Ο όρος επιγενετική προέρχεται από τα αρχαία ελληνικά (επιγένεση) και σημαίνει "εκτός" και "καταγωγή/προέλευση". Ενώ η γενετική ως επιστήμη ασχολείται με την κληρονομικότητα και τη διαμόρφωση των χαρακτηριστικών (γονίδια), η επιγενετική είναι αφιερωμένη στο ερώτημα ποιοι παράγοντες καθορίζουν τη δραστηριότητα ενός γονιδίου. Με τον τρόπο αυτό, εξετάζει τις αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση που δεν βασίζονται σε αλλαγές της αλληλουχίας του DNA, π.χ. μέσω μεταλλάξεων ή ανασυνδυασμού. Επομένως, οι επιγενετικοί μηχανισμοί δεν είναι σε θέση να αλλάξουν την αλληλουχία του DNA μας (γονότυπος) (Bird 2007). Αντίθετα, καθορίζουν ποια γονίδια ενεργοποιούνται και μετατρέπονται σε πρωτεΐνες ή ποια γονίδια "σιωπούν". Με τον τρόπο αυτό, επηρεάζουν καθοριστικά τη διαμόρφωση του φαινοτύπου (σύνολο όλων των μορφολογικών και φυσιολογικών χαρακτηριστικών) (Margueron et al. 2010).
Οι κύριοι επιγενετικοί μηχανισμοί που εμπλέκονται στην ανάπτυξη και διαφοροποίηση των διαφόρων κυτταρικών τύπων:
- microRNA (μη κωδικοποιητικά RNAs)
- Τροποποίηση ιστόνης
- Μεθυλίωση του DNA (η μεθυλίωση του DNA είναι ένας επιγενετικός μηχανισμός κατά τον οποίο η προσθήκη μεθυλικών ομάδων στο DNA τροποποιεί τη λειτουργία των γονιδίων επηρεάζοντας την έκφρασή τους (κυρίως) μέσω της αναστολής της μεταγραφής) (Randunu 2020)
Ποια επίδραση έχει η διατροφή μας στο επιγονιδίωμα;
Τα καλά τεκμηριωμένα ιστορικά επεισόδια πείνας έχουν χρησιμοποιηθεί από τους επιστήμονες για τη διερεύνηση της σχέσης μεταξύ του προγεννητικού διατροφικού στρες και του κινδύνου εμφάνισης χρόνιων ασθενειών στην ενήλικη ζωή μέσω διατομεακών και διαχρονικών μελετών. Ως αποτέλεσμα, διαπιστώθηκε ότι η διατροφή της μητέρας κατά την περιγεννητική περίοδο (η περίοδος μεταξύ της 28ης εβδομάδας κύησης και της 7ης ημέρας μετά τη γέννηση) έχει σημαντικό αντίκτυπο στον μετέπειτα φαινότυπο των παιδιών. Για παράδειγμα, η προγεννητική έκθεση σε πείνα μείωσε την εμβρυϊκή ανάπτυξη, μείωσε την ανοχή στη γλυκόζη στην ενήλικη ζωή και οδήγησε σε υψηλότερο ΔΜΣ και περιφέρεια μέσης στις γυναίκες. Έτσι, έχει αποδειχθεί ότι η διατροφή διαμορφώνει τα παγκόσμια επίπεδα μεθυλίωσης σε ρυθμιστικές περιοχές γονιδίων (Navarro 2017).
Πώς μπορούν οι επιγενετικοί μηχανισμοί να διαμορφώσουν τον κίνδυνο εμφάνισης μιας μη επιδημιολογικής νόσου;
Η λέξη NCD σημαίνει Μη Μεταδοτικές Ασθένειες και είναι ένας όρος-ομπρέλα για ασθένειες που σχετίζονται με τον τρόπο ζωής, όπως ο διαβήτης, οι καρδιαγγειακές παθήσεις, η παχυσαρκία, η υπέρταση και οι νευροεκφυλιστικές ασθένειες. Τα μη μεταδοτικά νοσήματα συγκαταλέγονται πλέον στις κύριες αιτίες θανάτου παγκοσμίως, αντικαθιστώντας τις μολυσματικές ασθένειες.
