Kan voeding onze genen veranderen? Kunnen onze kindertrauma's invloed hebben op onze kinderen en kleinkinderen? Antwoorden op deze vragen kunnen worden gegeven door epigenetica, d.w.z. de wetenschap die de zogenaamde epigenetische modificaties. Momenteel worden epigenetische modificaties beschouwd als een van de belangrijkste ontdekkingen in de moleculaire biologie, omdat ze inzicht gaven in de relatie tussen de genetische achtergrond en omgevingsfactoren.
Inhoudsopgave:
- Epigenetica - wat zijn epigenetische modificaties?
- Epigenetica - soorten epigenetische modificaties
- Epigenetica - de rol van epigenetische modificaties
- Epigenetica - dieet
- Epigenetica - MTHFR-genpolymorfismen
- Epigenetica - stress
- Epigenetica - invloed op de gezondheid
Epigenetica is een tak van de wetenschap die veranderingen in genexpressie bestudeert die niet het gevolg zijn van sequentiemodificaties in de DNA-streng. Dergelijke modificaties worden epigenetische modificaties genoemd en zijn een soort moleculaire merkers die aan DNA-strengen worden toegevoegd door geschikte enzymen, bijv. Methyltransferasen.
Door middel van epigenetische modificaties kan het lichaam het verloop van veel belangrijke biologische processen regelen, zoals de ontwikkeling van specifieke weefsels en organen in de baarmoeder.
De term "epigenetica" werd voor het eerst gebruikt door Waddington in 1942. Het voorvoegsel "epi-" komt van het Griekse woord "above", wat vrij vertaald iets betekent dat boven de klassieke genetica staat.
Epigenetica - wat zijn epigenetische modificaties?
Moleculaire merkers die tijdens epigenetische modificatie aan een DNA-streng worden toegevoegd, kunnen beslissen of een gen al dan niet tot expressie wordt gebracht, en fungeren als moleculaire "schakelaars" en "schakelaars" die de expressie van bepaalde genen reguleren.
Het belangrijkste is dat dit soort modificaties de structuur van de DNA-streng niet veranderen, d.w.z. ze zijn geen type genetische mutatie die onomkeerbaar is, maar iets dat dynamische veranderingen ondergaat onder invloed van omgevingsfactoren.
Bovendien worden geschikte moleculaire merkers toegevoegd of verwijderd na elke celdeling en duplicatie van de DNA-streng.
Daarom heeft elke cel zijn eigen karakteristieke patroon van moleculaire merkers dat zijn specifieke genexpressieprofiel bepaalt. De verzameling van dergelijke moleculaire merkers wordt het epigenoom genoemd.
De bekendste epigenetische modificatie is DNA-methylering, die erin bestaat een methylgroep aan cytosine (een basische verbinding die deel uitmaakt van DNA) te binden.
Op zijn beurt is de omgekeerde epigenetische modificatie van methylering demethylering, die bestaat uit het verwijderen van de methylgroep uit het cytosine.
Epigenetica - soorten epigenetische modificaties
Epigenetische modificaties kunnen de DNA-strengen rechtstreeks beïnvloeden:
- DNA-methylering, d.w.z. het binden van methylgroepen aan cytosine door middel van DNA-methyltransferasen
- DNA-demethylering, d.w.z. het verwijderen van methylgroepen uit cytosine door middel van DNA-demethylasen
- Bovendien worden epigenetische modificaties gemaakt van eiwitten waarop niets DNA is gewikkeld, d.w.z. histonen:
- methylering van lysine- en arginineresiduen van histonen met histon-methyltransferasen
- demethylering van lysine- en arginineresiduen van histonen met histondemethylasen
- acetylering van histonlysineresten met histonacetyltransferasen
- deacetylering van histonlysineresten door histondeacetylase
- fosforylering van histonserineresten door kinasen
- ubiquitinering van histonlysineresiduen door ubiquitine-eiwit aan histonen te binden met behulp van enzymen E1, E2 en E3
- ribosylering van histonglutamine- en arginineresiduen waarbij ADP-ribose-nucleotiden worden gehecht met behulp van polymerase en transferase
Atypische epigenetische modificatie is de zogenaamde niet-coderende RNA-moleculen, bijv. microRNA (miRNA). Het zijn korte, enkelstrengs RNA-moleculen (DNA-achtige verbindingen) die genexpressie kunnen reguleren door de vorming van eiwitten te blokkeren.
Epigenetica - de rol van epigenetische modificaties
- verbeterde genexpressie
- genexpressie tot zwijgen brengen
- controle van celdifferentiatie in het lichaam
- embryonale ontwikkeling
- regulering van de mate van chromatinecondensatie, bijv. inactivering van het X-chromosoom, waardoor bij vrouwen slechts één kopie van geslachtsgebonden genen actief is.
Bijen zijn een interessant voorbeeld van de rol van epigenetische modificatie in de ontwikkeling van dieren. Bij deze insecten is de koningin de moeder van alle bijen in één kast, met als gevolg dat ze allemaal dezelfde DNA-sequentie hebben.
Toch wordt één bijenkorf bewoond door insecten die er anders uitzien en zich anders gedragen. De arbeiders zijn kleiner dan de koningin en hebben een zacht humeur, terwijl de soldaten groter en agressief zijn.
Deze verschillen worden veroorzaakt door epigenetische modificaties die het uiterlijk en het gedrag van bijen bepalen, aangepast aan de rol die ze spelen in de bijenkorfgemeenschap.
Een soortgelijk mechanisme wordt waargenomen tijdens de ontwikkeling van de foetus van dieren, wanneer het tot zwijgen brengen en versterken van de expressie van specifieke genen het lot van een bepaalde stamcel beïnvloedt, of het nu een hersenzenuwcel of een maagepitheelcel zal zijn.
Epigenetica - dieet
Epigenetische modificaties treden al op tijdens het leven van de foetus en kunnen vervolgens gedurende het hele leven dynamische veranderingen ondergaan onder invloed van omgevingsfactoren.
Een van de belangrijkste factoren die de vorm van het epigenoom beïnvloeden, is voedsel en zijn bioactieve stoffen.
De invloed van voeding op epigenetische modificaties is bevestigd in veel preklinische en klinische onderzoeken.
Er zijn ten minste twee mechanismen waarmee voeding de epigenetische modificatie kan beïnvloeden, voornamelijk het methyleringsproces:
- door de beschikbaarheid van methyldonoren zoals S-adenosylmethionine (SAM) te veranderen, dat in de methioninecyclus wordt gesynthetiseerd uit verschillende precursoren die in voedsel aanwezig zijn, waaronder methionine, choline en zijn derivaat betaïne, foliumzuur en vitamine B2, B6 en B12. Daarom kan een verminderde beschikbaarheid van deze verbindingen resulteren in verminderde SAM-synthese en verstoring van het methyleringsproces
- door het moduleren van de activiteit van enzymen die verband houden met het methyleringsproces (bijvoorbeeld DNMT-methyltransferase) door de consumptie van polyfenolen in fruit, groenten en kruiden. Voorbeelden van dergelijke verbindingen zijn resveratrol in rode wijn, epigallocatechinegallaat (EGCG) in groene thee, curcumine in wortelstok van kurkuma, genisteïne in sojabonen, sulforafaan in broccoli, quercetine in citrusvruchten en boekweit
De invloed van voeding op het epigenoom in utero werd gedocumenteerd door het beroemde experiment met "agouti" laboratoriummuizen, die worden gekenmerkt door een gele vachtkleur en een aanleg voor obesitas, diabetes en kanker.
De gele kleur van de vacht bij deze muizen is een soort indicator van onvoldoende genmethylering.
In het experiment kregen drachtige "agouti" -muizen voer met onder meer een hoog gehalte aan methyldonoren. foliumzuur en choline.
Tot verbazing van de wetenschappers leken de nakomelingen van deze muizen niet op hun ouders. De eerste opvallende eigenschap was de verandering van de vachtkleur naar bruin, maar het meest verrassende was dat de muizen hun aanleg voor de ziekten waaraan hun ouders leden, verloren.
Het bleek dat dit een gevolg was van een aangepast dieet en herstel van de normale DNA-methylering.
Deze waarnemingen ondersteunen het feit dat het epigenoom kan worden veranderd door een dieet en verstrekkende gevolgen voor de gezondheid kan hebben.
In de afgelopen jaren is ook een belangrijke rol van de darmmicrobiota in het epigenetische modificatieproces aangetoond.
De darmmicro-organismen produceren verschillende bioactieve stoffen, bijvoorbeeld vetzuren met een korte keten, en hun hoeveelheid hangt af van de soortensamenstelling van de microbiota en de kwaliteit van het dieet.
Een hoge aanvoer van prebiotische producten in de voeding, zoals oplosbare voedingsvezels, bijv. Resistent zetmeel, verhoogt de concentratie van korte-keten vetzuren, die een positieve invloed hebben op het epigenoom van darmepitheelcellen.
Epigenetica - MTHFR-genpolymorfismen
De efficiëntie van epigenetische modificaties kan ook worden beïnvloed door genetische polymorfismen, d.w.z. kleine veranderingen in het genoom, met als gevolg de aanwezigheid van verschillende genvarianten in de menselijke populatie.
Een van de gevolgen van genetische polymorfismen is onder meer. ieders verschillende reactie op voedingsstoffen.
