menu close arrow_back_ios person_add home

Wpływ diety na epigenom człowieka, czyli jak dieta zmienia geny

Karolina Karabin

NUTRIGENETYKA

08-01-2018

15/2018

Wiele uwagi poświęca się związkowi pomiędzy podłożem genetycznym a czynnikami środowiskowymi i ich wpływowi na fenotyp człowieka. Jednak niewiele wspomina się w tym kontekście o zjawiskach epigenetycznych. Zjawiska epigenetycznie i zajmująca się nimi nauka – epigenetyka są łącznikiem pomiędzy podłożem genetycznym a czynnikami środowiskowymi. Jednym z najważniejszych elementów modulujących epigenom człowieka jest żywność, ponieważ może ona nieść w sobie informację, która modyfikuje ekspresję genów w komórce i tym samym może wpływać na tempo starzenia się organizmu oraz ryzyko rozwoju chorób. Bardzo często stosowany jest skrót myślowy: ”dieta zmienia geny”, ale poprawniejszym określeniem jest „dieta zmienia epigenom”.

Co to jest epigenom?

Epigenom można opisać jako zbiór znaczników molekularnych znajdujących się w genomie. Znaczniki molekularne są dodawane do genomu poprzez odpowiednie enzymy, np. metylotransferazy, które przenoszą grupy metylowe, czy acetylazy, które przenoszą grupy acetylowe. Znaczniki te mogą decydować o tym, czy dany gen ulega ekspresji, czy nie. Dlatego modyfikacje epigenetyczne są jak „włączniki” i „wyłączniki”, które regulują ekspresję poszczególnych genów. Co najważniejsze, tego typu zmiany nie zmieniają struktury DNA, czyli nie są rodzajem mutacji genetycznej, która jest nieodwracalna, lecz czymś, co ulega dynamicznym zmianom pod wpływem czynników środowiskowych. Obecność znaczników molekularnych pełni istotną rolę podczas specjalizacji poszczególnych komórek, ponieważ trzeba mieć na uwadze, że ogromna różnorodność komórek w organizmie powstaje tylko z jednego genotypu.

Do mechanizmów epigenetycznych zaliczamy: metylację DNA, modyfikacje enzymatyczne histonów oraz niekodujące mikroRNA3. W artykule zostaną omówione dwa pierwsze mechanizmy.

 

Metylacja DNA i dziedziczenie epigenomu

Najlepiej poznaną modyfikacją epigenetyczną jest metylacja DNA, która polega na przyłączeniu do cytozyny grupy metylowej. Odwrotnym zjawiskiem do metylacji jest demetylacja, czyli usunięcie grupy metylowej z cytozyny; jest ona katalizowana przez demetylazy. Metylacja jest procesem dynamicznym, ponieważ po każdym podziale komórki i replikacji DNA grupy metylowe mogą być dodawane lub usuwane. Każda komórka posiada swój charakterystyczny wzór metylacji, który warunkuje profil ekspresji genów. Zmiany statusu metylacji w DNA za pośrednictwem składników pokarmowych mogą zachodzić poprzez: (1) zmianę dostępności donorów grup metylowych lub\i (2) modulowanie aktywności enzymów związanych z procesem metylacji3.

Kwas foliowy jest intensywnie badany z uwagi na jego związek z procesami metylacji. Niedostateczna podaż kwasu foliowego może prowadzić do zmniejszenia syntezy S-adenozylometioniny (SAM), która jest ważnym donorem grupy metylowej w reakcjach komórkowych. Zmniejszona dostępność SAM skutkuje niewystarczającą metylacją DNA podczas replikacji. Stan taki nazywamy hipometylacją i może on prowadzić do niestabilności genetycznej i uaktywnienia genów np. związanych z transformacją nowotworową. Dodatkowo inny metabolit komórkowy S-adenozylohomocysteina (SAH) jest inhibitorem metylotransferaz i może nasilać hipometylację. Hipometylacja DNA jest obserwowana w nowotworach piersi, jajnika, prostaty, wątroby i białaczkach4. Ponadto hipometylacja może tłumaczyć nadaktywność limfocytów T w niektórych chorobach autoimmunologicznych – reumatoidalnym zapaleniu stawów, toczniu rumieniowatym układowym, twardzinie i zespole Sjögrena5, 6. Każdy składnik pokarmowy lub inny czynnik wpływający na poziom SAM i SAH mogą pośrednio modulować metylację. Inne ważne donory grupy metylowej to metionina, cholina i jej pochodna betaina oraz witamina B12, które są zaangażowane w szlak metylacji. Uproszczony schemat szlaku metylacji w komórce został przedstawiony na rysunku 1.

Wiele uwagi poświęca się związkowi pomiędzy podłożem genetycznym a czynnikami środowiskowymi i ich wpływowi na fenotyp człowieka. Jednak niewiele wspomina się w tym kontekście o zjawiskach epigenetycznych. Zjawiska epigenetycznie i zajmująca się nimi nauka – epigenetyka są łącznikiem pomiędzy podłożem genetycznym a czynnikami środowiskowymi. Jednym z najważniejszych elementów modulujących epigenom człowieka jest żywność, ponieważ może ona nieść w sobie informację, która modyfikuje ekspresję genów w komórce i tym samym może wpływać na tempo starzenia się organizmu oraz ryzyko rozwoju chorób. Bardzo często stosowany jest skrót myślowy: ”dieta zmienia geny”, ale poprawniejszym określeniem jest „dieta zmienia epigenom”.

Chcesz przeczytać więcej?

Pełna treść artykułu, wraz z załącznikami do pobrania, dostępna jest dla prenumeratorów czasopisma, po zalogowaniu się.


O autorze

Karolina Karabin

CZYTAM ARTYKUŁY

Biolog molekularny, diagnosta laboratoryjny, konsultant ds. żywienia i stylu życia. Z wykształcenia biolog ze specjalizacją mikrobiologia i diagnosta laboratoryjny, z ponad 10-letnim stażem w pracy laboratoryjnej. Absolwentka Studium Medycyny Molekularnej oraz członek Polskiego Towarzystwa Genetyki Człowieka. Kierownik grantów naukowych realizowanych w Pracowni Diagnostyki Molekularnej przy Klinice Hematologii, Onkologii i Chorób Wewnętrznych WUM. Tytuł doktora nauk medycznych w zakresie biologii medycznej obroniła na I Wydziale Lekarskim WUM. W pracy naukowej interesują ją mechanizmy molekularne powstawania różnych chorób, ponieważ jest to klucz do ich zapobiegania i punkt wyjścia do opracowywania skutecznych terapii. Z tego powodu w swojej pracy doktorskiej zajmowała się zagadnieniem podłoża genetycznego białaczek u dorosłych i możliwością zastosowania u nich terapii celowanych. Autorka wielu prac naukowych i popularnonaukowych z zakresu diagnostyki laboratoryjnej, biologii molekularnej i żywienia. Jej pasją jest dietetyka i tematy związane ze zdrowiem przewodu pokarmowego. Szczególnie interesuje ją wpływ szeroko pojętego współczesnego stylu życia na procesy molekularne w organizmie i długowieczność. Wiedzą dotyczącą diagnostyki i dietoterapii chorób dzieli się ze specjalistami i pacjentami na konferencjach, szkoleniach, webinarach oraz na łamach czasopism branżowych i portali internetowych, a także na swoim koncie na Instagramie @dr_karabin