Chế độ ăn uống có thể thay đổi gen của chúng ta không? Những tổn thương thời thơ ấu của chúng ta có thể ảnh hưởng đến con cháu của chúng ta không? Câu trả lời cho những câu hỏi này có thể được cung cấp bởi di truyền học biểu sinh, tức là khoa học nghiên cứu cái gọi là sửa đổi biểu sinh. Hiện nay, các sửa đổi biểu sinh được coi là một trong những khám phá quan trọng nhất trong sinh học phân tử, vì chúng cho phép hiểu được mối quan hệ giữa cơ sở di truyền và các yếu tố môi trường.
Mục lục:
- Epigenetics - Các biến đổi biểu sinh là gì?
- Biểu sinh - các loại biến đổi biểu sinh
- Di truyền biểu sinh - vai trò của các sửa đổi biểu sinh
- Biểu sinh - chế độ ăn uống
- Di truyền biểu sinh - đa hình gen MTHFR
- Biểu sinh - căng thẳng
- Biểu sinh - ảnh hưởng đến sức khỏe
Di truyền học biểu sinh là một nhánh của khoa học nghiên cứu những thay đổi trong biểu hiện gen mà không phải do sửa đổi trình tự trong chuỗi DNA. Những sửa đổi như vậy được gọi là sửa đổi biểu sinh và chúng là một loại chỉ thị phân tử được thêm vào sợi DNA bởi các enzym thích hợp, ví dụ: methyltransferase.
Bằng cách thay đổi biểu sinh, cơ thể có thể kiểm soát quá trình của nhiều quá trình sinh học quan trọng, chẳng hạn như sự phát triển của các mô và cơ quan cụ thể trong bụng mẹ.
Thuật ngữ "biểu sinh học" lần đầu tiên được sử dụng bởi Waddington vào năm 1942. Tiền tố "epi-" xuất phát từ từ "ở trên" trong tiếng Hy Lạp, được dịch một cách lỏng lẻo có nghĩa là cái gì đó nằm trên di truyền học cổ điển.
Epigenetics - Các biến đổi biểu sinh là gì?
Các dấu hiệu phân tử được thêm vào sợi DNA trong quá trình sửa đổi biểu sinh có thể quyết định liệu gen có được biểu hiện hay không, hoạt động như các "công tắc" phân tử và "công tắc" điều chỉnh sự biểu hiện của các gen cụ thể.
Quan trọng nhất, những sửa đổi như vậy không làm thay đổi cấu trúc của sợi DNA, tức là chúng không phải là một dạng đột biến di truyền không thể đảo ngược, mà là một thứ trải qua những thay đổi năng động dưới tác động của các yếu tố môi trường.
Ngoài ra, các chỉ thị phân tử thích hợp được thêm vào hoặc loại bỏ sau mỗi lần phân chia tế bào và nhân đôi sợi DNA.
Do đó, mỗi tế bào có kiểu dấu hiệu phân tử đặc trưng riêng của nó, xác định cấu hình biểu hiện gen cụ thể của nó. Tập hợp các chỉ thị phân tử như vậy được gọi là epigenome.
Sự biến đổi biểu sinh được biết đến nhiều nhất là quá trình methyl hóa DNA, bao gồm việc gắn một nhóm methyl vào cytosine (một hợp chất cơ bản là một phần của DNA).
Đổi lại, biến đổi biểu sinh ngược lại thành quá trình metyl hóa là khử metyl, bao gồm việc loại bỏ nhóm metyl khỏi cytosine.
Biểu sinh - các loại biến đổi biểu sinh
Các sửa đổi biểu sinh có thể ảnh hưởng trực tiếp đến các sợi DNA:
- Sự methyl hóa DNA, tức là gắn các nhóm methyl vào cytosine bằng DNA methyltransferase
- Quá trình khử methyl DNA, tức là loại bỏ các nhóm metyl khỏi cytosine bằng phương pháp DNA demethylase
- Ngoài ra, các sửa đổi biểu sinh được tạo ra từ các protein mà trên đó không có ADN nào được gắn vào, tức là các histon:
- sự methyl hóa lysine và arginine dư lượng của histone với histone methyltransferase
- khử methyl của lysine và arginine dư lượng của histone bằng histone demethylases
- acetyl hóa dư lượng histone lysine với histone acetyltransferase
- quá trình khử chất béo của histone lysine bằng histone deacetylase
- sự phosphoryl hóa dư lượng histone serine bằng kinase
- sự thay đổi khắp nơi của dư lượng histone lysine bằng cách gắn protein ubiquitin vào histone với việc sử dụng các enzym E1, E2 và E3
- ribosyl hóa của histone glutamine và arginine dư liên quan đến việc gắn các nucleotide ADP-ribose với việc sử dụng polymerase và transferase
Sửa đổi biểu sinh không điển hình được gọi là các phân tử RNA không mã hóa, ví dụ microRNA (miRNA). Chúng là các phân tử RNA sợi đơn, ngắn (hợp chất giống DNA) có thể điều chỉnh sự biểu hiện của gen bằng cách ngăn chặn sự hình thành của các protein.
Di truyền biểu sinh - vai trò của các sửa đổi biểu sinh
- tăng cường biểu hiện gen
- biểu hiện gen im lặng
- kiểm soát sự phân hóa tế bào trong cơ thể
- phát triển phôi
- quy định mức độ ngưng tụ chất nhiễm sắc, ví dụ như sự bất hoạt của nhiễm sắc thể X, nhờ đó ở phụ nữ chỉ có một bản sao của gen liên kết giới tính hoạt động.
Ong là một ví dụ thú vị về vai trò của biến đổi biểu sinh đối với sự phát triển của động vật. Ở những loài côn trùng này, ong chúa là mẹ của tất cả các con ong trong một tổ, do đó tất cả chúng đều có cùng một chuỗi DNA.
Mặc dù vậy, một tổ ong là nơi sinh sống của các loài côn trùng có hình dáng và hành vi khác nhau. Công nhân nhỏ hơn Nữ hoàng và có tính cách ôn hòa, trong khi những người lính lớn hơn và hung hãn.
Những khác biệt này là do những thay đổi biểu sinh quyết định sự xuất hiện và hành vi của ong thích nghi với vai trò của chúng trong cộng đồng tổ ong.
Một cơ chế tương tự cũng được quan sát thấy trong quá trình phát triển bào thai của động vật, khi sự im lặng và tăng cường biểu hiện của các gen cụ thể ảnh hưởng đến số phận của một tế bào gốc nhất định, cho dù đó là tế bào thần kinh não hay tế bào biểu mô dạ dày.
Biểu sinh - chế độ ăn uống
Những thay đổi biểu sinh đã xảy ra trong thời kỳ bào thai, và sau đó có thể trải qua những thay đổi năng động trong suốt cuộc đời dưới tác động của các yếu tố môi trường.
Một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hình dạng của epigenome là thức ăn và các chất hoạt tính sinh học của nó.
Ảnh hưởng của chế độ ăn uống đối với các thay đổi biểu sinh đã được xác nhận trong nhiều nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng.
Có ít nhất hai cơ chế mà chế độ ăn uống có thể ảnh hưởng đến sự biến đổi biểu sinh, chủ yếu là quá trình metyl hóa:
- bằng cách thay đổi sự sẵn có của các chất cho methyl như S-adenosylmethionine (SAM), được tổng hợp trong chu trình methionine từ một số tiền chất có trong thực phẩm, bao gồm methionine, choline và dẫn xuất betaine, axit folic và vitamin B2, B6 và B12. Do đó, tính khả dụng của các hợp chất này giảm có thể dẫn đến giảm tổng hợp SAM và làm rối loạn quá trình metyl hóa
- bằng cách điều chỉnh hoạt động của các enzym liên quan đến quá trình metyl hóa (ví dụ DNMT methyltransferase) thông qua việc tiêu thụ polyphenol có trong trái cây, rau và gia vị. Ví dụ về các hợp chất như vậy là resveratrol trong rượu vang đỏ, epigallocatechin gallate (EGCG) trong trà xanh, curcumin trong thân rễ nghệ, genistein trong đậu nành, sulforaphane trong bông cải xanh, quercetin trong trái cây họ cam quýt và kiều mạch
Ảnh hưởng của chế độ ăn uống lên epigenome trong tử cung đã được ghi nhận bởi thí nghiệm nổi tiếng trên chuột thí nghiệm "agouti", chúng có màu lông vàng đặc trưng và có khuynh hướng béo phì, tiểu đường và ung thư.
Màu vàng của lông ở những con chuột này là một loại chỉ thị cho thấy sự methyl hóa gen không đủ.
Trong thí nghiệm, những con chuột "agouti" đang mang thai được cho ăn thức ăn có hàm lượng chất cho methyl cao, trong số những con khác. axit folic và choline.
Trước sự ngạc nhiên của các nhà khoa học, con của những con chuột này không giống bố mẹ của chúng. Đặc điểm đầu tiên dễ nhận thấy là sự thay đổi màu lông thành màu nâu, nhưng điều đáng ngạc nhiên nhất là những con chuột mất khả năng mắc các bệnh mà cha mẹ chúng mắc phải.
Hóa ra, đây là hệ quả của một chế độ ăn uống được sửa đổi và phục hồi quá trình methyl hóa DNA bình thường.
Những quan sát này ủng hộ thực tế rằng epigenome có thể bị thay đổi bởi chế độ ăn uống và có thể gây ra những hậu quả sâu rộng về sức khỏe.
Trong những năm gần đây, vai trò quan trọng của hệ vi sinh vật đường ruột trong quá trình biến đổi biểu sinh cũng đã được chứng minh.
Các vi sinh vật đường ruột tạo ra các chất hoạt tính sinh học khác nhau, ví dụ như axit béo chuỗi ngắn, và số lượng của chúng phụ thuộc vào thành phần loài của hệ vi sinh vật và chất lượng của khẩu phần ăn.
Việc cung cấp nhiều sản phẩm prebiotic trong chế độ ăn uống, chẳng hạn như chất xơ hòa tan trong thực phẩm, ví dụ như tinh bột kháng, làm tăng nồng độ axit béo chuỗi ngắn, ảnh hưởng tích cực đến sự phát triển của tế bào biểu mô ruột.
Di truyền biểu sinh - đa hình gen MTHFR
Hiệu quả của các sửa đổi biểu sinh cũng có thể bị ảnh hưởng bởi tính đa hình di truyền, tức là những thay đổi nhỏ trong bộ gen, hậu quả của nó là sự hiện diện của các biến thể gen khác nhau trong quần thể người.
Một trong những hậu quả của đa hình di truyền là, trong số những hậu quả khác. phản ứng khác nhau của mọi người đối với chất dinh dưỡng.
Người ta ước tính rằng 15-30% số người có thể có nhu cầu tăng lên đối với người hiến tặng methyl (đặc biệt là axit folic) do tính đa hình bất lợi của gen MTHFR, gen mã hóa enzym methylenetetrahydrofolate reductase.
Enzyme này có nhiệm vụ chuyển hóa axit folic thành dạng hoạt động.
Những người có biến thể bất lợi của đa hình gen MTHFR bị suy giảm khả năng chuyển đổi dạng không hoạt động của axit folic thành dạng hoạt động, 5-methyltetrahydrofolate (5-MTHF), do đó họ có nhu cầu cao hơn đối với người cho methyl.
Và mặc dù nghiên cứu chưa xác nhận rõ ràng rằng những người như vậy có thể đã giảm sự methyl hóa các sợi DNA, nhưng trong trường hợp của họ, điều đáng chú ý là cung cấp đầy đủ trong chế độ ăn uống hoặc bổ sung bổ sung các nhà tài trợ nhóm methyl như axit folic hoặc choline.
Biểu sinh - căng thẳng
Hormone căng thẳng dư thừa, trong số những loại khác Cortisol có thể ảnh hưởng đến các thay đổi biểu sinh trong hệ thần kinh và làm tăng nguy cơ rối loạn tâm thần.
