Что такое эпигенетика?

Когда мы думаем о генах — то есть единицах наследственности, которые играют большую роль в определении наших индивидуальных характеристик — многие из нас склонны думать о них как о жестких единицах, передаваемых из поколения в поколение, невосприимчивых к воздействиям окружающей среды.

Хотя последовательность ДНК, которую вы наследуете, безусловно, играет важную роль в вашем геноме, помогая определить, какие гены экспрессируются, а какие нет, это не единственный фактор, который влияет на поведение ваших генов.

Вместо этого эпигенетические исследователи обнаружили, что многочисленные факторы окружающей среды могут потенциально изменить поведение ваших генов, что приводит к зависимой от стимула повышающей или понижающей регуляции экспрессии определенных генов.

Так какие же экзогенные факторы действительно могут влиять на подобные изменения и какими могут быть конечные последствия? Что ж, прежде чем мы углубимся в эту кроличью нору, давайте сначала обсудим более подробно, что такое эпигенетика и как она работает.

Что такое эпигенетика?

В области биологии эпигенетика включает изучение наследственных изменений в экспрессии генов, которые происходят в отсутствие любых таких изменений, происходящих в последовательности ДНК человека.

Проще говоря, эпигенетические изменения, вызванные факторами окружающей среды, могут фактически включать или выключать разные гены. Хотя вы можете родиться с определенной последовательностью ДНК, которая влияет на поведение ваших генов, внешние факторы могут фактически изменить их поведение, что приведет к потенциальным изменениям, которые могут быть переданы от одного поколения клеток к следующему.

Исследования показывают, что эпигенетические изменения в экспрессии генов происходят посредством трехэтапного процесса. На первом этапе что-то в вашей среде активирует переключение в вашей ДНК.

На втором этапе включенный переключатель инициирует процесс, в котором отправляются новые белки или мессенджер. Наконец, по мере продолжения воздействия окружающей среды, коммутатор учится оставаться активированным, помогая поддерживать произошедшие эпигенетические изменения.

Исследователи были заинтересованы в выявлении различных механизмов, посредством которых эпигенетические изменения происходят в течение некоторого времени, и на сегодняшний день, по-видимому, существует по крайней мере три различных пути, посредством которых экзогенные факторы могут потенцировать изменения: метилирование ДНК, модификации гистонов и экспрессия микро РНК.

1. Метилирование ДНК

Один из способов, с помощью которого исследователи обнаружили, что эпигенетические изменения могут происходить, — это метилирование ДНК, которое относится к физиологическому процессу, посредством которого метильная группа добавляется к определенной цепи ДНК.

Изменение структуры определенной цепи ДНК путем метилирования может в конечном итоге изменить поведение ассоциированного гена, часто подавляя процесс транскрипции, тем самым отключая ген.

2. Модификации гистонов

Другой способ возникновения эпигенетических изменений — модификация гистонов. Гистоны — это белки, которые играют важную архитектурную роль в хроматине, сложной молекулярной сборке внутри хромосомы, которая действует как катушка, в которую оборачивается ДНК. (5)

Когда гистоны изменены, это может изменить структуру и расположение хроматина, потенциально изменяя процесс транскрипции определенного гена. Модификации гистонов могут как включать, так и выключать ген, в зависимости от того, как изменяется хроматин. — В тех случаях, когда хроматин конкретной клетки конденсируется, он становится неактивным и транскрипция отключается, тогда как расширение ранее конденсированного хроматина может активировать транскрипцию.

3. Экспрессия микро РНК

МикроРНК (микроРНК) — это тип некодирующей рибонуклеиновой кислоты (РНК), который проходит процесс транскрипции ДНК, но в конечном итоге не транслируется в белки.

Когда дело доходит до эпигенетики, исследования показывают, что экзогенные факторы могут стать причиной того, что микроРНК мешают нормальным функциям РНК-мессенджеров — типа РНК, который передает генетическую информацию от ДНК к рибосоме — что приводит к понижающей регуляции экспрессии. некоторых генов.

Эпигенетика и роль окружающей среды

В многочисленных исследованиях изучалось влияние воздействия химических веществ окружающей среды. эпигенетика, многие исследования были сосредоточены на связи между эпигенетическими изменениями и восприимчивостью к болезням.

Эксперименты in vitro с участием клеток человека и животных показали, что воздействие ряда различных тяжелых металлов и загрязнителей воздуха, таких как мышьяк, хром, кадмий, черный углерод, твердые частицы и бензол, может вызвать значительные изменения в функции генома это, в свою очередь, может увеличить риск неблагоприятных последствий для здоровья.

Воспаление и эпигенетика

Существует достаточно доказательств того, что воздействие токсинов окружающей среды может привести к значительным изменениям в активации иммунных клеток.

В дополнение к ослаблению иммунного ответа, эти изменения также, как было показано, усиливают экспрессию определенных провоспалительных генов, что, в свою очередь, может привести к ряду воспалительных заболеваний, таких как рак, метаболический синдром, диабет и артрит наряду с заболеванием легких и сердца. 

Ряд исследований, посвященных эпигенетике и раку, например, продемонстрировали роль модификации гистонов в росте опухоли, связанной с раком. Более конкретно, было показано, что изменения в гистонах H3 и H4, которые могут быть вызваны воздействием окружающей среды, отключают некоторые гены, обладающие способностью подавлять опухоль. (12)

Также имеются данные, свидетельствующие о том, что miRNA может играть важную функцию подавления опухолей, причем некоторые исследования демонстрируют взаимосвязь между эпигенетическими изменениями и подавлением активности подгрупп miRNA в опухолях.

