Τροφές που σε διαμορφώνουν: πώς η διατροφή μπορεί να αλλάξει το επιγονιδίωμά σας Understand article

Μεταφρασμένο από τον Κωνσταντίνο Μιχαλοδημητράκη. Είμαστε ό,τι τρώμε – αρκετά κυριολεκτικά. Η διατροφή μας μπορεί να επηρεάσει τις μικρές αλλαγές στο γονιδίωμά…

Όταν κοιτάς τον εαυτό σου στον καθρέφτη μπορεί να αναρωτηθείς «Πώς μπορούν, δεδομένου ότι όλα τα κύτταρα στο σώμα μου έχουν το ίδιο DNA, τα όργανά μου να φαίνονται και να λειτουργούν τόσο διαφορετικά;» Με την πρόσφατη πρόοδο στην επιγενετική, έχουμε αρχίσει να καταλαβαίνουμε. Τώρα ξέρουμε ότι τα κύτταρα χρησιμοποιούν το γενετικό τους υλικό με διαφορετικούς τρόπους: γονίδια ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται, με αποτέλεσμα τον εκπληκτικό βαθμό διαφοροποίησης μέσα στο σώμα μας.

Η επιγενετική περιγράφει τις κυτταρικές διεργασίες που καθορίζουν εάν ένα συγκεκριμένο γονίδιο θα μεταγραφεί και μεταφραστεί στην αντίστοιχη πρωτεΐνη. Το μήνυμα μπορεί να μεταφερθεί μέσω μικρών και αντιστρέψιμων χημικών τροποποιήσεων της χρωματίνης (σχήμα 1). Για παράδειγμα, η προσθήκη ακέτυλο όμαδων (ακετυλίωση) των πρωτεϊνών στήριξης του DNA (ιστόνες) αυξάνει την μεταγραφή. Αντίθετα, η προσθήκη μέθυλο ομάδων (μεθυλίωση) σε ορισμένες ρυθμιστικές περιοχές του ίδιου του DNA μειώνει την γονιδιακή μεταγραφή. Αυτές οι τροποποιήσεις, μαζί με άλλους ρυθμιστικούς μηχανισμούς, είναι ιδιαίτερα σημαντικές κατά την ανάπτυξη – όταν η ακριβής στιγμή της ενεργοποίησης γονιδίων είναι καθοριστική για την διασφάλιση της ακριβούς κυτταρικής διαφοροποίησης – αλλά συνεχίζουν να έχουν κάποια επίδραση κατά την ενήλικη ζωή.

Οι επιγενετικές τροποποιήσεις μπορούν να συμβούν ως αντίδραση σε ερεθίσματα από το περιβάλλον, από τα οποία ένα από τα πιο σημαντικά είναι η διατροφή. Οι μηχανισμοί με τους οποίους η διατροφή επηρεάζει την επιγενετική δεν είναι πλήρως κατανοητοί, αλλά είναι καλά γνωστά μερικά ξεκάθαρα παραδείγματα.

Κατά την διάρκεια του χειμώνα του 1944-1945, η Ολλανδία αντιμετώπισε ένα φοβερό λιμό εξαιτίας της Γερμανικής κατοχής και η διατροφική πρόσληψη του κόσμου έπεσε κάτω από τις 1000 θερμίδες την ημέρα. Οι γυναίκες συνέχισαν να συλλαμβάνουν και να γεννούν κατά την δύσκολη αυτή περίοδο και τα παιδιά αυτά είναι τώρα ενήλικες στην ηλικία των εξήντα. Πρόσφατες έρευνες έχουν αποκαλύψει ότι αυτά τα άτομα – που εκτέθηκαν σε περιορισμούς σε θερμίδες όσο ήταν στην μήτρα της μητέρας τους – έχουν υψηλότερο ποσοστό χρόνιων νοσημάτων όπως ο διαβήτης, οι καρδιαγγειακές παθήσεις και η παχυσαρκία από τα αδέρφια τους. Οι πρώτοι μήνες της εγκυμοσύνης φαίνεται να έχουν την μέγιστη επίδραση στο κίνδυνο εμφάνισης ασθενειών.