Người ta đã ghi nhận rằng những người bị rối loạn lo âu, rối loạn căng thẳng sau chấn thương, rối loạn căng thẳng sau chấn thương và trầm cảm có một cấu hình thay đổi biểu sinh đặc trưng (chủ yếu là giảm sự methyl hóa DNA).
Biểu hiện như vậy được cho là được hình thành bởi những trải nghiệm đau thương thời thơ ấu và / hoặc các tình huống căng thẳng mãn tính.
Hồ sơ biểu sinh này được duy trì trong suốt cuộc đời của họ và có thể được truyền lại cho con cháu (được gọi là di truyền ngoài gen).
Biểu sinh - ảnh hưởng đến sức khỏe
Các lỗi trong quá trình sửa đổi biểu sinh, chẳng hạn như ngăn chặn sự biểu hiện của gen sai, có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng trong hoạt động của cơ thể, ví dụ như gây ung thư.
Ngoài ra, ngày càng có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng các biến đổi biểu sinh, ngoài việc tham gia vào các quá trình sinh lý, có thể tham gia vào sự phát triển của các bệnh như:
- tự kỷ ám thị
- tâm thần phân liệt
- Phiền muộn
- bệnh tim mạch
- bệnh thoái hóa thần kinh
- bệnh tự miễn
- dị ứng
Mối quan hệ giữa các thay đổi biểu sinh, chế độ ăn uống và nguy cơ mắc các bệnh cụ thể đang được đặc biệt tìm kiếm.
Nó đã được chứng minh rằng những thay đổi biểu sinh đáng kể xảy ra trong tử cung, có thể có ý nghĩa ở tuổi trưởng thành.
Vì vậy, những gì người mẹ ăn khi mang thai có thể làm tăng nguy cơ mắc một số bệnh, thậm chí ảnh hưởng đến thế hệ sau.
Người ta đã chứng minh rằng con của những bà mẹ mang thai trong mùa đông đói ở Hà Lan năm 1944-1945 có nguy cơ mắc bệnh tim mạch, béo phì và tâm thần phân liệt cao hơn so với con của những bà mẹ không bị đói.
Ở trẻ em của những bà mẹ đói, nó được tìm thấy, trong số những người khác, giảm methyl hóa gen mã hóa yếu tố tăng trưởng giống insulin 2 (IGF2).
Đáng biếtSự tiến bộ của di truyền học biểu sinh hiện đang là chủ đề nghiên cứu mạnh mẽ của khoa học dinh dưỡng. Thậm chí còn có một kỷ luật mới giải quyết ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng đến sự biểu hiện gen, tức là dinh dưỡng học.
Văn chương
- Moosavi A. và Motevalizadeh A. Vai trò của biểu sinh trong sinh học và bệnh ở người. Iran Biomed J. 2016, 20 (5), 246-258.
- Choi S. W. và Friso S. Epigenetics: Cầu nối mới giữa Dinh dưỡng và Sức khỏe. Adv Nutr. 2010, 1 (1), 8-16.
- Karabin K. Ảnh hưởng của chế độ ăn uống đối với hệ gen của con người, hoặc cách chế độ ăn uống thay đổi gen. Chế độ ăn kiêng hiện đại 15/2018.
- Dmitrzak-Węglarz M. và Hauser J. Cơ chế biểu sinh trong các bệnh tâm thần và rối loạn nhận thức. Tâm thần học 2009; 6, 2, 51–60.
- Poczęta M. và cộng sự. Các biến đổi biểu sinh và biểu hiện gen trong tế bào chất. Ann. Acad. Med. Siles. 2018,72, 80-89.
- Vui mừng C. và các cộng sự. Giảm sự methyl hóa DNA và bệnh lý tâm thần sau quá trình hypercortisolism nội sinh - một nghiên cứu toàn bộ bộ gen. Báo cáo Khoa học 2017, 7, 44445.
- Shin W. và cộng sự. Lượng choline vượt quá khuyến nghị chế độ ăn uống hiện tại bảo tồn các dấu hiệu của quá trình methyl hóa tế bào trong một nhóm phụ di truyền của những người đàn ông bị tổn thương folate. J Nutr. 2010, 140, 5, 975–980.
Đọc các văn bản khác của tác giả này
