Генетико-епігенетичне харчування та наше здоров'я | Ель-Пасо, Техас.
Як епігенетичне та персоналізоване харчування сприяє оптимальному здоров’ю?
Більшість з нас знає, як нездорова їжа впливає на наш організм. Вони
- Уповільнення метаболізму
- Додати вагу
- Забивати та зміцнювати артерії тощо.
Але тепер є продукти та харчові елементи, які можуть допомогти нам певним чином і походять із місця, про яке ми могли б і не думати, а це наша ДНК.
Нутріепігеноміка вивчає зв’язки між дієтою та біомаркерами, які можна приєднати або видалити з нашої ДНК. Це вмикає або вимикає наші гени.
Нові дослідження свідчать про це продукти харчування або добавки може регулювати експресію наших генів, що може вплинути на наше здоров’я.
Геноміка харчування робить революцію як у клінічній, так і в громадській практиці харчування:
Дієта, фізичні вправи та вплив навколишнього середовища – це всі елементи, які продемонстрували роль у вмиканні та вимкненні генів через епігенетику. Коригування факторів способу життя може контролювати потенціал зниження захворювань і мати позитивний вплив на наше здоров’я.
Медичні працівники з усіх кінців починають включати епігенетику у свою практику, щоб забезпечити більш спеціалізовані та індивідуальні плани лікування.
«Розширення такої інформації, як дієта, спосіб життя, фактори довкілля, сімейний анамнез, симптоми та діагнози, а також епігенетика може допомогти навести когось до стану оптимізованого здоров’я», – сказала Крісті Холл, MS, RNCP, ROHP, сертифікований функціональний дієтолог і засновниця Living Well Nutrition, яка використовує епігенетичне тестування, консультування з питань харчування та багатогранний підхід, щоб краще забезпечити своїх клієнтів.
Травень 15, 2018, Бейлі Кіркпатрик дієта, Захворювання та розлади, Навколишнє середовище, Новини та огляди
Зареєстровані дієтологи мають можливість давати генетично обумовлені дієтичні рекомендації, які можуть покращити здоров’я людини.
Харчування є одним з основних факторів навколишнього середовища, які визначають наше здоров'я. До хронічних захворювань відносяться:
- Діабет типу 2
- Метаболічний синдром
- Серцево-судинне захворювання
- Неврологічні захворювання
- Різні Раки
- Ініціюються або прискорюються поживними речовинами/їжею
Цю область досліджень харчування можна назвати геномікою харчування.
Однонуклеотидний поліморфізм (SNP) це відмінності однієї пари основ в ДНК. Вони являють собою первинну форму генетичної варіації людини.
Верхня молекула ДНК відрізняється від нижньої молекули ДНК однією парою основ (поліморфізм C/A)
Генетика харчування або нутригенетика включає в себе ідентифікація, класифікація та характеристика генетичної варіації людини, яка змінює метаболізм/використання поживних речовин і толерантність до їжі Рис1.
Застосування: Генетика та Епігенетика
Поживні речовини, наприклад, Фармацевтика, є потужними ефекторами експресії та стабільності геному, і ці взаємодії генів і поживних речовин можна оптимізувати для профілактики захворювань.
Індивідуальне харчування
Обіцянки інженерії харчування для оптимального здоров’я за допомогою дієти все ще тривають, але громадськість покладає позитивні очікування, про що свідчить використання дієтичних добавок.
Наукові дослідження показують, що поживні речовини в різних продуктах і добавках, які ми споживаємо, можуть скорегувати або скасувати спадкові зміни. Ці докази можна використовувати для кращого вибору способу життя.
Чорниця містить неймовірно багато антиоксидантів, і вважається, що цей «суперпродукт» може епігенетично зменшити пошкодження ДНК, тим самим захищаючи людей від раку і, можливо, навіть уповільнює старіння. Було показано, що сік чорниці та вітамін С є потенційними інгібіторами метилювання гена MTHFR та гена DNMT1 у людей.
Кім М., На Х., Касаї Х., Кавай К., Лі, Ю.-С. та Янг М. (2017). Порівняння чорниці (Vaccinium spp.) і вітаміну С через антиоксидантні та епігенетичні ефекти у людини. Журнал профілактики раку, 22(3), 174�181.
