex. metyltransferaser.

Med hjälp av epigenetiska modifieringar kan kroppen kontrollera förloppet av många viktiga biologiska processer, såsom utvecklingen av individuella vävnader och organ i livmodern

Termen "epigenetik" användes först av Waddington 1942. Prefixet "epi-" kommer från det grekiska ordet "ovan", som löst översatt betyder något som står över klassisk genetik.

Epigenetik - vad är epigenetiska modifieringar?

Molekylära markörer som läggs till en DNA-sträng under epigenetiska modifieringar kan avgöra om en gen uttrycks eller inte, och fungerar som molekylära "switchar" och "switchar" som reglerar uttrycket av särskilda gener.

Det viktigaste är att dessa typer av modifieringar inte ändrar strukturen på DNA-strängen, det vill säga de är inte en typ av genetisk mutation som är irreversibel, utan något som genomgår dynamiska förändringar under påverkan av miljöfaktorer.

Dessutom läggs eller avlägsnas lämpliga molekylära markörer efter varje celldelning och DNA-strängduplicering.

Därför har varje cell sitt eget karakteristiska mönster av molekylära markörer, som bestämmer dess specifika genuttrycksprofil. Samlingen av sådana molekylära markörer ärepigenom .

Den mest kända epigenetiska modifieringen ärDNA-metylering , som involverarfästa en metylgrupp till cytosin (en basisk förening som är en del av DNA).

Den omvända epigenetiska modifieringen av metylering ärdemetylering , som består i att ta bort metylgruppen från cytosin.

Epigenetik - typer av epigenetisk modifiering

Epigenetiska modifieringar kan direkt påverka DNA-strängen:

  • DNA-metylering, d.v.s. sammanfogning av metylgrupper till cytosin med hjälp av DNA-metyltransferaser
  • DNA-demetylering, d.v.s. separation av cytosinmetylgrupper med hjälp av DNA-demetylaser
  • Dessutom är epigenetiska modifieringar gjorda av proteiner på vilka inget DNA är lindat, d.v.s. histoner:
  • metylering av lysin- och argininrester av histoner med histonmetyltransferaser
  • demetylering av lysin- och argininrester av histoner med histondemetylaser
  • acetylering av histonlysinrester med histonacetyltransferaser
  • deacetylering av histonlysinrester med histondeacetylas
  • fosforylering av histon-serinrester av kinaser
  • ubiquitinering av histonlysinrester genom att fästa ubiquitinprotein till histoner med hjälp av enzymerna E1, E2 och E3
  • ribosylering av histon-glutamin- och argininrester som involverar bindning av ADP-ribosnukleotider med polymeras och transferas

Atypisk epigenetisk modifiering är de så kallade icke-kodande RNA-molekyler, t ex mikroRNA (miRNA). De är korta, enkelsträngade RNA-molekyler (DNA-liknande föreningar) som kan reglera genuttryck genom att blockera bildningen av proteiner.

Epigenetik - rollen av epigenetiska modifieringar

  • förbättrat genuttryck
  • tystar genuttryck
  • kontroll av celldifferentiering i kroppen
  • embryonal utveckling
  • reglering av graden av kromatinkondensering, t.ex. inaktivering av X-kromosomen, tack vare vilken endast en kopia av könsbundna gener är aktiv hos kvinnor.

Ett intressant exempel på epigenetiska modifieringars roll i djurens utveckling är bin. Hos dessa insekter är drottningen mor till alla bin i en kupa, med följden att de alla har samma DNA-sekvens.

Ändå är en kupa bebodd av insekter som ser ut och beter sig på ett annat sätt. Arbetarna är mindre än drottningen och har ett mildt humör, medan soldaterna är större och aggressiva.

Dessa skillnader orsakas av epigenetiska modifieringar som bestämmer binas utseende och beteende anpassade till den roll de spelar i bikupan

En liknande mekanism observeras under utvecklingfosterdjur, när man tystar och förstärker uttrycket av specifika gener påverkar en given stamcells öde, oavsett om det kommer att vara en nervcell i hjärnan eller en epitelcell i magen.

