DOĞRULANMIŞ İÇERİKYazar: Karolina Karabin, MD, PhD, moleküler biyolog, laboratuvar teşhis uzmanı, beslenme ve yaşam tarzı danışmanı

Diyet Genlerimizi Değiştirebilir mi? Çocukluk Travmalarımız Çocuklarımızı ve Torunlarımızı Etkileyebilir mi? Bu soruların cevapları epigenetik tarafından sağlanabilir, yani. sözde bilimi inceleyen bilim. epigenetik modifikasyonlar. Şu anda, epigenetik modifikasyonlar, genetik arka plan ve çevresel faktörler arasındaki ilişkinin anlaşılmasına izin verdiği için moleküler biyolojideki en önemli keşiflerden biri olarak kabul edilmektedir.

Epigenetik , bir DNA dizisindeki dizi modifikasyonlarından kaynaklanmayan gen ifadesindeki değişiklikleri inceleyen bir bilim dalıdır. Bu tür modifikasyonlara epigenetik denir ve bunlar uygun enzimler, örneğin metiltransferazlar tarafından DNA ipliklerine eklenen bir tür moleküler markördür.

Epigenetik modifikasyonlar sayesinde vücut, rahimdeki bireysel doku ve organların gelişimi gibi birçok önemli biyolojik sürecin gidişatını kontrol edebilir.

"Epigenetik" terimi ilk kez 1942'de Waddington tarafından kullanıldı. "Epi-" öneki, Yunanca "yukarıda" kelimesinden gelir, bu da gevşekçe çevrilmiş, klasik genetiğin üzerinde bir şey anlamına gelir.

Epigenetik - epigenetik modifikasyonlar nelerdir?

Epigenetik modifikasyonlar sırasında bir DNA zincirine eklenen moleküler markörler, belirli genlerin ifadesini düzenleyen moleküler "anahtarlar" ve "anahtarlar" olarak hareket ederek bir genin ifade edilip edilmediğini belirleyebilir.

En önemlisi, bu tür modifikasyonlar DNA zincirinin yapısını değiştirmez, yani geri dönüşü olmayan bir tür genetik mutasyon değil, çevresel faktörlerin etkisi altında dinamik değişikliklere uğrayan bir şeydir.

Ek olarak, her hücre bölünmesinden ve DNA iplikçik duplikasyonundan sonra uygun moleküler markörler eklenir veya çıkarılır.

Bu nedenle, her hücrenin kendi spesifik gen ekspresyon profilini belirleyen kendi karakteristik moleküler markör modeli vardır. Bu tür moleküler belirteçlerin toplanmasıepigenom 'dir.

En iyi bilinen epigenetik modifikasyon,DNA metilasyonudur.bir metil grubunun sitozine (DNA'nın parçası olan temel bir bileşik) bağlanması.

Metilasyonun ters epigenetik modifikasyonudemetilasyondur , metil grubunun sitozinden çıkarılmasından oluşur.

Epigenetik - epigenetik modifikasyon türleri

Epigenetik modifikasyonlar DNA zincirini doğrudan etkileyebilir:

  • DNA metilasyonu, yani DNA metiltransferazlar aracılığıyla metil gruplarının sitozine bağlanması
  • DNA demetilasyonu, yani DNA demetilazları vasıtasıyla sitozin metil gruplarının ayrılması
  • Ek olarak, üzerine hiçbir DNA'nın sarılmadığı proteinlerden, yani histonlardan epigenetik modifikasyonlar yapılır:
  • histon metiltransferazları ile histonların lizin ve arginin kalıntılarının metilasyonu
  • histon demetilazları ile histonların lizin ve arginin kalıntılarının demetilasyonu
  • histon lizin kalıntılarının histon asetiltransferazlarla asetilasyonu
  • histon deasetilaz tarafından histon lizin kalıntılarının deasetilasyonu
  • histon serin kalıntılarının kinazlar tarafından fosforilasyonu
  • E1, E2 ve E3 enzimleri kullanılarak histonlara ubikuitin proteini eklenerek histon lizin kalıntılarının yaygınlaştırılması
  • ADP-riboz nükleo titlerinin polimeraz ve transferaz kullanılarak bağlanmasını içeren histon glutamin ve arginin kalıntılarının ribozilasyonu

Atipik epigenetik modifikasyon sözde kodlamayan RNA molekülleri, örneğin mikroRNA (miRNA). Protein oluşumunu bloke ederek gen ekspresyonunu düzenleyebilen kısa, tek sarmallı RNA molekülleridir (DNA benzeri bileşikler).

Epigenetik - epigenetik değişikliklerin rolü

  • gelişmiş gen ifadesi
  • gen ifadesini susturmak
  • vücutta hücre farklılaşmasının kontrolü
  • embriyonik gelişim
  • kromatin yoğunlaşma derecesinin düzenlenmesi, örneğin kadınlarda cinsiyete bağlı genlerin yalnızca bir kopyasının aktif olması sayesinde X kromozomunun inaktivasyonu.

Epigenetik modifikasyonların hayvan gelişimindeki rolünün ilginç bir örneği arılardır. Bu böceklerde kraliçe arı tek bir kovandaki tüm arıların annesidir ve sonuç olarak hepsinin aynı DNA dizisine sahip olmasıdır.

Bununla birlikte, bir kovanda farklı görünen ve davranan böcekler yaşar. İşçiler kraliçeden daha küçük ve yumuşak huylu, askerler ise daha iri ve agresif.

Bu farklılıklara, arıların kovan topluluğunda oynadıkları role adapte olmuş görünüm ve davranışlarını belirleyen epigenetik değişiklikler neden olur.

Geliştirme sırasında benzer bir mekanizma gözlemlenirFetal hayvanlar, belirli genlerin ekspresyonunu sustururken ve arttırırken, ister beynin sinir hücresi isterse midenin epitel hücresi olsun, belirli bir kök hücrenin kaderini etkiler.

Epigenetik - diyet

Epigenetik değişiklikler fetal yaşam sırasında meydana gelir ve daha sonra çevresel faktörlerin etkisi altında yaşam boyunca dinamik değişikliklere uğrayabilir.

Epigenomun şeklini etkileyen en önemli faktörlerden biri gıda ve onun biyoaktif maddeleridir.

Diyetin epigenetik modifikasyon üzerindeki etkisi birçok klinik öncesi ve klinik çalışmada doğrulanmıştır.

Diyetin epigenetik modifikasyonu, özellikle metilasyon sürecini etkileyebileceği en az iki mekanizma vardır:

  • metionin, kolin ve türevi betain, folik asit ve B2 vitaminleri dahil olmak üzere gıdalarda bulunan çeşitli öncülerden metionin döngüsünde sentezlenen S-adenosilmetiyonin (SAM) gibi metil donörlerinin mevcudiyetini değiştirerek, B6 ve B12 . Bu nedenle, bu bileşiklerin azalan mevcudiyeti, SAM sentezinin azalmasına ve metilasyon prosesinde bozulmalara neden olabilir
  • meyve, sebze ve baharatlarda bulunan polifenollerin tüketimi yoluyla metilasyon işlemiyle ilgili enzimlerin (örn. DNMT metiltransferaz) aktivitesini modüle ederek. Bu tür bileşiklere örnek olarak kırmızı şarapta resveratrol, yeşil çayda epigallocatechin gallat (EGCG), zerdeçal köksapında kurkumin, soya fasulyesinde genistein, brokolide sülforafan, turunçgillerde ve karabuğdayda kuersetin verilebilir.

Diyetin rahimdeki epigenom üzerindeki etkisi, sarı bir ceket rengi ve obezite, diyabet ve kansere yatkınlık ile karakterize edilen "agouti" laboratuvar fareleri üzerinde yapılan ünlü deneyle belgelenmiştir.

Bu farelerdeki kürkün sarı rengi, yetersiz gen metilasyonunun bir çeşit göstergesidir.

Deneyde, hamile "agouti" fareler, diğerlerinin yanı sıra yüksek metil donörü içeriğine sahip yiyeceklerle beslendi. folik asit ve kolin

Bilim adamlarını şaşırtacak şekilde, bu farelerin yavruları ebeveynlerine benzemiyordu. İlk göze çarpan özellik, tüy renginin kahverengiye dönüşmesiydi, ancak en şaşırtıcı şey, farelerin ebeveynlerinin muzdarip olduğu hastalıklara yatkınlıklarını kaybetmeleriydi.

Görünüşe göre, değiştirilmiş bir diyetin ve uygun DNA metilasyonunun restorasyonunun bir sonucuydu.

Bu gözlemler, epigenomun diyet yoluyla değiştirilebileceği ve geniş kapsamlı sağlık sonuçları olabileceği gerçeğini desteklemektedir.

Son olarakyıllar içinde, epigenetik modifikasyon sürecinde bağırsak mikrobiyotasının önemli bir rolü de kanıtlanmıştır.

Bağırsak mikroorganizmaları, kısa zincirli yağ asitleri gibi çeşitli biyoaktif maddeler üretir ve bunların miktarı, mikrobiyotanın tür bileşimine ve diyetin kalitesine bağlıdır.

Diyette çözünür diyet lifi, örneğin dirençli nişasta gibi yüksek miktarda prebiyotik ürün, bağırsak epitel hücrelerinin epigenomunu olumlu yönde etkileyen kısa zincirli yağ asitlerinin konsantrasyonunu arttırır.

Epigenetik - MTHFR gen polimorfizmleri

Epigenetik modifikasyonların etkinliği, genetik polimorfizmlerden de etkilenebilir, yani genomdaki küçük değişiklikler, bunun sonucu olarak insan popülasyonunda farklı gen varyantlarının varlığı ortaya çıkar.

Genetik polimorfizmlerin sonuçlarından biri, diğerleri arasında. herkesin besinlere verdiği tepki farklıdır.

Metilentetrahidrofolat redüktaz enzimini kodlayan MTHFR geninin olumsuz polimorfizmleri nedeniyle insanların %15-30'unun metil donörlerine (özellikle folik asit) daha fazla ihtiyaç duyabileceği tahmin edilmektedir.

