Как образ жизни влияет на наши гены

dna
                Кредит: CC0 Public Domain

В последнее десятилетие знание о том, как образ жизни влияет на наши гены — область исследований, называемая эпигенетикой, — экспоненциально возросло. Исследователи из Университета Лунда суммировали состояние научных знаний в области эпигенетики, связанных с ожирением и диабетом 2 типа, в обзорной статье, опубликованной в научном журнале Метаболизм клеток.
                                                                                       

Эпигенетические механизмы контролируют активность разных генов. Нарушения в эпигенетическом механизме могут привести к таким заболеваниям, как ожирение и диабет 2 типа. В этом обзоре обобщается роль эпигенетических изменений в различных тканях человека, имеющих значение для обмена веществ — например, в жировой ткани, скелетных мышцах, островках поджелудочной железы (которые, помимо прочего, содержат инсулин-продуцирующие клетки), печени и крови — связанных с ожирением и диабет 2 типа.

«Эпигенетика все еще является относительно новой областью исследований, однако теперь мы знаем, что эпигенетические механизмы играют важную роль в развитии болезни. Точно так же на эпигенетические паттерны влияют болезни. Различия в генетическом материале (ДНК), возрасте, физических упражнениях и Диета также влияет на эпигенетические вариации «, — говорит Шарлотта Лин, профессор и пионер в области эпигенетики и диабета, которая написала обзор вместе с исследователем Тиной Ренн. Исследователи подробно описывают последние результаты в эпигенетике в следующих категориях:

Значение диеты

Исследования показывают, что наша диета влияет на эпигеном в нескольких тканях, которые важны для обмена веществ. Авторы статьи пишут, что было проведено несколько интервенционных исследований, в которых участники были разделены на группы с разными диетами для изучения влияния на эпигеном. Несколько примеров:

  • Диета с высоким содержанием жиров в течение пяти дней привела к изменениям как генной активности, так и характера метилирования ДНК в скелетных мышцах и жировой ткани.
  • Насыщенный или полиненасыщенный? В одном исследовании участники ели кексы, сделанные из насыщенных или полиненасыщенных жиров в течение семи недель. Все участники набрали одинаковое количество веса; однако те, кто придерживался диеты с высоким содержанием насыщенных жиров, в большей степени страдали от накопления висцерального жира и хранили жир в своих печенках. Метилирование ДНК в жировой ткани было различным в обеих группах.

«Как висцеральное ожирение, так и накопление жира, например, в мышцах и печени, являются факторами риска развития диабета и сердечно-сосудистых заболеваний. Другое важное наблюдение заключалось в том, что, по-видимому, легче вызывать изменения метилирования при употреблении пищи с высоким содержанием жиров, чем поменяйте их на более позднем этапе с помощью контрольной диеты «, — говорит Шарлотта Лин.

Физическая активность

Хорошо известно, что регулярные физические упражнения защищают и предотвращают развитие заболевания у лиц с высоким риском развития диабета 2 типа. Физические упражнения благотворно влияют не только на гомеостаз глюкозы и энергетический баланс всего тела, но и на иммунную систему.

Авторы статьи описывают несколько исследований, которые показали, что физические упражнения оказывают влияние на метилирование ДНК (см. вставку фактов) и на функцию генов в скелетных мышцах и жировой ткани.

  • Исследование 2013 года показывает, что эпигенетические изменения, возникающие во время физических упражнений, влияют на метаболизм жирных кислот в жировой ткани, повышая активность определенных генов.
  • Упражнения в течение коротких или длительных периодов времени оказывают явное влияние на метилирование ДНК и различаются как для генов, так и для тканей.

«Эпигенетика может объяснить, почему разные люди по-разному реагируют на физические упражнения», — говорит Тина Ренн.

<б> Старение

Старение связано с повышенным абдоминальным ожирением, инсулинорезистентностью и диабетом 2 типа. Поэтому лучшее понимание возрастных механизмов, которые приводят к ожирению и диабету 2 типа, может привести к появлению новых и профилактических методов лечения.

Исследование показывает, что:

  • Процесс старения характеризуется значительными вариациями в эпигеноме, когда гены теряют или приобретают новые метилирования.
  • Ожирение, по-видимому, влияет на возрастные эпигенетические изменения, которые обеспечивают молекулярная связь между старением и ожирением.

«Несмотря на то, что метилирование ДНК является стабильным эпигенетическим маркером, мы знаем, что со временем эпигеном меняется», — говорит Шарлотта Лин.

Значимость генов

Наши гены регулируются чрезвычайно сложным процессом, который начинается в молекулярных строительных блоках генов, так называемых нуклеотидов, которые составляют цепь ДНК. Затем добавьте метилирование ДНК, молекулы РНК и модификации гистонов (химические группы, которые присоединяются и влияют на белки, вокруг которых наматывается наша длинная спираль ДНК), на которые также влияют как генетические факторы, так и факторы окружающей среды.