Epigenetik - diet

Epigenetiska modifieringar inträffar under fosterlivet och kan sedan genomgå dynamiska förändringar under hela livet under påverkan av miljöfaktorer

En av de viktigaste faktorerna som påverkar formen på epigenomet är maten och dess bioaktiva ämnen.

Dietens inverkan på epigenetisk modifiering har bekräftats i många prekliniska och kliniska studier

Det finns åtminstone två mekanismer genom vilka kosten kan påverka epigenetisk modifiering, främst metyleringsprocessen:

  • genom att ändra tillgängligheten av metyldonatorer som S-adenosylmetionin (SAM), som syntetiseras i metionincykeln från flera prekursorer som finns i mat, inklusive metionin, kolin och dess derivat betain, folsyra och vitaminer B2, B6 och B12. Därför kan den minskade tillgängligheten av dessa föreningar resultera i minskad SAM-syntes och störningar i metyleringsprocessen
  • genom att modulera aktiviteten hos enzymer relaterade till metyleringsprocessen (t.ex. DNMT-metyltransferas) genom konsumtion av polyfenoler som finns i frukt, grönsaker och kryddor. Exempel på sådana föreningar är resveratrol i rött vin, epigallokatekin gallat (EGCG) i grönt te, curcumin i gurkmeja rhizom, genistein i sojabönor, sulforafan i broccoli, quercetin i citrusfrukter och bovete

Dietens inverkan på epigenomet in utero dokumenterades av det berömda experimentet på "agouti" laboratoriemöss, som kännetecknas av en gul pälsfärg och en predisposition för fetma, diabetes och cancer.

Den gula färgen på pälsen hos dessa möss är en slags indikator på otillräcklig genmetylering

I experimentet matades gravida "agouti"-möss mat med en hög h alt av bland annat metyldonatorer. folsyra och kolin

Till forskarnas förvåning liknade inte avkomman till dessa möss sina föräldrar. Det första märkbara draget var förändringen i pälsfärg till brun, men det mest överraskande var att mössen förlorade sin benägenhet för sjukdomar som deras föräldrar led av.

Som det visade sig var det en konsekvens av en modifierad diet och återställande av korrekt DNA-metylering

Dessa observationer stödjer det faktum att epigenomet kan förändras genom kosten och kan få långtgående hälsokonsekvenser.

I den sistaunder åren har en betydande roll för tarmmikrobiotan i processen för epigenetisk modifiering också visats.

Tarmmikroorganismerna producerar olika bioaktiva ämnen, t ex kortkedjiga fettsyror, och deras mängd beror på artsammansättningen av mikrobiotan och kvaliteten på kosten.

Ett stort utbud av prebiotiska produkter i kosten, såsom lösliga kostfibrer, t ex resistent stärkelse, ökar koncentrationen av kortkedjiga fettsyror, som positivt påverkar epigenomet hos tarmepitelceller.

Epigenetik - MTHFR-genpolymorfismer

Effektiviteten av epigenetiska modifieringar kan också påverkas av genetiska polymorfismer, d.v.s. små förändringar i genomet, vars konsekvens är närvaron av olika genvarianter i den mänskliga populationen.

En av konsekvenserna av genetiska polymorfismer är bl.a. allas olika reaktioner på näringsämnen.

Det uppskattas att 15-30 % av människor kan ha ett ökat behov av metyldonatorer (särskilt folsyra) på grund av ogynnsamma polymorfismer av MTHFR-genen, som kodar för enzymet metylentetrahydrofolatreduktas

Detta enzym är ansvarigt för att omvandla folsyra till dess aktiva form.

Människor med en ogynnsam variant av MTHFR-genen polymorfism har försämrad omvandling av den inaktiva formen av folsyra till dess aktiva form 5-metyltetrahydrofolat (5-MTHF), därför har de ett ökat behov av metyldonatorer.

