Kann die Ernährung unsere Gene verändern? Können unsere Kindheitstraumata unsere Kinder und Enkelkinder betreffen? Antworten auf diese Fragen können von der Epigenetik geliefert werden, d. H. Der Wissenschaft, die das sogenannte untersucht epigenetische Modifikationen. Derzeit gelten epigenetische Modifikationen als eine der wichtigsten Entdeckungen in der Molekularbiologie, da sie das Verständnis der Beziehung zwischen dem genetischen Hintergrund und Umweltfaktoren ermöglichten.
Inhaltsverzeichnis:
- Epigenetik - Was sind epigenetische Modifikationen?
- Epigenetik - Arten epigenetischer Modifikationen
- Epigenetik - die Rolle epigenetischer Modifikationen
- Epigenetik - Diät
- Epigenetik - MTHFR-Genpolymorphismen
- Epigenetik - Stress
- Epigenetik - Auswirkungen auf die Gesundheit
Die Epigenetik ist ein Wissenschaftszweig, der Veränderungen der Genexpression untersucht, die nicht auf Sequenzmodifikationen im DNA-Strang zurückzuführen sind. Solche Modifikationen werden als epigenetisch bezeichnet und sind eine Art molekularer Marker, die durch geeignete Enzyme, z. B. Methyltransferasen, zu DNA-Strängen hinzugefügt werden.
Mit Hilfe epigenetischer Modifikationen kann der Körper den Verlauf vieler wichtiger biologischer Prozesse steuern, beispielsweise die Entwicklung einzelner Gewebe und Organe im Fötus.
Der Begriff "Epigenetik" wurde erstmals 1942 von Waddington verwendet. Das Präfix "epi-" kommt vom griechischen Wort "oben", was lose übersetzt etwas bedeutet, das über der klassischen Genetik liegt.
Epigenetik - Was sind epigenetische Modifikationen?
Molekulare Marker, die einem DNA-Strang während der epigenetischen Modifikation hinzugefügt werden, können entscheiden, ob ein Gen exprimiert wird oder nicht, und als molekulare "Schalter" und "Schalter" fungieren, die die Expression bestimmter Gene regulieren.
Am wichtigsten ist, dass solche Modifikationen die Struktur des DNA-Strangs nicht verändern, d. H. Sie sind keine Art von genetischer Mutation, die irreversibel ist, sondern etwas, das unter dem Einfluss von Umweltfaktoren dynamische Veränderungen erfährt.
Zusätzlich werden nach jeder Zellteilung und DNA-Strang-Duplikation geeignete molekulare Marker hinzugefügt oder entfernt.
Daher hat jede Zelle ihr eigenes charakteristisches Muster molekularer Marker, das ihr spezifisches Genexpressionsprofil bestimmt. Die Sammlung solcher molekularer Marker wird als Epigenom bezeichnet.
Die bekannteste epigenetische Modifikation ist die DNA-Methylierung, bei der eine Methylgruppe an Cytosin (eine basische Verbindung, die Teil der DNA ist) gebunden wird.
Die umgekehrte epigenetische Modifikation der Methylierung ist wiederum die Demethylierung, die darin besteht, die Methylgruppe aus dem Cytosin zu entfernen.
Epigenetik - Arten epigenetischer Modifikationen
Epigenetische Modifikationen können die DNA-Stränge direkt beeinflussen:
- DNA-Methylierung, d. H. Die Bindung von Methylgruppen an Cytosin mittels DNA-Methyltransferasen
- DNA-Demethylierung, d. H. Die Entfernung von Methylgruppen aus Cytosin mittels DNA-Demethylasen
- Zusätzlich werden epigenetische Modifikationen an Proteinen vorgenommen, auf denen keine DNA verwundet ist, d. H. Histonen:
- Methylierung von Lysin- und Argininresten von Histonen mit Histonmethyltransferasen
- Demethylierung von Lysin- und Argininresten von Histonen mit Histon-Demethylasen
- Acetylierung von Histon-Lysin-Resten mit Histon-Acetyltransferasen
- Deacetylierung von Histon-Lysin-Resten durch Histon-Deacetylase
- Phosphorylierung von Histonserinresten durch Kinasen
- Ubiquitinierung von Histon-Lysin-Resten durch Anheften von Ubiquitin-Protein an Histone unter Verwendung der Enzyme E1, E2 und E3
- Ribosylierung von Histonglutamin- und Argininresten unter Anbindung von ADP-Ribose-Nukleotiden unter Verwendung von Polymerase und Transferase
Atypische epigenetische Modifikation ist die sogenannte nichtkodierende RNA-Moleküle, z.B. microRNA (miRNA). Es handelt sich um kurze, einzelsträngige RNA-Moleküle (DNA-ähnliche Verbindungen), die die Genexpression regulieren können, indem sie die Bildung von Proteinen blockieren.
Epigenetik - die Rolle epigenetischer Modifikationen
- verbesserte Genexpression
- Genexpression zum Schweigen bringen
- Kontrolle der Zelldifferenzierung im Körper
- embryonale Entwicklung
- Regulierung des Grads der Chromatinkondensation, z. B. Inaktivierung des X-Chromosoms, wodurch bei Frauen nur eine Kopie der geschlechtsgebundenen Gene aktiv ist.
Bienen sind ein interessantes Beispiel für die Rolle der epigenetischen Modifikation bei der Tierentwicklung. Bei diesen Insekten ist die Königin die Mutter aller Bienen in einem Bienenstock, mit der Folge, dass sie alle dieselbe DNA-Sequenz haben.
Trotzdem wird ein Bienenstock von Insekten bewohnt, die anders aussehen und sich anders verhalten. Die Arbeiter sind kleiner als die Königin und haben ein mildes Temperament, während die Soldaten größer und aggressiver sind.
Diese Unterschiede werden durch epigenetische Veränderungen verursacht, die das Aussehen und Verhalten von Bienen bestimmen, die an die Rolle angepasst sind, die sie in der Bienenstockgemeinschaft spielen.
Ein ähnlicher Mechanismus wird während der fetalen Entwicklung von Tieren beobachtet, wenn die Stummschaltung und Verstärkung der Expression spezifischer Gene das Schicksal einer bestimmten Stammzelle beeinflusst, unabhängig davon, ob es sich um eine Gehirnnervenzelle oder eine Magenepithelzelle handelt.
Epigenetik - Diät
Epigenetische Veränderungen treten bereits während des fetalen Lebens auf und können dann während des gesamten Lebens unter dem Einfluss von Umweltfaktoren dynamische Veränderungen erfahren.
Einer der wichtigsten Faktoren, die die Form des Epigenoms beeinflussen, sind Lebensmittel und ihre bioaktiven Substanzen.
Der Einfluss der Ernährung auf epigenetische Veränderungen wurde in vielen präklinischen und klinischen Studien bestätigt.
Es gibt mindestens zwei Mechanismen, durch die die Ernährung die epigenetische Modifikation beeinflussen kann, hauptsächlich den Methylierungsprozess:
- durch Änderung der Verfügbarkeit von Methyldonoren wie S-Adenosylmethionin (SAM), das im Methionin-Zyklus aus mehreren in Lebensmitteln vorhandenen Vorläufern synthetisiert wird, darunter Methionin, Cholin und dessen Derivat Betain, Folsäure und Vitamine B2, B6 und B12. Daher kann eine verringerte Verfügbarkeit dieser Verbindungen zu einer verringerten SAM-Synthese und einer Störung des Methylierungsprozesses führen
- durch Modulieren der Aktivität von Enzymen, die mit dem Methylierungsprozess zusammenhängen (z. B. DNMT-Methyltransferase), durch den Verbrauch von Polyphenolen, die in Obst, Gemüse und Gewürzen enthalten sind. Beispiele für solche Verbindungen sind Resveratrol in Rotwein, Epigallocatechingallat (EGCG) in grünem Tee, Curcumin in Kurkuma-Rhizom, Genistein in Sojabohnen, Sulforaphan in Brokkoli, Quercetin in Zitrusfrüchten und Buchweizen
Die Auswirkung der Ernährung auf das Epigenom in der Gebärmutter wurde durch das berühmte Experiment an "Agouti" -Labormäusen dokumentiert, die sich durch eine gelbe Fellfarbe und eine Veranlagung für Fettleibigkeit, Diabetes und Krebs auszeichnen.
Die gelbe Farbe des Fells bei diesen Mäusen ist eine Art Indikator für eine unzureichende Genmethylierung.
In dem Experiment wurden trächtige "Agouti" -Mäuse unter anderem mit Futter mit einem hohen Gehalt an Methylspendern gefüttert. Folsäure und Cholin.
Zur Überraschung der Wissenschaftler ähnelten die Nachkommen dieser Mäuse nicht ihren Eltern. Das erste auffällige Merkmal war die Änderung der Fellfarbe in Braun, aber das Überraschendste war, dass die Mäuse ihre Veranlagung für Krankheiten verloren, an denen ihre Eltern litten.
Wie sich herausstellte, war dies eine Folge einer veränderten Ernährung und der Wiederherstellung einer normalen DNA-Methylierung.
Diese Beobachtungen stützen die Tatsache, dass das Epigenom durch die Ernährung verändert werden kann und weitreichende gesundheitliche Folgen haben kann.
In den letzten Jahren wurde auch eine signifikante Rolle der Darmmikrobiota im epigenetischen Modifikationsprozess nachgewiesen.