Πώς μπορεί κάτι που συνέβη πριν ακόμα γεννηθείς να επηρεάζει την ζωή σου μέχρι και μετά από 60 χρόνια;  Η απάντηση φαίνεται να βρίσκεται στις επιγενετικές προσαρμογές του εμβρύου σε ανταπόκριση στην περιορισμένη παροχή θρεπτικών συστατικών.

Οι ακριβείς επιγενετικές τροποποιήσεις δεν είναι ακόμα ξεκάθαρες, αλλά ανακαλύφθηκε ότι άνθρωποι που εκτέθηκαν σε λιμό στην μήτρα έχουν μικρότερο βαθμό μεθυλίωσης ενός γονιδίου που εμπλέκεται στον μεταβολισμό της ινσουλίνης (το γονίδιο του ινσουλινοειδή αυξητικού παράγοντα ΙΙ) από ότι τα αδέρφια τους που δεν έχουν εκτεθεί (Heijmans et al., 2008). Αυτό έχει μερικές υπόνοιες που ξαφνιάζουν: παρόλο ότι οι επιγενετικές τροποποιήσεις είναι θεωρητικά αντιστρεπτές, χρήσιμες τροποποιήσεις που γίνονται κατά την ανάπτυξη του εμβρύου μπορούν να παραμείνουν στην ενήλικη ζωή. Μερικές από αυτές τις τροποποιήσεις μπορούν να παραμείνουν επί γενεές, επηρεάζοντας τα εγγόνια των εκτεθειμένων γυναικών (Painter et al., 2008).

Οι επιδράσεις της πρώιμης διατροφής στην επιγενετική είναι ξεκάθαρα ορατή στις μέλισσες. Αυτό που διαφοροποιεί τις στείρες εργάτριες μέλισσες από την γόνιμη βασίλισσα δεν είναι η γενετική, αλλά η διατροφή τους όταν είναι προνύμφες (σχήμα 2). Οι προνύμφες που προορίζονται για βασίλισσες τρέφονται αποκλειστικά με βασιλικό πολτό, μία ουσία που εκκρίνεται από τις εργάτριες μέλισσες, η οποία ενεργοποιεί το γενετικό πρόγραμμα που οδηγεί στο να γίνει γόνιμη η μέλισσα.

Ένα άλλο εντυπωσιακό παράδειγμα του πώς η διατροφή επηρεάζει την επιγενετική κατά την ανάπτυξη συναντάται στα ποντίκια. Άτομα που έχουν ενεργό γονίδιο agouti έχουν κίτρινο τρίχωμα και μία τάση προς την παχυσαρκία.

Αυτό το γονίδιο, όμως, μπορεί να απενεργοποιηθεί με μεθυλίωση του DNA. Εάν σε ένα agouti ποντίκι που κυοφορεί δίνονται συμπληρώματα διατροφής τα οποία μπορούν να απελευθερώσουν μέθυλο ομάδες – όπως το φολικό οξύ ή η χολίνη – τα γονίδια agouti των μικρών θα μεθυλιωθούν και επομένως θα απενεργοποιηθούν. Τα μικρά αυτά εξακολουθούν να φέρουν το γονίδιο agouti αλλά χάνουν τον φαινότυπο agouti: έχουν καφέ τρίχωμα και δεν έχουν αυξημένη τάση προς την παχυσαρκία (σχήμα 3).

Η ανεπαρκής πρόσληψη φολικού οξέως επίσης εμπλέκεται σε προβλήματα ανάπτυξης στους ανθρώπους, όπως η δισχιδής ράχη (spina bifida) και άλλες ανωμαλίες του νευρικού σωλήνα. Για να προληφθούν τέτοια προβλήματα, προτείνεται ευρέως να παίρνουν συμπληρώματα φολικού οξέως οι έγκυες και όσες ελπίζουν να συλλάβουν (δείτε Hayes et al., 2009).