Och även om studier inte entydigt har bekräftat att sådana människor kan ha minskad DNA-strängsmetylering, är det i deras fall värt att uppmärksamma en tillräcklig tillgång i kosten eller ytterligare tillskott av metyldonatorer, såsom folsyra eller kolin

Epigenetik - stress

Överskott av stresshormoner, inkl. kortisol kan påverka epigenetiska modifieringar i nervsystemet och öka risken för psykiatriska störningar

Det har dokumenterats att personer som lider av ångestsyndrom, posttraumatiskt stressyndrom, posttraumatiskt stressyndrom och depression har en karakteristisk epigenetisk modifieringsprofil (främst minskad DNA-metylering).

De tros utveckla ett sådant epigenom som ett resultat av traumatiska upplevelser i barndomen och/eller kroniska stressiga situationer.

Den här epigenetiska profilen upprätthålls i dem under hela deras liv och överförs förmodligen till barn och barnbarn (känd som extrageniskt arv).

Epigenetik - påverkan på hälsan

Fel under epigenetiska modifieringar, som att tysta uttrycket av en felaktig gen, kan få allvarliga konsekvenser för funktionen hosorganismen, t.ex. orsaka cancer.

Dessutom tyder fler och fler studier på att epigenetiska modifieringar, förutom att delta i fysiologiska processer, kan delta i utvecklingen av sjukdomar som:

  • autism
  • schizofreni
  • depression
  • hjärt-kärlsjukdomar
  • neurodegenerativa sjukdomar
  • autoimmuna sjukdomar
  • allergier

Särskilt eftersträvas sambandet mellan epigenetiska modifieringar, kost och risken för vissa sjukdomar.

Det har visats att betydande epigenetiska modifieringar inträffar i livmodern, vilket kan ha konsekvenser i vuxen ålder.

Därför kan det mamman äter under graviditeten öka risken för vissa sjukdomar och till och med påverka nästa generation

Det har bevisats att barn till mödrar som var gravida under hungervintern i Nederländerna 1944-1945 hade en ökad risk för hjärt- och kärlsjukdomar, fetma och schizofreni jämfört med barn till mödrar som inte svälter.

Hos barn till mödrar som led av hunger hittades bl.a. minskad metylering av genen som kodar för insulinliknande tillväxtfaktor 2 (IGF2)

Värt att veta

Epigenetikens framsteg är för närvarande föremål för intensiv forskning inom näringsvetenskap. Det finns till och med en ny disciplin som handlar om näringsämnenas inverkan på genuttryck, dvsnutrigenomics .

Om författarenKarolina Karabin, MD, PhD, molekylärbiolog, laboratoriediagnotiker, Cambridge Diagnostics PolskaEn biolog till yrket, specialiserad på mikrobiologi, och en laboratoriediagnotiker med över 10 års erfarenhet av laboratoriearbete. Utexaminerad från College of Molecular Medicine och medlem av Polish Society of Human Genetics. Chef för forskningsanslag vid Laboratory of Molecular Diagnostics vid institutionen för hematologi, onkologi och inre sjukdomar vid Warszawas medicinska universitet. Hon försvarade titeln doktor i medicinska vetenskaper inom området medicinsk biologi vid 1:a medicinska fakulteten vid det medicinska universitetet i Warszawa. Författare till många vetenskapliga och populärvetenskapliga verk inom laboratoriediagnostik, molekylärbiologi och nutrition. Till vardags driver han som specialist inom området laboratoriediagnostik innehållsavdelningen på Cambridge Diagnostics Polska och samarbetar med ett team av nutritionister på CD Dietary Clinic. Han delar med sig av sin praktiska kunskap om diagnostik och kostterapi av sjukdomar med specialister på konferenser, utbildningar och i tidningar och webbplatser. Hon är särskilt intresserad av den moderna livsstilens inflytande på molekylära processer i kroppen.

Läs andra artiklar av denna författare

Kategori:

Genetiska sjukdomar