Εκτός από τη γενετική συνιστώσα, υπάρχουν διάφοροι παράγοντες κινδύνου για την ανάπτυξη μιας μη επιδημιολογικής νόσου, οι οποίοι σχετίζονται με την ατομική συμπεριφορά υγείας:
- σωματική αδράνεια
- Υπέρβαρο
- Κάπνισμα
- ανεπαρκής διατροφή
- Κατάχρηση αλκοόλ
Εάν αυτοί οι παράγοντες κινδύνου εξαλειφθούν μέσω της συμπεριφορικής και καταστασιακής πρόληψης σε διάφορα στάδια της ζωής, θα μπορούσε να αποφευχθεί μεγάλο μέρος της επίπτωσης των ΜΚΚ (Forouzanfar et al. 2016). Η παγκοσμιοποίηση, η εκβιομηχάνιση και οι κοινωνικές και οικονομικές αλλαγές τις τελευταίες δεκαετίες έχουν δημιουργήσει νέα, επιβλαβή διατροφικά πρότυπα και πρότυπα δραστηριότητας παγκοσμίως, τα οποία συμβάλλουν σημαντικά στην ανάπτυξη μη μεταδοτικών ασθενειών (Darnton-Hill et al. 2004).
Η διατροφή επηρεάζει ήδη τον κίνδυνο εμφάνισης ΜΚΔ πριν από τη γέννηση, ιδίως κατά την εμβρυϊκή και νεογνική περίοδο. Έτσι, η διατροφή της μητέρας κατά την εμβρυϊκή και βρεφική περίοδο και κατά την πρώιμη παιδική ηλικία μπορεί να προγραμματίσει μόνιμα τον μεταβολισμό, ανοίγοντας το δρόμο για την ανάπτυξη ενός NCD (Navarro et al. 2017). Μεταξύ άλλων αιτιών, η επιγενετική διαδραματίζει πρωταγωνιστικό ρόλο (Lillycrop et al. 2015, McGee et al. 2018, Vickers 2014).
Οι επιγενετικές αλλαγές λαμβάνουν χώρα ήδη κατά τη διάρκεια του σχηματισμού των σεξουαλικών κυττάρων (γαμετογένεση), αλλά δεν παραμένουν όλες. Ωστόσο, ορισμένες μεθυλιωμένες θέσεις του DNA "επιβιώνουν" της γαμετογένεσης και της πρώιμης ανάπτυξης και αναπαράγονται κατά τη μίτωση (Fan et Zhang, 2009, Trasler 2009). Το σημασμένο DNA μεταβιβάζεται στη συνέχεια μαζί με τις ιστόνες, δηλαδή καθίσταται κληρονομικό (Guibert et al. 2012). Έτσι, οι σηματοδοτημένες θέσεις DNA μπορούν να διαμορφώνουν τη γονιδιακή έκφραση καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής. Επιπλέον, υπάρχουν οι επιγενετικές αλλαγές, οι οποίες προκύπτουν πριν αλλά και μετά τη γέννηση και διατηρούνται επίσης κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης (Skinner 2011). Έτσι, οι πρώιμα επίκτητες επιγενετικές διαταραχές μπορούν να παραμείνουν αμετάβλητες κατά τη διάρκεια της αναπτυξιακής φάσης μέχρι την ενηλικίωση.
Η περιγεννητική περίοδος (η περίοδος μεταξύ της 28ης εβδομάδας της κύησης και της 7ης ημέρας μετά τη γέννηση) αποτελεί ένα κρίσιμο παράθυρο στην ανάπτυξη, καθώς τότε το επιγονιδίωμα είναι πιο ευάλωτο σε τροποποιήσεις. Επιπλέον, τυχόν επιγενετικές αλλαγές που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης παραμένουν σταθερές μέχρι την ενηλικίωση (Perera et al. 2011). Η έρευνα σχετικά με τη σχέση μεταξύ ορισμένων διατροφικών συστατικών και των επιγενετικών επιδράσεών τους κατά την περιγεννητική περίοδο βρίσκεται ακόμη σε νηπιακό στάδιο. Ωστόσο, υπάρχουν αρχικές μελέτες σε ζώα αλλά και σε ανθρώπους που επικεντρώνονται στο φυλλικό οξύ και τη χολίνη. Αυτά συγκαταλέγονται μεταξύ των δοτών μεθυλίου και είναι σημαντικά διατροφικά θρεπτικά συστατικά, επειδή διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στον μεταβολισμό του μεθυλίου.
Έτσι, η ανεπάρκεια φυλλικού οξέος επηρεάζει τον πρώιμο επιγενετικό προγραμματισμό μέσω του ρόλου του στην επαναμεθυλίωση σε μεθειονίνη. Εάν υπάρχει πολύ λίγη ποσότητα φυλλικού οξέος, η παροχή μεθυλίου δεν μπορεί να διατηρηθεί κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης (Crider et al. 2012). Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να διασφαλίζονται επαρκή επίπεδα φυλλικού οξέος κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης.