Τι γίνεται με την επίδραση της διατροφής στην επιγενετική στην ενήλικη ζωή; Πολλά από τα συστατικά των τροφών έχουν την δυνατότητα να προκαλέσουν επιγενετικές αλλαγές στους ανθρώπους. Για παράδειγμα, τα μπρόκολα και αλλά σταυρανθή λαχανικά περιέχουν ισοθειοκυανικά, τα οποία μπορούν να αυξήσουν την ακετυλίωση των ιστονών. Από την άλλη, η σόγια είναι μία πηγή της ισοφλαβόνης γενιστεΐνη, που θεωρείται ότι μειώνει την μεθυλίωση του DNA ορισμένων γονιδίων. Στο πράσινο τσάι βρίσκεται η πολυφαινολική ένωση γαλλικός 3-επιγαλλοκατεχυλεστέρας (epigallocatechin-3-gallate) που έχει πολλές βιολογικές δράσεις, περιλαμβάνοντας την παρεμπόδιση της μεθυλίωσης του DNA. Η κουρκουμίνη, μία ένωση που συναντάται στην κουρκούμη (Curcuma longa), μπορεί να έχει πολλαπλές επιδράσεις στην ενεργοποίηση γονιδίων, γιατί παρεμποδίζει την μεθυλίωση του DNA αλλά και ρυθμίζει την ακετυλίωση των ιστονών. Στο σχήμα 4 φαίνονται περισσότερα παραδείγματα επιγενετικά ενεργών μορίων.

Τα περισσότερα δεδομένα που έχουν συλλεχθεί μέχρι στιγμής για αυτές τις ενώσεις προέρχονται από πειράματα in vitro. Τα απομονωμένα μόρια δοκιμάστηκαν σε κυτταρικές σειρές και μετρήθηκαν οι επιδράσεις τους σε επιγενετικούς στόχους. Παραμένει να αποδειχθεί εάν τρώγοντας τα αντίστοιχα τρόφιμα προκύπτει κάποια ανιχνεύσιμη επίδραση όπως παρατηρείται σε κυτταρικά μοντέλα (Gerhauser, 2013).

Όμως, επιδημιολογικές μελέτες, υποδηλώνουν ότι οι πληθυσμοί που καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες μερικών από αυτά τα τρόφιμα εμφανίζονται λιγότερο επιρρεπείς σε κάποιες ασθένειες (Siddiqui et al., 2007). Ωστόσο οι περισσότερες από αυτές τις ενώσεις δεν έχουν μόνο επιγενετικές επιδράσεις αλλά επηρεάζουν και άλλες βιολογικές λειτουργίες. Ένα τρόφιμο μπορεί να περιέχει πολλά διαφορετικά μόρια που είναι βιολογικά ενεργά, κάνοντάς το δύσκολο να βγάλεις μία άμεση συσχέτιση μεταξύ επιγενετικής δράσης και την συνολική επίδραση στο σώμα. Τέλος, όλα τα τρόφιμα υφίστανται πολλές μετατροπές στο πεπτικό μας σύστημα, οπότε δεν είναι ξεκάθαρο πόσες από τις ενεργές ενώσεις φτάνουν πραγματικά στους μοριακούς στόχους τους.

Ως αποτέλεσμα της μεγάλης εμβέλειας των επιδράσεών τους, οι επιγενετικές τροποποιήσεις εμπλέκονται στην ανάπτυξη πολλών ασθενειών, συμπεριλαμβάνοντας ορισμένους τύπους καρκίνου και νευρολογικές ασθένειες. Καθώς τα κύτταρα γίνονται κακοήθη, ή καρκινικά, επιγενετικές τροποποιήσεις μπορούν να απενεργοποιήσουν γονίδια καταστολέων όγκων, τα οποία εμποδίζουν τον υπερβολικό πολλαπλασιασμό των κυττάρων (Esteller, 2007). Επειδή αυτές οι επιγενετικές τροποποιήσεις είναι αντιστρεπτές, υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για την εύρεση των μορίων – ειδικά από διατροφικές πηγές – που μπορεί να αναιρέσουν αυτές τις επιζήμιες τροποποιήσεις και να εμποδίσουν την ανάπτυξη του όγκου.

Όλοι γνωρίζουμε ότι μία διατροφή πλούσια σε φρούτα και λαχανικά είναι υγιεινή για την καθημερινή μας ζωή, αλλά γίνεται ολοένα πιο ξεκάθαρο ότι ίσως να είναι ακόμα πιο σημαντική από αυτό, με το να έχει σημαντικές μακροπρόθεσμες επιπτώσεις στην υγεία μας και το προσδόκιμο της ζωής.

Download

Download this article as a PDF