Dieta wpływa na geny? Kilka słów o epigenetyce

Czym jest epigenetyka?

Epigenetyka to nauka zajmująca się badaniem tego, jak funkcjonuje ekspresja genów związanych ze zmienną częścią DNA. Skupia się na czynnikach, które wpływają na funkcjonowanie DNA w założeniu, że ciągle podlega ono zmianom. Nauka ta bada także wszelkie mechanizmy, które wpływają na ekspresję genetyczną, ponad kodem DNA.

Czy DNA ulega zmianom?

Niektórzy dziwią się słysząc twierdzenie, że DNA się zmienia – sądzi się, że jest ono niezmienne przez całe nasze życie. Jest nieco w tym prawdy, ale i przekłamania. Każda komórka organizmu człowieka posiada jądro zawierające chromosomy – to molekuły z 300 mln par nukleotydów, które tworzą jeden kwas nukleinowy o nazwie DNA. Molekuły z jednej komórki, które są rozciągnięte, miałyby długość aż 3 metrów, co daje niesamowicie ogromną ilość zapisanych w nich informacji. Zaledwie 2% z tego natomiast zawiera geny, które kodują syntezę białek oraz metabolizm oraz które mają wpływ na to, jakiej jesteśmy budowy, czy jaki mamy kolor włosów. Pozostałe 98% stanowi niekodująca część DNA – nie koduje ona białek. Dotąd była uznawana za niepotrzebną (przez naukowców), a nawet zyskała miano „śmieciowego DNA”. W istocie naukowcy po prostu nie wiedzieli, do czego ta część DNA służy. Obecnie wiemy, że niekodująca część DNA ma funkcje regulujące, czyli wspomagające pracę kodującej części DNA. Jest także niezwykle istotne m.in. w różnicowaniu komórek – pomaga np. zdecydować, czy dana komórka ma być budulcem mózgu czy np. oka. Wracając do tego, czy DNA się zmienia – nie, samo DNA nie ulega zmianom, natomiast zmienia się jego ekspresja, czyli to, która część DNA będzie używana i w jak będzie funkcjonować.

Co reguluje ową ekspresję DNA? Są to tzw. epigenetyczne tagi (znaczniki), które blokują lub aktywują konkretny fragment DNA. To od nich zależy, jaka porcja genów jest w danej chwili wykorzystywana. Co ciekawe, występowanie tychże tagów zmienia się w ciągu naszego życia. Jest coraz więcej potwierdzeń w nauce, że np. choroby nowotworowe nie są wynikiem mutacji DNA, ale... nieprawidłowym funkcjonowaniem enzymów wpływających na epigenetyczne tagi! Komórki np. dzielą się bezgranicznie, nie zważając na stan sąsiadujących komórek, które ostatecznie obumierają, gdyż brakuje dla nich miejsca – i tak jest w przypadku choroby nowotworowej.

Jaki jest związek między epigenetyką a dietą?

Jeśli DNA otrzymuje właściwe składniki odżywcze, ekspresja genów zachodzi prawidłowo. Jeśli proces ten jest zaburzony i niektóre niezbędne składniki odżywcze nie są transportowane do komórki (np. coś blokuje ten transport), w której zachodzi ten proces, niestety nie może rozwinąć się ekspresja genów. Dlaczego?

W jądrze komórki DNA znajduje się w chromosomach jako histony, które stanowią ciasno skręcone struktury. Histony mogą zostać odczytane dopiero w momencie rozluźnienia się danego fragmentu (rozkręcenia w budowie). To konieczne, aby enzymy mogły połączyć się z rozluźnionym odcinkiem DNA, rozpoczynając tam ekspresję. Na to, czy dany odcinek histonów się rozluźni, wpływ ma przede wszystkim nasza dieta, czyli dostarczane witaminy, minerały, proteiny, ale także hormony.

Przykład mechanizmu: w przypadku genów odpowiedzialnych za budowę kości, geny te posiadają tagi łączące witaminę D lub wapń. Jeżeli jeden i drugi składnik jest dostarczony do DNA i może powiązać się z odpowiednim tagiem, gen ulega rozciąganiu i rozwija się proces ekspresji – wynikiem tego jest budowa kości. Jeżeli zabraknie jednej lub drugiej substancji, nie może dojść ekspresji, czego konsekwencją jest np. osteoporoza.

Epigenetyczne tagi nie są niezmienne

Co ważne, epigenetyczne tagi znajdujące się w naszym DNA mogą ulegać zmianom. Jedne z nich przyczepiają się, aktywując bądź hamując ekspresję, z kolei inne mogą odpadać (nie przyczepiają się). Wszystko to, jak się okazuje, jest zależne m.in. od środowiska czy stylu życia. Z czasem, jeśli np. przez kilka pokoleń dany gen w ogóle nie był używany, organizm wyrzuca go niejako z zapisu jako niepotrzebny (podczas procesu mutacji). Ponadto markery epigenetyczne zmieniają się w ciągu życia człowieka, czego dowodzą m.in. badania na bliźniętach jednojajowych posiadających identyczne geny. Badania pokazują, że tagi bliźniąt w późniejszym wieku są całkowicie różne, mimo identycznej postaci przy narodzinach i wczesnym dzieciństwie. Dowodzi do temu, że ekspresja genów zmienia się w ciągu życia i nasze tagi epigenetyczne odwzorowują m.in. to, czy żyjemy zdrowo.

DNA dostosowuje się do panujących warunków

Nasze DNA może się ponadto uczyć oraz adaptować do różnych warunków. W DNA jest m.in. informacja o tym, jaka powinna być budowa oka, jednak np. gdy brakuje witaminy A (jest ona kluczowa w procesie budowy oka), dochodzi do modyfikacji rozwoju soczewki – ta się wydłuża i powstaje wówczas krótkowzroczność czy astygmatyzm – zamiast np. całkowitej ślepoty. Z tego można wysunąć kolejny wniosek dotyczący odżywiania się kobiet ciężarnych – to, jakie składniki dostarczają w diecie, ma ogromne znaczenie. W przypadku np. niedoboru witaminy K2, może dojść do niedostatecznego budulca kości, czego efektem będzie urodzenie dziecka mniejszego, z węższą czaszką czy ogólnie słabszym stanem kości.

Tagi epigenetyczne są przekazywane przez kilka pokoleń

Co istotne, tagi genetyczne, jak pokazują badania, są przekazywane przez kilka pokoleń. Na przykład dzieci, które mają otyłe matki, mają większą skłonność do odkładania się niezdrowych ilości tkanki tłuszczowej w stosunku do dzieci matek o prawidłowej wadze. Styl życia naszych rodziców ma zatem o wiele większy wpływ na nas samych, niż dotąd sądzono, z kolei nasz styl życia niesie kolejne konsekwencje dla naszych dzieci i ich dzieci.

Na szczęście nie jest to całkowicie nieodwracalne. Możemy bowiem, przez nasz styl życia, uczyć geny, jak mają się zachowywać i poprawiać ich funkcjonowanie. I tak jak niezdrowy styl życia powoduje ekspresję oraz blokadę niektórych genów, czego efektem są np. choroby nowotworowe czy przewlekłe, tak i zdrowy styl życia może powodować aktywację genów, które utrudniają rozwój niektórych chorób. Ponadto wiele z chorób można wyleczyć po prostu zmieniając swoją dietę (np. otyłość). To, co jemy, ma bardzo silny wpływ na ekspresję naszych genów, a także genów naszych potomków. To od pożywienia zależy, jaka będzie budowa tagów epigenetycznych – a te składają się z minerałów, witamin i kwasów tłuszczowych, bądź ich funkcjonowanie zależy od tych składników. Warto zatem wiedzieć, jakie składniki są kluczowe dla prawidłowej ekspresji genetycznej.

Składniki w diecie wpływające na ekspresję genetyczną

• Kwas foliowy – wspomaga tagowanie genów (metylację DNA – proces, w którym dany odcinek DNA ma zostać rozkręcony, aby doszło w nim do ekspresji), syntezę DNA, syntezę fosfolipidów, erytrocytów czy protein.

• Witamina A – wspomaga metylację DNA (tym samym wspomaga ekspresję genetyczną).

• Polifenole – znajdują się w roślinach i działają przeciwutleniająco oraz przeciwzapalnie.

• Tłuszcze i cukry – są niekorzystne dla ekspresji genów (poza „zdrowymi kwasami tłuszczowymi”).

• Stres oksydacyjny – powoduje demetylację DNA, co oznacza uszkadzanie i niszczenie tagów epigenetycznych.

Bibliografia

• Holroyd, C., Harvey, N., Dennison, E. et al. Epigenetic influences in the developmental origins of osteoporosis. Osteoporos Int 23, 401–410 (2012).

• Fraga, M. F.Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic. PNAS, 102, (30), 10604-9. (2005).

• Rhee, K. E., Phelan, S., & McCaffery, J. (2012). Early determinants of obesity: genetic, epigenetic, and in utero influences. International journal of pediatrics, 2012.