Bu enzim, folik asidin aktif formuna dönüştürülmesinden sorumludur.

MTHFR gen polimorfizminin olumsuz bir varyantına sahip kişiler, aktif olmayan folik asit formunun aktif formu 5-metiltetrahidrofolata (5-MTHF) dönüşümünü bozmuştur, bu nedenle metil donörlerine daha fazla ihtiyaç duyarlar.

Her ne kadar araştırmalar, bu tür insanların DNA zinciri metilasyonunu az altmış olabileceğini kesin olarak doğrulamasa da, onların durumunda, diyette yeterli bir tedarike veya folik asit veya kolin gibi ek metil donörlerinin takviyesine dikkat etmeye değer.

Epigenetik - stres

Aşırı stres hormonları, dahil. kortizol sinir sistemindeki epigenetik değişiklikleri etkileyebilir ve psikiyatrik bozukluk riskini artırabilir.

Anksiyete bozuklukları, travma sonrası stres bozukluğu, travma sonrası stres bozukluğu ve depresyondan mustarip kişilerin karakteristik bir epigenetik modifikasyon profiline (esas olarak azalmış DNA metilasyonu) sahip olduğu belgelenmiştir.

Bu tür epigenomları çocukluk çağı travmatik deneyimlerinin ve/veya kronik stresli durumların bir sonucu olarak geliştirdiklerine inanılıyor.

Bu epigenetik profil, yaşamları boyunca içlerinde korunur ve muhtemelen çocuklara ve torunlara aktarılır (ekstragenik kalıtım olarak bilinir).

Epigenetik - sağlık üzerindeki etkisi

Yanlış bir genin ifadesinin susturulması gibi epigenetik modifikasyonlar sırasındaki hatalar, genlerin işleyişinde ciddi sonuçlara yol açabilir.organizma, örneğin kansere neden olur.

Ek olarak, giderek daha fazla çalışma, fizyolojik süreçlere katılmanın yanı sıra epigenetik modifikasyonların aşağıdaki gibi hastalıkların gelişimine katılabileceğini göstermektedir:

  • otizm
  • şizofreni
  • depresyon
  • kardiyovasküler hastalıklar
  • nörodejeneratif hastalıklar
  • otoimmün hastalıklar
  • alerji

Epigenetik modifikasyonlar, diyet ve bazı hastalıkların riski arasındaki ilişki özellikle araştırılıyor.

Rahimde önemli epigenetik değişikliklerin meydana geldiği ve bunun yetişkinlikte etkileri olabileceği gösterilmiştir.

Bu nedenle annenin hamilelik sırasında yedikleri bazı hastalıkların riskini artırabilir ve hatta sonraki nesli etkileyebilir.

1944-1945 Hollanda'sında açlık kışında hamile kalan annelerin çocuklarının, açlıktan ölmeyen annelerin çocuklarına kıyasla kardiyovasküler hastalık, obezite ve şizofreni riskinin daha yüksek olduğu kanıtlandı.

Açlık çeken annelerin çocuklarında, diğerleri arasında bulundu, insülin benzeri büyüme faktörü 2'yi (IGF2) kodlayan genin az altılmış metilasyonu.

Bilmeye değer

Epigenetikteki gelişmeler şu anda beslenme biliminde yoğun araştırmaların konusudur. Besinlerin gen ifadesi üzerindeki etkisiyle ilgilenen yeni bir disiplin bile var, yaninutrigenomik .

Yazar hakkındaKarolina Karabin, MD, PhD, moleküler biyolog, laboratuvar teşhis uzmanı, Cambridge Diagnostics PolskaMesleği mikrobiyolojide uzmanlaşmış bir biyolog ve laboratuvar çalışmalarında 10 yılı aşkın deneyime sahip bir laboratuvar teşhis uzmanı. Moleküler Tıp Fakültesi mezunu ve Polonya İnsan Genetiği Derneği üyesi Varşova Tıp Üniversitesi Hematoloji, Onkoloji ve İç Hastalıkları Bölümü Moleküler Tanı Laboratuvarı'nda araştırma bursu başkanı. Varşova Tıp Üniversitesi 1. Tıp Fakültesi'nde tıbbi biyoloji alanında tıp bilimleri doktoru unvanını savundu. Laboratuvar teşhisi, moleküler biyoloji ve beslenme alanında birçok bilimsel ve popüler bilim eserinin yazarı. Günlük olarak, laboratuvar teşhisi alanında bir uzman olarak, Cambridge Diagnostics Polska'da içerik departmanını yönetiyor ve CD Diyet Kliniğinde bir beslenme uzmanları ekibiyle işbirliği yapıyor. Hastalıkların teşhisi ve diyet tedavisi konusundaki pratik bilgilerini konferanslarda, eğitimlerde, dergilerde ve web sitelerinde uzmanlarla paylaşıyor. Özellikle modern yaşam tarzının vücuttaki moleküler süreçler üzerindeki etkisiyle ilgileniyor.

Bu yazarın diğer makalelerini okuyun

Kategori:

Genetik hastalıklar