Исследования показывают, что:

  • Поскольку метилирование ДНК в основном происходит в определенных местах нашей ДНК, наследственные различия в составе генов могут влиять на возможность присоединения метильных групп к генам.
  • Исследование островков поджелудочной железы показывает, что половина всех вариантов генов, которые могут быть связаны с диабетом типа 2, также создают или удаляют сайты, где может происходить метилирование ДНК, и некоторые из них также могут быть связаны с функция генов и способность клеток секретировать инсулин.
  • Различные генетические варианты опосредуют воздействие на метаболические признаки, включая ИМТ (индекс массы тела) и HbA1c, через измененные уровни метилирования ДНК.

Является ли эпигеном наследуемым?

«Это интересная и сложная гипотеза о том, что эпигенетическое наследование способствует эволюции», пишут авторы. Эпигеном является изменчивым и адаптируется к изменениям в нашем образе жизни в последние десятилетия быстрее, чем наши гены могут посредством мутаций. На эмбриональной стадии происходит самое активное эпигенетическое перепрограммирование. Авторы статьи описывают, что то, что женщина подвергается воздействию во время беременности, влияет не только на нее и ее нерожденного ребенка, но и на ее внуков из-за воздействия на собственные репродуктивные клетки эмбриона. Оба яйца и то, что позже станет спермой, уже сформировались на эмбриональной стадии и составляют части генетического материала в репродуктивных клетках.

«Чтобы быть в состоянии утверждать, что эпигенетические изменения могут наследоваться через несколько поколений, вы должны быть в состоянии доказать изменения также в четвертом поколении, и, насколько нам известно, есть только ограниченные, если таковые имеются, доказательства трансгенеративного эпигенетического наследование у людей «.

В настоящее время растет число исследований по передаче эпигенетической информации от отца. Например, было показано, что сперматозоиды также имеют эпигеном, на который влияют факторы окружающей среды и который, вероятно, будет влиять на следующее поколение:

  • Исследование, проведенное в 2016 году, показало, что метилом ДНК спермы у тучных мужчин, перенесших бариатрическую операцию, был реконструирован после операции.
  • Более раннее исследование также показало, что упражнение способно перепрограммировать Метилом спермы, но как эти изменения наследуются и полезны для потомства, еще предстоит выяснить.

Как эпигенетика может способствовать новым методам лечения?

Уже известно, что регулярные физические упражнения и здоровое питание могут предотвратить развитие болезни у людей с риском развития диабета 2 типа. Поэтому важно иметь возможность идентифицировать этих людей на ранней стадии.

  • «В будущем можно будет использовать эпигенетические биомаркеры для прогнозирования высокого риска развития ожирения и диабета 2 типа при условии, что они легко доступны, например, в крови», — пишут Авторы статьи.
  • Новые технические методы, позволяющие направлять лекарства на конкретную цель, дают возможность разработать новые методы лечения. Они могут быть нацелены на эпигенетические модификации, поскольку они могут быть изменены.

Уже есть лекарства, которые влияют на метилирование ДНК и модификацию гистонов. Они были протестированы с хорошими результатами, например, для лейкемии. Авторы говорят, что эпигенетические препараты также могут влиять на ожирение и диабет 2 типа, так как исследования показали, что в некоторых случаях они улучшают секрецию инсулина.

«Учитывая, что диабет 2 типа является хроническим заболеванием, он должен быть пожизненным лекарством, и поэтому необходимо сопоставлять преимущества с недостатками, и в первую очередь необходимо изучать любые побочные эффекты», — говорит Шарлотта Лин.

Факты/Epigenetics:

Наш генетический материал, нить ДНК, содержит все гены и находится в клетках организма. Мы наследуем ДНК, и ее нельзя изменить. Метилирование ДНК является наиболее изученным эпигенетическим маркером (и той частью, на которой акцентируется этот обзор) и включает химическое соединение — метильные группы, присоединенное к генам и регуляторным областям ДНК, что влияет на то, какие гены включены и выключены.

Когда первые исследования эпигенетики и диабета 2 типа были завершены чуть более десяти лет назад, было проанализировано метилирование ДНК выбранных генов-кандидатов или небольших частей генома. Благодаря техническому прогрессу стало возможным анализировать все гены в геноме в мельчайших компонентах, где происходит метилирование, так называемых сайтах CpG. В настоящее время можно исследовать весь эпигеном с помощью методики, называемой бисульфитным секвенированием всего генома (WGBS), где анализируют более 80 процентов всех сайтов CpG в целом геноме. Помимо метилирования ДНК, эпигеном также включает различные модификации гистонов и небольшие некодирующие РНК.

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *