Bolehkah Diet Mengubah Gen Kita? Bolehkah trauma masa kecil kita mempengaruhi anak dan cucu kita? Jawapan untuk soalan-soalan ini dapat diberikan oleh epigenetik, iaitu sains yang mengkaji apa yang disebut pengubahsuaian epigenetik. Pada masa ini, pengubahsuaian epigenetik dianggap sebagai salah satu penemuan terpenting dalam biologi molekul, kerana ia memungkinkan pemahaman tentang hubungan antara latar belakang genetik dan faktor persekitaran.
Isi kandungan:
- Epigenetik - Apakah Pengubahsuaian Epigenetik?
- Epigenetik - jenis pengubahsuaian epigenetik
- Epigenetik - peranan pengubahsuaian epigenetik
- Epigenetik - diet
- Epigenetik - polimorfisme gen MTHFR
- Epigenetik - tekanan
- Epigenetik - kesan terhadap kesihatan
Epigenetics adalah cabang sains yang mengkaji perubahan ekspresi gen yang bukan disebabkan oleh modifikasi urutan pada helai DNA. Pengubahsuaian tersebut disebut modifikasi epigenetik dan ia adalah sejenis penanda molekul yang ditambahkan pada helai DNA oleh enzim yang sesuai, misalnya metiltransferase.
Dengan bantuan pengubahsuaian epigenetik, tubuh dapat mengawal perjalanan banyak proses biologi utama, seperti pengembangan tisu dan organ tertentu dalam rahim.
Istilah "epigenetik" pertama kali digunakan oleh Waddington pada tahun 1942. Awalan "epi-" berasal dari perkataan Yunani "di atas", yang diterjemahkan secara longgar bermaksud sesuatu yang berada di atas genetik klasik.
Epigenetik - Apakah Pengubahsuaian Epigenetik?
Penanda molekul yang ditambahkan pada helai DNA semasa pengubahsuaian epigenetik dapat memutuskan sama ada gen dinyatakan atau tidak, bertindak sebagai "suis" dan "suis" molekul yang mengatur ekspresi gen tertentu.
Yang paling penting, pengubahsuaian seperti itu tidak mengubah struktur helai DNA, iaitu bukan jenis mutasi genetik yang tidak dapat dipulihkan, tetapi sesuatu yang mengalami perubahan dinamik di bawah pengaruh faktor persekitaran.
Sebagai tambahan, penanda molekul yang sesuai ditambahkan atau dikeluarkan setelah setiap pembahagian sel dan penduaan helai DNA.
Oleh itu, setiap sel mempunyai corak khas penanda molekulnya yang menentukan profil ekspresi gen spesifiknya. Pengumpulan penanda molekul tersebut dipanggil epigenome.
Pengubahsuaian epigenetik yang paling terkenal ialah metilasi DNA, yang terdiri daripada melekatkan kumpulan metil ke sitosin (sebatian asas yang merupakan sebahagian daripada DNA).
Sebaliknya, pengubahsuaian epigenetik terbalik kepada metilasi adalah demetilasi, yang terdiri dalam penyingkiran kumpulan metil dari sitosin.
Epigenetik - jenis pengubahsuaian epigenetik
Pengubahsuaian epigenetik secara langsung boleh mempengaruhi helai DNA:
- Metilasi DNA, iaitu penyambungan kumpulan metil ke sitosin melalui metiltransferase DNA
- Demetilasi DNA, iaitu penyingkiran kumpulan metil dari sitosin melalui demetilase DNA
- Di samping itu, pengubahsuaian epigenetik dibuat daripada protein yang tidak ada DNA yang terluka, iaitu histon:
- metilasi residu lisin dan arginin histon dengan histon metiltransferase
- demetilasi residu lisin dan arginin histon dengan demetilase histon
- asetilasi residu histon lisin dengan histon asetiltransferase
- deasetilasi residu histon lisin oleh histone deacetylase
- fosforilasi residu serin histon oleh kinases
- ubikuitinasi residu histin lisin dengan melampirkan protein ubiquitin ke histon dengan penggunaan enzim E1, E2 dan E3
- ribosilasi residu glutamin histon dan arginin yang melibatkan pengikatan ADP-ribosa nukleotida dengan penggunaan polimerase dan transferase
Pengubahsuaian epigenetik atipikal adalah apa yang disebut molekul RNA bukan pengekodan contohnya microRNA (miRNA). Mereka adalah molekul RNA pendek, untaian tunggal (sebatian seperti DNA) yang dapat mengatur ekspresi gen dengan menyekat pembentukan protein.
Epigenetik - peranan pengubahsuaian epigenetik
- peningkatan ekspresi gen
- membungkam ungkapan gen
- kawalan pembezaan sel di dalam badan
- perkembangan embrio
- peraturan tahap pemeluwapan kromatin, mis. pengaktifan kromosom X, yang mana pada wanita hanya satu salinan gen berkaitan seks yang aktif.
Lebah adalah contoh menarik dari peranan pengubahsuaian epigenetik dalam perkembangan haiwan. Dalam serangga ini, ratu adalah ibu dari semua lebah dalam satu sarang, dengan akibatnya mereka semua mempunyai urutan DNA yang sama.
Walaupun begitu, satu sarang dihuni oleh serangga yang kelihatan dan berkelakuan berbeza. Pekerja lebih kecil daripada Ratu dan mempunyai sifat marah, sementara tentera lebih besar dan agresif.
Perbezaan ini disebabkan oleh modifikasi epigenetik yang menentukan penampilan dan tingkah laku lebah yang disesuaikan dengan peranan yang mereka mainkan dalam komuniti sarang.
Mekanisme serupa diperhatikan semasa perkembangan janin haiwan, ketika membungkam dan meningkatkan ekspresi gen tertentu mempengaruhi nasib sel induk yang diberikan, sama ada sel saraf otak atau sel epitel gastrik.
Epigenetik - diet
Pengubahsuaian epigenetik telah berlaku semasa hidup janin dan kemudian dapat mengalami perubahan dinamik sepanjang hidup di bawah pengaruh faktor persekitaran.
Salah satu faktor terpenting yang mempengaruhi bentuk epigenome adalah makanan dan bahan bioaktifnya.
Pengaruh diet terhadap modifikasi epigenetik telah disahkan dalam banyak kajian praklinikal dan klinikal.
Terdapat sekurang-kurangnya dua mekanisme di mana diet boleh mempengaruhi pengubahsuaian epigenetik, terutamanya proses metilasi:
- dengan mengubah ketersediaan penderma metil seperti S-adenosylmethionine (SAM), yang disintesis dalam kitaran metionin dari beberapa prekursor yang terdapat dalam makanan, termasuk metionin, kolin dan turunannya betaine, asid folik dan vitamin B2, B6 dan B12. Oleh itu, ketersediaan sebatian ini yang berkurang boleh mengakibatkan penurunan sintesis SAM dan gangguan proses metilasi
- dengan memodulasi aktiviti enzim yang berkaitan dengan proses metilasi (mis. DNMT methyltransferase) melalui pengambilan polifenol yang terdapat dalam buah-buahan, sayur-sayuran dan rempah. Contoh sebatian tersebut ialah resveratrol dalam wain merah, epigallocatechin gallate (EGCG) dalam teh hijau, kurkumin dalam rimpang kunyit, genistein dalam kacang soya, sulforaphane dalam brokoli, quercetin dalam buah sitrus dan soba
Pengaruh diet pada epigenome pada utero didokumentasikan oleh eksperimen terkenal pada tikus makmal "agouti", yang ditandai dengan warna lapisan kuning dan kecenderungan untuk kegemukan, diabetes dan barah.
Warna kuning bulu pada tikus ini adalah sejenis penunjuk metilasi gen yang tidak mencukupi.
Dalam eksperimen tersebut, tikus "agouti" yang hamil diberi makan dengan kandungan penderma metil yang tinggi, antara lain. asid folik dan kolin.
Yang mengejutkan para saintis, keturunan tikus ini tidak menyerupai ibu bapa mereka. Sifat pertama yang dapat dilihat adalah perubahan warna mantel menjadi coklat, tetapi yang paling mengejutkan ialah tikus kehilangan kecenderungan mereka terhadap penyakit yang dihidapi oleh ibu bapa mereka.
Ternyata, ini adalah akibat diet yang diubah dan pemulihan metilasi DNA normal.
Pemerhatian ini menyokong fakta bahawa epigenome dapat diubah oleh diet dan boleh membawa akibat yang besar bagi kesihatan.
Dalam beberapa tahun terakhir, peranan penting mikrobiota usus dalam proses pengubahsuaian epigenetik juga telah ditunjukkan.
Mikroorganisma usus menghasilkan pelbagai bahan bioaktif, contohnya asid lemak rantai pendek, dan jumlahnya bergantung pada komposisi spesies mikrobiota dan kualiti makanan.
Bekalan produk prebiotik yang tinggi dalam makanan, seperti serat makanan larut, seperti pati tahan, meningkatkan kepekatan asid lemak rantai pendek, yang secara positif mempengaruhi epigenome sel epitel usus.
Epigenetik - polimorfisme gen MTHFR
Kecekapan pengubahsuaian epigenetik juga dapat dipengaruhi oleh polimorfisme genetik, iaitu perubahan kecil pada genom, akibatnya adalah adanya pelbagai variasi gen pada populasi manusia.
Salah satu akibat polimorfisme genetik adalah antara lain. tindak balas berbeza setiap orang terhadap nutrien.
Dianggarkan bahawa 15-30% orang mungkin mempunyai peningkatan keperluan untuk penderma metil (terutamanya asid folik) kerana polimorfisme gen MTHFR yang tidak baik, yang mengkodekan enzim methylenetetrahydrofolate reductase.
Enzim ini bertanggungjawab mengubah asid folik menjadi bentuk aktifnya.
Orang yang mempunyai varian polimorfisme gen MTHFR yang tidak baik telah merosakkan penukaran bentuk asid folik yang tidak aktif kepada bentuk aktifnya 5-metiltetrahidrofolat (5-MTHF), oleh itu mereka mempunyai peningkatan keperluan untuk penderma metil.
Dan walaupun kajian tidak secara jelas mengesahkan bahawa orang-orang seperti itu dapat mengurangkan metilasi helai DNA, dalam kes mereka, perlu diperhatikan bekalan yang sesuai dalam diet atau suplemen tambahan penderma metil seperti asid folik atau kolin.
Epigenetik - tekanan
Hormon tekanan yang berlebihan antara lain Kortisol boleh mempengaruhi pengubahsuaian epigenetik dalam sistem saraf dan meningkatkan risiko gangguan psikiatri.
Telah didokumentasikan bahawa orang yang menderita gangguan kecemasan, gangguan tekanan pasca-trauma, gangguan tekanan pasca-trauma dan kemurungan mempunyai profil pengubahsuaian epigenetik (terutamanya pengurangan metilasi DNA).
Epigenome seperti itu dipercayai dibentuk oleh pengalaman traumatik pada masa kanak-kanak dan / atau situasi tekanan kronik.
Profil epigenetik ini dijaga sepanjang hidup mereka di dalamnya dan mungkin diteruskan kepada anak-anak dan cucu (apa yang disebut sebagai warisan ekstragenik).
Epigenetik - kesan terhadap kesihatan
Kesalahan semasa pengubahsuaian epigenetik, seperti membungkam ungkapan gen yang salah, boleh menyebabkan akibat serius dalam fungsi tubuh, misalnya menyebabkan barah.
Lebih-lebih lagi, semakin banyak kajian menunjukkan bahawa pengubahsuaian epigenetik, selain mengambil bahagian dalam proses fisiologi, dapat turut serta dalam perkembangan penyakit seperti:
- autisme
- skizofrenia
- kemurungan
- penyakit jantung
- penyakit neurodegeneratif
- penyakit autoimun
- alahan
Hubungan antara pengubahsuaian epigenetik, diet dan risiko penyakit tertentu sedang dicari.
Telah ditunjukkan bahawa pengubahsuaian epigenetik yang ketara berlaku pada rahim, yang mungkin mempunyai implikasi pada masa dewasa.
Oleh itu, apa yang ibu makan semasa mengandung boleh meningkatkan risiko penyakit tertentu dan bahkan mempengaruhi generasi akan datang.
Telah terbukti bahawa anak-anak ibu yang hamil semasa musim sejuk kelaparan di Belanda pada tahun 1944-1945 mempunyai peningkatan risiko penyakit kardiovaskular, obesiti dan skizofrenia dibandingkan dengan anak-anak ibu yang tidak kelaparan.
Pada anak-anak ibu yang lapar didapati, antara lain, pengurangan metilasi gen yang mengekodkan faktor pertumbuhan seperti insulin (IGF2).
Perlu diketahuiPencapaian epigenetik kini menjadi subjek kajian mendalam dalam sains pemakanan. Bahkan ada disiplin baru yang menangani pengaruh nutrien terhadap ekspresi gen, iaitu nutrigenomics.
Sastera
- Moosavi A. dan Motevalizadeh A. Peranan Epigenetik dalam Biologi dan Penyakit Manusia. Iran Biomed J. 2016, 20 (5), 246-258.
- Choi S. W. dan Friso S. Epigenetics: Jambatan Baru antara Pemakanan dan Kesihatan. Adv Nutr. 2010, 1 (1), 8-16.
- Karabin K. Pengaruh diet pada epigenome manusia, atau bagaimana diet mengubah gen. Dietetik Moden 15/2018.
- Dmitrzak-Węglarz M. dan Hauser J. Mekanisme epigenetik dalam penyakit mental dan gangguan kognitif. Psikiatri 2009; 6, 2, 51–60.
- Poczęta M. et al. Pengubahsuaian epigenetik dan ekspresi gen dalam neoplasma. Ann. Acad. Med. Senyap. 2018.72, 80-89.
- Senang C. et al. Pengurangan metilasi DNA dan psikopatologi berikutan hiperkortisolisme endogen - kajian seluruh genom. Laporan Ilmiah 2017, 7, 44445.
- Shin W. et al. Pengambilan kolin yang melebihi cadangan diet semasa ini mengekalkan penanda metilasi sel dalam subkelompok genetik lelaki yang terkena folat. J Nutr. 2010, 140, 5, 975–980.
Baca teks lain oleh pengarang ini