Η χολίνη είναι ένα σημαντικό θρεπτικό συστατικό που σχετίζεται με το μεθύλιο και παίζει καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη του κεντρικού νευρικού συστήματος. Έτσι, η διατροφική πρόσληψη χολίνης από τη μητέρα επηρεάζει τη νευρογένεση (Craciunescu et al. 2003), αλλά και το σχηματισμό ενδοθηλιακών κυττάρων και αιμοφόρων αγγείων στον εμβρυϊκό εγκέφαλο (Mehedint et al. 2010). Σε μελέτες σε ζώα, σε ποντίκια και αρουραίους, παρατηρήθηκε ότι η υψηλή πρόσληψη χολίνης από τη μητέρα τροποποιεί ευνοϊκά τη μεθυλίωση των ιστονών του εμβρύου και τους επιγονιδιωματικούς μηχανισμούς (Davison et al. 2009).
Πώς μπορούν να αλλάξουν οι δυσμενείς επιγενετικές τροποποιήσεις μέσω της διατροφής;
Οι επιγενετικές τροποποιήσεις αντιπροσωπεύουν πλαστικές γονιδιωματικές διεργασίες που επηρεάζονται από ενδογενείς και εξωγενείς παράγοντες (π.χ. διατροφή). Όπως περιγράφηκε παραπάνω, οι τροποποιήσεις αυτές, τόσο οι θετικές όσο και οι αρνητικές, μπορούν να μεταβιβαστούν από γενιά σε γενιά. Ωστόσο, είναι προφανώς δυνατό να "επαναπρογραμματιστούν" εκείνες οι επιγενετικές τροποποιήσεις που σχετίζονται με υψηλό κίνδυνο ασθένειας μέσω διατροφικών αλλαγών ή αλλαγών στον τρόπο ζωής (González-Becerra et al. 2019).
Στην έρευνα, διάφορα συστατικά τροφίμων συζητούνται ως επιγενετικοί τροποποιητές, συμπεριλαμβανομένων αμινοξέων, βιταμινών και ανόργανων συστατικών, πολυφαινολών καθώς και λιπαρών οξέων.
- Λιπαρά οξέα
Όπως ήδη αναφέρθηκε παραπάνω, επί του παρόντος συντελείται μια αλλαγή στη διατροφή μας. Το προφίλ της πρόσληψης λιπαρών οξέων επηρεάζεται ιδιαίτερα. Αναδύονται παγκόσμια διατροφικά πρότυπα που χαρακτηρίζονται από υψηλή πρόσληψη κορεσμένων λιπαρών οξέων (SFA) και τρανς λιπαρών οξέων (TFA) και χαμηλή περιεκτικότητα σε μονοακόρεστα (MUFA) και πολυακόρεστα λιπαρά οξέα (PUFA) (Cordain et al. 2005). Αυτά τα διατροφικά πρότυπα συνδέονται με δυσμενείς επιγενετικές αλλαγές (Morgen et Sørensen 2014).
Υπάρχουν ακόμη λίγες μελέτες σε ανθρώπους που ασχολούνται με τις προστατευτικές ιδιότητες των λιπαρών οξέων στο επιγονιδίωμα. Ωστόσο, υπάρχουν προκαταρκτικές ενδείξεις ότι μια διατροφή πλούσια σε ωμέγα-3 λιπαρά οξέα σχετίζεται με χαμηλότερο κίνδυνο εμφάνισης μεταβολικών ασθενειών. Η βιβλιογραφία δείχνει ότι η επίδραση αυτή θα μπορούσε να διαμεσολαβείται από επιγενετικούς μηχανισμούς (González-Becerra et al. 2019).
- Πολυφαινόλες
Μεταξύ των βιοδραστικών ενώσεων φυτικής προέλευσης που μεσολαβούν στις επιγενετικές τροποποιήσεις είναι η γενιστεΐνη (σόγια), η ρεσβερατρόλη (σταφύλια), η κουρκουμίνη (κουρκουμάς), οι κατεχίνες του τσαγιού (πράσινο τσάι) και η σουλφοραφάνη (σταυρανθή λαχανικά). Και πάλι, οι πραγματικές επιδράσεις των διατροφικών πολυφαινολών στη μεθυλίωση του DNA στον άνθρωπο δεν έχουν ακόμη ερευνηθεί πειστικά (Milagro et al. 2013).
- Βιταμίνες και μέταλλα
Αρκετά μέταλλα έχουν συνδεθεί με αλλαγές στους επιγενετικούς μηχανισμούς που ρυθμίζουν τη γονιδιακή έκφραση. Σε αυτά περιλαμβάνονται το σελήνιο, ο ψευδάργυρος (Ho et al. 2011) και το μαγνήσιο (Takaya et al. 2011). Δεν μπορούν ακόμη να γίνουν δοσολογικές συστάσεις για τη θεραπεία διαφόρων ασθενειών. Ωστόσο, θα πρέπει να δίνεται προσοχή στην επαρκή πρόσληψη αυτών των θρεπτικών συστατικών, ιδίως σε χορτοφαγικές δίαιτες.
- Αμινοξέα
Το αμινοξύ που φαίνεται να παίζει σημαντικό ρόλο στους επιγενετικούς μηχανισμούς είναι η μεθειονίνη, η κύρια πηγή μεθυλικών ομάδων στις αντιδράσεις βιομεθυλίωσης και ο βασικός ρυθμιστής της μεταβολικής οδού του ενός άνθρακα (McKay et Mathers 2011). Ωστόσο, ο μεταβολισμός άλλων αμινοξέων (σερίνη, γλυκίνη και ιστιδίνη) διαδραματίζει επίσης σημαντικό ρόλο στην παροχή δοτών μεθυλίου για τη μεθυλίωση του DNA και των ιστονών (Wang et al. 2012). Οι μεταβολές στον κύκλο αρκετών απαραίτητων αμινοξέων, ιδίως της μεθειονίνης, της κυστεΐνης, της τυροσίνης, της φαινυλαλανίνης, φαίνεται να συνδέονται με την παχυσαρκία και την αντίσταση στην ινσουλίνη και να εμφανίζονται ακόμη και πριν από την εμφάνιση του διαβήτη τύπου 2 (Adams 2011).
Βιβλιογραφία
Adams SH. Αναδυόμενες προοπτικές για τον μεταβολισμό των απαραίτητων αμινοξέων στην παχυσαρκία και την ινσουλινοανθεκτική κατάσταση. Adv Nutr. 2011;2(6):445-456
Bird A. Αντιλήψεις για την επιγενετική. Φύση. 2007;447(7143):396
Cordain L, Eaton SB, Sebastian A, et al. Origins and evolution of the Western diet: health implications for the 21st century. Am J Clin Nutr. 2005;81(2):341-354
Craciunescu CN, Albright CD, Mar M-H, et al. Η διαθεσιμότητα χολίνης κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη μεταβάλλει τη μίτωση των προγονικών κυττάρων στον αναπτυσσόμενο ιππόκαμπο ποντικού. J Nutr. 2003;133(11):3614-3618
Crider KS, Yang TP, Berry RJ, et al. Φυλλικό οξύ και μεθυλίωση του DNA: ανασκόπηση των μοριακών μηχανισμών και των στοιχείων για το ρόλο του φυλλικού οξέος. Adv Nutr. 2012;3(1):21-38
Darnton-Hill I, Nishida C, James WPT. Μια προσέγγιση της διάρκειας ζωής στη δίαιτα, τη διατροφή και την πρόληψη των χρόνιων ασθενειών. Δημόσια Υγεία Nutr. 2004;7(1a):101-121
Davison JM, Mellott TJ, Kovacheva VP, et al. Η παροχή χολίνης κατά την κύηση ρυθμίζει τη μεθυλίωση της ιστόνης H3, την έκφραση των μεθυλοτρανσφερασών ιστονών G9a (Kmt1c) και Suv39h1 (Kmt1a) και τη μεθυλίωση του DNA των γονιδίων τους στο ήπαρ και τον εγκέφαλο εμβρύου αρουραίου. J Biol Chem. 2009;284(4):1982-1989
Fan S, Zhang X. Μοτίβο μεθυλίωσης νησίδων CpG σε διάφορους ανθρώπινους ιστούς και συσχέτισή του με τη γονιδιακή έκφραση. Biochem Biophys Res Commun. 2009;383(4):421-425
Forouzanfar MH, Afshin A, Alexander LT, et al. Global, regional, and national comparative risk assessment of 79 behavioural, environmental and occupational, and metabolic risks or clusters of risks, 1990-2015: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2015. Lancet. 2016;388(10053):1659-1724