Die Darmmikroorganismen produzieren verschiedene bioaktive Substanzen, z. B. kurzkettige Fettsäuren, und ihre Menge hängt von der Artenzusammensetzung der Mikrobiota und der Qualität der Nahrung ab.
Ein hoher Vorrat an präbiotischen Produkten in der Nahrung, wie lösliche Ballaststoffe, z. B. resistente Stärke, erhöht die Konzentration kurzkettiger Fettsäuren, die das Epigenom von Darmepithelzellen positiv beeinflussen.
Epigenetik - MTHFR-Genpolymorphismen
Die Effizienz epigenetischer Modifikationen kann auch durch genetische Polymorphismen beeinflusst werden, d. H. Kleine Veränderungen im Genom, deren Folge das Vorhandensein verschiedener Genvarianten in der menschlichen Bevölkerung ist.
Eine der Folgen genetischer Polymorphismen ist unter anderem. Jeder reagiert anders auf Nährstoffe.
Es wird geschätzt, dass 15 bis 30% der Menschen aufgrund ungünstiger Polymorphismen des MTHFR-Gens, das für das Enzym Methylentetrahydrofolatreduktase kodiert, einen erhöhten Bedarf an Methylspendern (insbesondere Folsäure) haben.
Dieses Enzym ist für die Umwandlung von Folsäure in ihre aktive Form verantwortlich.
Menschen mit einer ungünstigen Variante des MTHFR-Genpolymorphismus haben die Umwandlung der inaktiven Form von Folsäure in ihre aktive Form, 5-Methyltetrahydrofolat (5-MTHF), beeinträchtigt, weshalb sie einen erhöhten Bedarf an Methylspendern haben.
Und obwohl die Forschung nicht eindeutig bestätigt hat, dass solche Menschen möglicherweise die Methylierung von DNA-Strängen reduziert haben, lohnt es sich in ihrem Fall, auf eine ausreichende Versorgung mit Nahrung oder eine zusätzliche Ergänzung von Methylgruppenspendern wie Folsäure oder Cholin zu achten.
Epigenetik - Stress
Übermäßige Stresshormone unter anderem Cortisol kann epigenetische Veränderungen im Nervensystem beeinflussen und das Risiko für psychiatrische Störungen erhöhen.
Es wurde dokumentiert, dass Menschen, die an Angststörungen, posttraumatischer Belastungsstörung, posttraumatischer Belastungsstörung und Depression leiden, ein charakteristisches epigenetisches Modifikationsprofil aufweisen (hauptsächlich reduzierte DNA-Methylierung).
Es wird angenommen, dass ein solches Epigenom durch traumatische Erfahrungen in der Kindheit und / oder chronische Stresssituationen geprägt ist.
Dieses epigenetische Profil bleibt während ihres gesamten Lebens erhalten und wird wahrscheinlich an Kinder und Enkel weitergegeben (bekannt als Extra-Gen-Vererbung).
Epigenetik - Auswirkungen auf die Gesundheit
Fehler während epigenetischer Modifikationen, wie das Stummschalten der Expression des falschen Gens, können schwerwiegende Folgen für die Funktion des Körpers haben, z. B. Krebs verursachen.
Darüber hinaus weisen immer mehr Studien darauf hin, dass epigenetische Veränderungen zusätzlich zur Teilnahme an physiologischen Prozessen an der Entwicklung von Krankheiten beteiligt sein können, wie z.
- Autismus
- Schizophrenie
- Depression
- Herz-Kreislauf-Erkrankungen
- Neurodegenerative Krankheiten
- Autoimmunerkrankungen
- Allergien
Insbesondere wird der Zusammenhang zwischen epigenetischen Veränderungen, Ernährung und dem Risiko spezifischer Krankheiten gesucht.
Es wurde gezeigt, dass signifikante epigenetische Veränderungen in der Gebärmutter auftreten, die Auswirkungen auf das Erwachsenenalter haben können.
Daher kann das, was die Mutter während der Schwangerschaft isst, das Risiko bestimmter Krankheiten erhöhen und sogar die nächste Generation betreffen.
Es wurde nachgewiesen, dass Kinder von Müttern, die während des hungrigen Winters in den Niederlanden zwischen 1944 und 1945 schwanger waren, ein erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Fettleibigkeit und Schizophrenie hatten als Kinder von Müttern, die nicht verhungerten.
Bei Kindern hungriger Mütter wurde unter anderem festgestellt, reduzierte Methylierung des Gens, das für Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktor 2 (IGF2) kodiert.
WissenswertDie Weiterentwicklung der Epigenetik ist derzeit Gegenstand intensiver ernährungswissenschaftlicher Forschung. Es gibt sogar eine neue Disziplin, die sich mit dem Einfluss von Nährstoffen auf die Genexpression befasst, d. H. Die Nutrigenomik.
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