Дізнатися про те, що ми їмо і що це робить для нашого тіла, особливо про потенційний епігенетичний вплив, — це лише один крок ближче до оптимального здоров’я.
Ожиріння є складним багатофакторним захворюванням, і краще розуміння механізмів, що лежать в основі взаємодії між способом життя, навколишнім середовищем і генетикою, є критичним для розробки ефективних стратегій профілактики та лікування [1].
Моделі на тваринах надають унікальні можливості для суворо контрольованих досліджень, які дають механістичне уявлення про роль специфічних епігенетичних ознак, як індикаторів поточного метаболічного статусу, так і як провісників майбутнього ризику ожиріння та метаболічних захворювань. Особливо важливим аспектом досліджень на тваринах є те, що вони дозволяють оцінити епігенетичні зміни в тканинах-мішенях, включаючи печінку та гіпоталамус, що набагато складніше для людей. Крім того, здатність збирати велику кількість свіжої тканини дає змогу оцінити численні хроматинові позначки, а також метилювання ДНК. Деякі з цих епігенетичних модифікацій як окремо, так і в комбінації можуть реагувати на програмування навколишнього середовища. На тваринних моделях також можна вивчати кілька поколінь потомства і таким чином уможливити диференціацію між передачею ризику ожиріння між поколіннями та поколіннями, опосередкованого епігенетичною пам’яттю про харчовий статус батьків, який не можна легко відрізнити в дослідженнях на людях. Ми використовуємо перший термін для мейотичної передачі ризику за відсутності тривалого впливу, тоді як другий в першу чергу передбачає пряму передачу ризику через метаболічне перепрограмування плода або гамет.
(i) Епігенетичні зміни у потомства, пов’язані з харчуванням матері під час вагітності
Харчові добавки матері, недоїдання та надмірне харчування під час вагітності можуть змінити відкладення жиру та енергетичний гомеостаз у потомства [11, 13, 15, 19]. З цими ефектами у потомства пов’язані зміни метилювання ДНК, посттрансляційні модифікації гістонів та експресія генів кількох цільових генів, особливо генів, що регулюють метаболізм жирних кислот та передачу сигналів інсуліну [16, 17, 20–30]. Різноманітність тваринних моделей, використаних у цих дослідженнях, та загальні метаболічні шляхи, на які впливають, свідчать про еволюційно збережену адаптивну відповідь, опосередковану епігенетичною модифікацією. Однак деякі з конкретних ідентифікованих генів і епігенетичних змін були перехресно перевірені в пов’язаних дослідженнях, і широкомасштабні дослідження в масштабі всього геному, як правило, не застосовувалися. Основною перешкодою для порівняння цих досліджень є різні вікна розвитку психіки, які піддаються харчовим викликам, що може спричинити значно різні результати. Необхідно також довести, що епігенетичні зміни є причинними, а не пов’язаними з фенотиповими змінами потомства. Це вимагатиме виявлення батьківської реакції епігенетичної «пам’яті», викликаної харчуванням, яка передує розвитку зміненого фенотипу у потомства.
Нові дослідження продемонстрували, що батьківська площина харчування може впливати на відкладення жиру та епігенетичні ознаки потомства [31–34]. Одне нещодавнє дослідження з використанням мишей продемонструвало, що переддіабет у батька призводить до підвищеної сприйнятливості до діабету у нащадків F1 із пов’язаними змінами експресії генів підшлункової залози та метилюванням ДНК, пов’язаними з передачею сигналів інсуліну [35]. Важливо, що ці епігенетичні зміни в острівцях підшлункової залози та спермі збігаються, що свідчить про успадкування зародкової лінії. Однак більшість цих досліджень, хоча і інтригують за своїми наслідками, обмежені в масштабі геномного дослідження і часто показують слабкі та дещо тимчасові епігенетичні зміни, пов’язані з помірними метаболічними фенотипами у потомства.
Стабільна передача епігенетичної інформації через кілька поколінь добре описана в рослинних системах і C. елегани, але його значення для ссавців досі є предметом дискусій [36, 37]. Епігенетична основа передачі фенотипів від бабусь і батьків у відповідь на дієтичне опромінення була добре встановлена, в тому числі у видів худоби [31]. У найвпливовіших дослідженнях, що демонструють вплив епігенетичної передачі, що впливає на фенотип потомства, використовувався приклад життєздатної жовтої миші агуті (Avy) [38]. У цієї миші вставка ретротранспозона перед геном агуті викликає його конститутивну експресію і, як наслідок, жовтий колір шерсті та ожиріння дорослих. Передача від матері через зародкову лінію призводить до опосередкованого метилюванням ДНК приглушення експресії агуті, що призводить до забарвлення шерсті дикого типу та худорлявого фенотипу потомства [39, 40]. Важливо, що наступні дослідження на цих мишах продемонстрували, що вплив матері донорів метилу викликає зміну кольору шерсті [41]. В одному дослідженні повідомлялося про передачу фенотипу до покоління F3 і зміни в експресії великої кількості генів у відповідь на обмеження білка в F0 [42]; проте, зміни в експресії були дуже варіабельними, і прямий зв'язок з епігенетичними змінами в цій системі не був виявлений.
Незважаючи на те, що багато досліджень виявили епігенетичні зміни, пов’язані з дієтою, у тваринних моделях з використанням регіонів-кандидатів, специфічних для сайту, було проведено кілька аналізів у всьому геномі. Недавнє дослідження було зосереджено на визначенні прямого епігенетичного впливу дієт з високим вмістом жирів/ожиріння, викликаного дієтою, у дорослих мишей за допомогою геномної експресії генів і аналізу метилювання ДНК [43]. У цьому дослідженні було виявлено 232 диференційовано метиловані області (DMR) в адипоцитах контрольних мишей і мишей з високим вмістом жиру. Важливо, що відповідні людські області для мишачих DMR були також по-різному метиловані в жировій тканині від популяції людей з ожирінням і худих, тим самим підкреслюючи чудове еволюційне збереження цих регіонів. Цей результат підкреслює ймовірну важливість ідентифікованих DMR в регуляції енергетичного гомеостазу у ссавців.
(i) Дослідження генетичних асоціацій. Генетичні поліморфізми, які пов'язані з підвищеним ризиком розвитку певних станів, апріорі пов'язані з причинними генами. Наявність диференціального метилювання в таких областях робить висновок про функціональне значення цих епігенетичних змін у контролі експресії проксимального(их) гена(ів). Існують сильні генетичні ефекти, що діють на основі цис, що лежать в основі багатьох епігенетичних варіацій [7, 45], і в популяційних дослідженнях застосовувалися методи, які використовують генетичні сурогати для висновку про причинну або опосередковую роль відмінностей епігеномів [7, 46–48]. . Використання сімейної генетичної інформації також може призвести до ідентифікації потенційно причинних регіонів-кандидатів, що демонструють диференціальне метилювання, пов’язане з фенотипом [49].
З цих досліджень змінене метилювання PGC1A, HIF3A, ABCG1 і CPT1A і раніше описаний RXRA [18] з’явилися як біомаркери, пов’язані з метаболічним здоров’ям або, можливо, передбачають його, які також є вірогідними кандидатами на роль у розвитку метаболічних захворювань. .
На епігенетичну мінливість сильно впливає генетична варіація, що лежить в основі, причому генотип, за оцінками, пояснює ~20 % варіації [40, 6]. Останнім часом розпочато ряд досліджень, які об’єднують дані про метилом і генотип, щоб ідентифікувати локуси кількісних ознак метилювання (meQTL), пов’язані з фенотипами захворювання. Наприклад, у жировій тканині meQTL, що перекривається з локусом генетичного ризику ІМТ, був ідентифікований в елементі-енхансері вище ADCY8 [3]. Інші дослідження також виявили збіги між відомими локусами ризику ожиріння та ЦД8 та DMR, пов’язаними з ожирінням та ЦД2 [2, 43, 48]. Метилювання ряду таких DMR також модулювалося шляхом харчування мишей з високим вмістом жиру [62] та втрати ваги у людей [43]. Ці результати виявляють інтригуючий зв’язок між генетичними варіаціями, пов’язаними зі сприйнятливістю до захворювань, та їх зв’язком з ділянками геному, які зазнають епігенетичних модифікацій у відповідь на проблеми з харчуванням, що передбачає причинно-наслідковий зв’язок. Тісний зв’язок між генетичною та епігенетичною варіаціями може означати їх істотну роль у створенні індивідуальних варіацій [64, 65]. Однак, хоча ці висновки свідчать про те, що метилювання ДНК може бути медіатором генетичних ефектів, важливо також враховувати, що як генетичні, так і епігенетичні процеси можуть діяти незалежно на ті самі гени. Дослідження близнюків [66, 8, 63] можуть дати важливу інформацію та вказати, що міжіндивідуальні відмінності в рівнях метилювання ДНК виникають переважно через неспільне середовище та стохастичні впливи, мінімально через спільні впливи навколишнього середовища, але також із значним впливом генетичних факторів. варіація.
Пренатальне середовище: Два нещодавно опубліковані дослідження використовували людські популяції, у яких спостерігалися «природні» зміни в забезпеченні поживними речовинами для вивчення впливу харчування матері до або під час вагітності на метилювання ДНК у потомства [68, 69]. У першому дослідженні використовувалася гамбійська когорта матері-дитини, щоб показати, що як сезонні зміни в споживанні матір’ю метилу донора під час вагітності, так і ІМТ матері до вагітності були пов’язані зі зміненим метилюванням у немовлят [69]. У другому дослідженні використовували доросле потомство з когорти Dutch Hunger Winter для дослідження впливу пренатального впливу гострого періоду серйозного недоїдання матері на метилювання ДНК генів, які беруть участь у зростанні та метаболізмі в дорослому віці [68]. Результати підкреслили важливість часу опромінення для його впливу на епігеном, оскільки значні епігенетичні ефекти були виявлені лише у осіб, які постраждали від голоду на ранніх термінах вагітності. Важливо, що епігенетичні зміни відбувалися в поєднанні зі збільшенням ІМТ; однак у цьому дослідженні не вдалося встановити, чи були ці зміни раніше в житті, чи були наслідком більш високого ІМТ.
Післяпологове середовище: Епігеном встановлюється de novo під час ембріонального розвитку, і тому пренатальне середовище, швидше за все, має найбільш значний вплив на епігеном. Однак тепер зрозуміло, що зміни відбуваються в «зрілому» епігеномі під впливом ряду умов, включаючи старіння, вплив токсинів та зміни в дієті. Наприклад, у відповідь на дієту з високим вмістом жирів було продемонстровано зміни метилювання ДНК у численних генах скелетних м’язів і PGC1A в жировій тканині [75, 76]. Втручання, спрямовані на втрату жирової маси тіла, також були пов’язані зі змінами метилювання ДНК. Дослідження показали, що профілі метилювання ДНК жирової тканини [43, 64], мононуклеарних клітин периферичної крові [77] та м’язової тканини [78] у пацієнтів, які раніше страждали ожирінням, стають більш схожими на профілі худих суб’єктів після втрати ваги. Операція щодо зниження ваги також частково звернула на протилежні зміни метилювання, пов’язані з неалкогольною жировою хворобою печінки, в печінці [79], а в іншому дослідженні призвела до гіпометилювання множинних генів-кандидатів на ожиріння з більш вираженими ефектами в підшкірній клітковині порівняно з сальниковим (вісцеральним) жиром [64]. . Накопичені дані свідчать про те, що фізичні вправи також можуть впливати на метилювання ДНК. Більшість із цих досліджень було проведено на худорлявих осіб [80–82], але одне дослідження фізичних вправ у пацієнтів із ЦД 2-го типу з ожирінням також продемонструвало зміни в метилуванні ДНК, у тому числі в генах, що беруть участь у транспорті жирних кислот і глюкози [83]. Епігенетичні зміни також відбуваються зі старінням, і останні дані свідчать про роль ожиріння в їх посиленні [9, 84, 85]. Ожиріння прискорювало епігенетичний вік тканини печінки, але на відміну від результатів, описаних вище, цей ефект не був оборотним після втрати ваги [84].
Зміни метилювання ДНК, пов’язані з ожирінням або викликані дієтою чи змінами способу життя та втратою ваги, як правило, незначні (<15 %), хоча це варіюється в залежності від фенотипу та досліджуваної тканини. Наприклад, у жировій тканині після втрати ваги повідомлялося про зміни понад 20 % [64], а зв’язки між метилюванням HIF3A та ІМТ у жировій тканині були більш вираженими, ніж у крові [52].
Висновки