González-Becerra K, Ramos-Lopez O, Barrón-Cabrera E, et al. Fatty acids, epigenetic mechanisms and chronic diseases: A systematic review. Λιπίδια Υγεία Dis. 2019;18(1)
Guibert S, Forné T, Weber M. Παγκόσμιο προφίλ διαγραφής μεθυλίωσης του DNA σε αρχέγονα γεννητικά κύτταρα ποντικού. Genome Res. 2012;22(4):633-641
Ho E, Beaver LM, Williams DE, et al. Διατροφικοί παράγοντες και επιγενετική ρύθμιση για την πρόληψη του καρκίνου του προστάτη. Adv Nutr. 2011;2(6):497-510
Lillycrop KA, Burdge GC. Η διατροφή της μητέρας ως τροποποιητής της επιγενετικής των απογόνων. J Dev Orig Health Dis. 2015;6(2):88-95
Margueron R, Reinberg D. Η δομή της χρωματίνης και η κληρονομικότητα της επιγενετικής πληροφορίας. Nat Rev Genet. 2010;11(4):285-296
McGee M, Bainbridge S, Fontaine-Bisson B. Καθοριστικός ρόλος της πρόσληψης μεθυλικών δοτών από τη διατροφή της μητέρας στον επιγενετικό προγραμματισμό και στα αποτελέσματα της εμβρυϊκής ανάπτυξης. Nutr Rev. 2018;76(6):469-478
McKay JA, Mathers JC. Επιγενετικές αλλαγές που προκαλούνται από τη διατροφή και οι επιπτώσεις τους στην υγεία. Acta Physiol. 2011;202(2):103-118
Mehedint MG, Craciunescu CN, Zeisel SH Η ανεπάρκεια χολίνης από τη διατροφή της μητέρας μεταβάλλει την αγγειογένεση στον εμβρυϊκό ιππόκαμπο ποντικού. Proc Natl Acad Sci. 2010;107(29):12834-12839
Milagro FI, Mansego ML, De Miguel C, et al. Dietary factors, epigenetic modifications and obesity outcomes: progress and perspectives. Mol Aspects Med. 2013;34(4):782-812
Morgen CS, Sørensen TIA. Παγκόσμιες τάσεις στον επιπολασμό του υπέρβαρου και της παχυσαρκίας. Nat Rev Endocrinol. 2014;10(9):513-514
Navarro E, Funtikova AN, Fíto M, et al. Προγεννητική διατροφή και κίνδυνος παχυσαρκίας ενηλίκων: Μακροπρόθεσμες επιδράσεις της διατροφής στους επιγενετικούς μηχανισμούς που ρυθμίζουν την έκφραση των γονιδίων. Τόμος 39.; 2017
Perera F, Herbstman J. Προγεννητικές περιβαλλοντικές εκθέσεις, επιγενετική και ασθένειες. Reprod Toxicol. 2011;31(3):363-373
Randunu RS, Bertolo RF. Οι επιδράσεις των μητρικών και μεταγεννητικών διατροφικών μεθυλικών θρεπτικών συστατικών στις επιγενετικές αλλαγές που οδηγούν σε μη μεταδοτικές ασθένειες στην ενήλικη ζωή. Int J Mol Sci. 2020;21(9):1-17
Skinner MK. Περιβαλλοντική επιγενετική διαγενεακή κληρονομικότητα και σωματική επιγενετική μιτωτική σταθερότητα. Επιγενετική. 2011;6(7):838
Takaya J, Iharada A, Okihana H, et al. Η έλλειψη μαγνησίου σε έγκυους αρουραίους μεταβάλλει τη μεθυλίωση συγκεκριμένων κυτοσινών στον υποκινητή της ηπατικής υδροξυστεροειδούς αφυδρογονάσης-2 των απογόνων. Επιγενετική. 2011;6(5):573-578
Trasler JM. Επιγενετική στη σπερματογένεση. Mol Cell Endocrinol. 2009;306(1-2):33-36
Vickers MH. Διατροφή στην πρώιμη ζωή, επιγενετική και προγραμματισμός των ασθενειών της μετέπειτα ζωής. Θρεπτικά συστατικά. 2014;6(6):2165-2178
Wang J, Wu Z, Li D, et al. Nutrition, epigenetics, and metabolic syndrome. Αντιοξειδωτικό οξειδοαναγωγικό σήμα. 2012;17(2):282-301
Greek 
German 
English 
French 
Spanish 
Polish 
Italian 
Portuguese 
Japanese