Geschat wordt dat 15-30% van de mensen een verhoogde behoefte heeft aan methyldonoren (vooral foliumzuur) vanwege ongunstige polymorfismen van het MTHFR-gen, dat codeert voor het enzym methyleentetrahydrofolaatreductase.
Dit enzym is verantwoordelijk voor het omzetten van foliumzuur in zijn actieve vorm.
Mensen met een ongunstige variant van het MTHFR-genpolymorfisme hebben een verminderde omzetting van de inactieve vorm van foliumzuur naar de actieve vorm, 5-methyltetrahydrofolaat (5-MTHF), en hebben daardoor een verhoogde behoefte aan methyldonoren.
En hoewel het onderzoek niet duidelijk heeft bevestigd dat dergelijke mensen mogelijk een verminderde methylering van DNA-strengen hebben, is het in hun geval de moeite waard om aandacht te besteden aan een voldoende aanbod in de voeding of aanvullende suppletie van methyldonoren zoals foliumzuur of choline.
Epigenetica - stress
Overtollige stresshormonen, onder andere cortisol kan epigenetische veranderingen in het zenuwstelsel beïnvloeden en het risico op psychiatrische stoornissen vergroten.
Er is gedocumenteerd dat mensen die lijden aan angststoornissen, posttraumatische stressstoornis, posttraumatische stressstoornis en depressie een karakteristiek epigenetisch modificatieprofiel hebben (voornamelijk verminderde DNA-methylatie).
Aangenomen wordt dat een dergelijk epigenoom gevormd wordt door traumatische ervaringen uit de kindertijd en / of chronische stressvolle situaties.
Dit epigenetische profiel wordt hun hele leven in hen gehandhaafd en wordt waarschijnlijk doorgegeven aan kinderen en kleinkinderen (de zogenaamde extragene overerving).
Epigenetica - invloed op de gezondheid
Fouten tijdens epigenetische modificaties, zoals het tot zwijgen brengen van de expressie van het verkeerde gen, kunnen ernstige gevolgen hebben voor het functioneren van het lichaam, bijvoorbeeld kanker veroorzaken.
Bovendien geven steeds meer onderzoeken aan dat epigenetische modificaties, naast deelname aan fysiologische processen, kunnen deelnemen aan de ontwikkeling van ziekten zoals:
- autisme
- schizofrenie
- depressie
- hart-en vaatziekten
- neurodegeneratieve ziekten
- auto-immuunziekten
- allergieën
Met name wordt gezocht naar de relatie tussen epigenetische modificaties, voeding en het risico op specifieke ziekten.
Het is aangetoond dat significante epigenetische modificaties optreden in utero, wat gevolgen kan hebben op volwassen leeftijd.
Daarom kan wat de moeder tijdens de zwangerschap eet, het risico op bepaalde ziekten vergroten en zelfs de volgende generatie treffen.
Het is bewezen dat kinderen van moeders die zwanger waren tijdens de hongerige winter in Nederland in 1944-1945 een verhoogd risico hadden op hart- en vaatziekten, overgewicht en schizofrenie in vergelijking met kinderen van moeders die niet verhongerden.
Bij kinderen van hongerige moeders werd het gevonden verminderde methylering van het gen dat codeert voor insuline-achtige groeifactor 2 (IGF2).
Nuttig om te wetenDe verworvenheden van epigenetica zijn momenteel het onderwerp van intensief onderzoek in de voedingswetenschap. Er is zelfs een nieuwe discipline die zich bezighoudt met de invloed van voedingsstoffen op genexpressie, namelijk nutrigenomics.
Literatuur
- Moosavi A. en Motevalizadeh A. Rol van epigenetica in biologie en ziekten bij de mens. Iran Biomed J. 2016, 20 (5), 246-258.
- Choi S. W. en Friso S. Epigenetica: een nieuwe brug tussen voeding en gezondheid. Adv Nutr. 2010, 1 (1), 8-16.
- Karabin K. De invloed van voeding op het menselijk epigenoom, of hoe het dieet genen verandert. Moderne diëtetiek 15/2018.
- Dmitrzak-Węglarz M. en Hauser J. Epigenetische mechanismen bij psychische aandoeningen en cognitieve stoornissen. Psychiatry 2009; 6, 2, 51-60.
- Poczęta M. et al ... Epigenetische modificaties en genexpressie in neoplasma. Ann. Acad. Med. Siles. 2018.72, 80-89.
- Glad C. et al. Verminderde DNA-methylatie en psychopathologie na endogeen hypercortisolisme - een genoombrede studie. Wetenschappelijke rapporten 2017, 7, 44445.
- Shin W. et al. Choline-inname die de huidige voedingsaanbevelingen overtreft, behoudt markers van cellulaire methylering in een genetische subgroep van foliumzuurgecompromitteerde mannen. J Nutr. 2010, 140, 5, 975-980.
Lees andere teksten van deze auteur