Эпигенетика и ожирение

Другие исследования показывают, что воздействие окружающей среды — особенно те, которые происходят в раннем возрасте — может привести к изменениям в эпигеноме, которые сохраняются в течение всей жизни, и увеличивают риск ожирения.

Однако, по сравнению с исследованиями эпигенетики и рака, конкретные пути воздействия факторов окружающей среды на ожирение менее ясны. С учетом сказанного, исследователи наблюдали, что определенные вызванные окружающей средой изменения в экспрессии генов могут привести к изменениям в таких вещах, как аппетит, сытость и обмен веществ, которые, в свою очередь, могут затруднить поддержание здорового веса, особенно с возрастом. (15)

Улучшение вашей эпигенетики с помощью изменений образа жизни

Хотя вызванные окружающей средой эпигенетические изменения могут привести к целому ряду негативных последствий для здоровья, таких как рак и ожирение, все больше и больше исследований также начинают предполагать, что вы можете отменить неблагоприятные эпигенетические изменения посредством вмешательства в образ жизни.

Другими словами, хотя факторы окружающей среды могут негативно влиять на функцию вашего эпигенома, вы также можете изменить свою эпигенетику в лучшую сторону, просто внеся изменения в свой образ жизни.

Питание и эпигенетические изменения

Ученые из области нутрипигеномики продолжают изучать взаимосвязь между питанием и эпигенетическими модификациями, и на сегодняшний день существует немало доказательств того, что вы можете изменить некоторые неблагоприятные изменения генов с помощью продуктов, которые вы потребляете в своем рационе. диета. (16)

Более конкретно, данные многочисленных испытаний показывают, что воздействие определенных диетических сигналов может привести к положительным изменениям в экспрессии генов, что, в свою очередь, может помочь улучшить ваше общее состояние здоровья и снизить риск таких заболеваний, как рак и метаболический синдром.

Например, одно исследование 2010 года, опубликованное в Европейском журнале фармакологии, в конечном итоге показало, что воздействие полифенолов, таких как те, которые присутствуют в зеленом чае (EGCG), винограде (ресвератрол) и соевых бобах (генистеин), помогло изменить молчание опухоли. гены-супрессоры, снижающие общий риск неконтролируемого роста клеток (рака). (18)

Другие исследования показали, что определенные вещества, содержащиеся в яблоках — и особенно в яблочном экстракте — также могут помочь положительно изменить эпигеном. Полученные данные свидетельствуют о том, что производные от яблок вещества, такие как катехины, эпикатехины, хлорогеновая кислота и кверцетин, могут помочь увеличить выработку лептина путем изменения метилирования в определенных областях ДНК (сайты CpG).

Повышенное производство лептина, в свою очередь, помогает предотвратить увеличение веса и улучшить некоторые маркеры метаболического синдрома, включая инсулинорезистентность и гипергликемию. В вышеупомянутом исследовании ученые в конечном итоге обнаружили, что регулярные добавки с экстрактом яблока помогли значительно снизить частоту ожирения, связанного с питанием.


Важность микроэлементов

Также было показано, что некоторые витамины и минералы влияют на экспрессию генов, а их дефицит может нарушить нормальную функцию вашего генома. Факты свидетельствуют о том, что недостаток таких веществ, как витамины группы В, витамин D и железо, и это лишь некоторые из них, может привести к ряду различных негативных последствий для здоровья.

Более конкретно, исследования показывают, что добавление питательных микроэлементов, особенно в случаях дефицита, может помочь регулировать экспрессию генов на пост-транскрипционной стадии посредством положительного воздействия на экспрессию miRNA — опять же, микроРНК иногда может влиять на РНК-мессенджер, что приводит к подавление определенного гена. (23)

Эпигенетические изменения и упражнения

В дополнение к вашей диете, наука предполагает, что регулярные физические упражнения также могут помочь вызвать положительные эпигенетические изменения. Например, исследования показывают, что люди с семейным анамнезом диабета типа 2 в среднем имеют значительно более низкие максимальные аэробные возможности (Vo2max) по сравнению с лицами без семейного анамнеза, даже когда оба человека имеют одинаковые уровни физической активности.

Тем не менее, помимо значительного сокращения таких показателей, как окружность талии, вес тела и ИМТ за счет эпигенетических изменений, вызванных физическими упражнениями, исследования также показали, что люди с семейным анамнезом диабета 2 типа также могут улучшить их V o2max также через эпигенетику.

Например, одно исследование 2012 года, опубликованное Американской ассоциацией диабета, в конечном итоге показало, что после 6-месячной программы упражнений у людей с семейным анамнезом диабета второго типа отмечалось не только значительное снижение массы тела наряду с несколькими маркерами метаболизма. синдром, но они также видели значительные улучшения их V o2max.

В конечном итоге исследователи связывают эти улучшения аэробной способности с положительным изменением метилирования ДНК в гене NDUFC2, который играет важную роль в дыхательной функции.

Завершение

Эпигенетика относится к основной концепции, согласно которой определенные факторы окружающей среды могут влиять на поведение ваших генов, не влияя на какие-либо изменения в вашей последовательности ДНК.

Исследования показывают, что воздействие нескольких химических веществ и тяжелых металлов может изменить ваш эпигеном, изменить экспрессию ваших генов и повысить риск развития ряда заболеваний, включая рак и ожирение.

Несмотря на то, что факторы окружающей среды могут изменить вашу генетику в худшую сторону, все больше фактов свидетельствует о том, что вы можете изменить некоторые эпигенетические изменения в своем образе жизни. В частности, последние данные показали, что изменение режима питания и физической формы может помочь улучшить функцию эпигенома.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *