VERIFIZIERTER INHALTAutorin: Karolina Karabin, MD, PhD, Molekularbiologin, Labordiagnostikerin, Ernährungs- und Lebensstilberaterin

Kann die Ernährung unsere Gene verändern? Könnten unsere Kindheitstraumata unsere Kinder und Enkelkinder beeinflussen? Antworten auf diese Fragen kann die Epigenetik liefern, also die Wissenschaft, die sich mit der sogenannten 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.

Epigenetikist ein Wissenschaftszweig, der Veränderungen in der Genexpression untersucht, die nicht aus Sequenzmodifikationen in einem DNA-Strang resultieren. Solche Modifikationen werden epigenetisch genannt und sind eine Art molekularer Marker, die durch geeignete Enzyme, z.B. Methyltransferasen, an DNA-Stränge angefügt werden.

Durch epigenetische Veränderungen kann der Körper den Ablauf vieler wichtiger biologischer Prozesse steuern, wie etwa die Entwicklung einzelner Gewebe und Organe in der Gebärmutter.

Der Begriff "Epigenetik" wurde erstmals 1942 von Waddington verwendet. Die Vorsilbe „epi-“ kommt vom griechischen Wort „oben“, was frei übersetzt etwas bedeutet, das über der klassischen Genetik steht.

Epigenetik - was sind epigenetische Modifikationen?

Molekulare Marker, die einem DNA-Strang während epigenetischer Modifikationen hinzugefügt werden, können bestimmen, ob ein Gen exprimiert wird oder nicht, und fungieren als molekulare "Sch alter" und "Sch alter", die die Expression bestimmter Gene regulieren.

Am wichtigsten ist, dass diese Arten von Modifikationen die Struktur des DNA-Strangs nicht verändern, d.h. sie sind keine Art genetischer Mutation, die irreversibel ist, sondern etwas, das dynamischen Veränderungen unter dem Einfluss von Umweltfaktoren unterliegt

Zusätzlich werden nach jeder Zellteilung und DNA-Strangverdopplung geeignete molekulare Marker hinzugefügt oder entfernt.

Somit hat jede Zelle ihr eigenes charakteristisches Muster molekularer Marker, das ihr spezifisches Genexpressionsprofil bestimmt. Die Sammlung solcher molekularer Marker istepigenom .

Die bekannteste epigenetische Modifikation ist dieDNA-Methylierung , die beinh altetAnbringen einer Methylgruppe an Cytosin (eine basische Verbindung, die Teil der DNA ist).

Die umgekehrte epigenetische Modifikation zur Methylierung istDemethylierung , die darin besteht, die Methylgruppe von Cytosin zu entfernen.

Epigenetik - Arten der epigenetischen Modifikation

Epigenetische Modifikationen können den DNA-Strang direkt beeinflussen:

  • DNA-Methylierung, d.h. Verknüpfung von Methylgruppen mit Cytosin durch DNA-Methyltransferasen
  • DNA-Demethylierung, also die Absp altung von Cytosin-Methylgruppen durch DNA-Demethylasen
  • Außerdem werden epigenetische Modifikationen von Proteinen vorgenommen, auf denen keine DNA aufgewickelt ist, also Histone:
  • Methylierung von Lysin- und Argininresten von Histonen mit Histon-Methyltransferasen
  • 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 Histon-Serin-Resten durch Kinasen
  • Ubiquitinierung von Histon-Lysin-Resten durch Bindung von Ubiquitin-Protein an Histone unter Verwendung der Enzyme E1, E2 und E3
  • Ribosylierung von Histon-Glutamin- und Argininresten, die die Anheftung von ADP-Ribose-Nukleotiden unter Verwendung von Polymerase und Transferase beinh altet

Atypische epigenetische Modifikationen sind die sog nichtkodierende RNA-Moleküle, z.B. microRNA (miRNA). Sie sind 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
  • Stilllegung der Genexpression
  • Steuerung der Zelldifferenzierung im Körper
  • embryonale Entwicklung
  • Regulierung des Chromatin-Kondensationsgrades, z.B. Inaktivierung des X-Chromosoms, wodurch bei Frauen nur eine Kopie der geschlechtsgebundenen Gene aktiv ist

Ein interessantes Beispiel für die Rolle epigenetischer Modifikationen in der tierischen Entwicklung sind Bienen. Bei diesen Insekten ist die Königin die Mutter aller Bienen in einem Stock, was zur Folge hat, dass sie alle die gleiche DNA-Sequenz haben.

Trotzdem wird ein Bienenstock von Insekten bewohnt, die anders aussehen und sich anders verh alten. Die Arbeiter sind kleiner als die Königin und haben ein mildes Temperament, während die Soldaten größer und aggressiv sind.

Diese Unterschiede werden durch epigenetische Modifikationen verursacht, die das Aussehen und Verh alten von Bienen bestimmen, die an die Rolle angepasst sind, die sie in der Bienenstockgemeinschaft spielen.

Ein ähnlicher Mechanismus wird während der Entwicklung beobachtetbei fötalen Tieren, wenn die Stilllegung und Verstärkung der Expression spezifischer Gene das Schicksal einer bestimmten Stammzelle beeinflusst, ob es sich nun um eine Nervenzelle des Gehirns oder eine Epithelzelle des Magens handelt.

Epigenetik - Ernährung

Epigenetische Modifikationen treten während des fötalen Lebens auf und können sich dann während des gesamten Lebens unter dem Einfluss von Umweltfaktoren dynamisch verändern.

Einer der wichtigsten Faktoren, der die Form des Epigenoms beeinflusst, ist die Nahrung und ihre bioaktiven Substanzen.

Der Einfluss der Ernährung auf die epigenetische Modifikation 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 Veränderung der Verfügbarkeit von Methyldonoren wie S-Adenosylmethionin (SAM), das im Methioninzyklus aus mehreren in der Nahrung enth altenen Vorstufen synthetisiert wird, darunter Methionin, Cholin und sein Derivat Betain, Folsäure und Vitamin B2, B6 und B12 . Daher kann die reduzierte Verfügbarkeit dieser Verbindungen zu einer reduzierten SAM-Synthese und Störungen im Methylierungsprozess führen
  • durch Modulation der Aktivität von Enzymen im Zusammenhang mit dem Methylierungsprozess (z. B. DNMT-Methyltransferase) durch den Verzehr von Polyphenolen, die in Obst, Gemüse und Gewürzen enth alten sind. Beispiele für solche Verbindungen sind Resveratrol in Rotwein, Epigallocatechingallat (EGCG) in grünem Tee, Curcumin im Kurkuma-Rhizom, Genistein in Sojabohnen, Sulforaphan in Brokkoli, Quercetin in Zitrusfrüchten und Buchweizen

Der Einfluss der Ernährung auf das Epigenom im Mutterleib wurde durch das berühmte Experiment an „Aguti“-Labormäusen dokumentiert, die sich durch eine gelbe Fellfarbe und eine Prädisposition für Fettleibigkeit, Diabetes und Krebs auszeichnen.

Die gelbe Fellfarbe dieser Mäuse ist eine Art Indikator für eine unzureichende Genmethylierung.

Im Experiment wurde trächtigen „Aguti“-Mäusen unter anderem Futter mit einem hohen Geh alt an Methyldonoren gefüttert. Folsäure und Cholin.

Zur Überraschung der Wissenschaftler ähnelten die Nachkommen dieser Mäuse ihren Eltern nicht. Das erste auffällige Merkmal war die Veränderung der Fellfarbe zu Braun, aber das Überraschendste war, dass die Mäuse ihre Veranlagung für Krankheiten verloren, an denen ihre Eltern litten.

Wie sich herausstellte, war es eine Folge einer veränderten Ernährung und der Wiederherstellung der richtigen DNA-Methylierung.

Diese Beobachtungen unterstützen die Tatsache, dass das Epigenom durch die Ernährung verändert werden kann und weitreichende gesundheitliche Folgen haben kann.

Im letztenIm Laufe der Jahre wurde auch eine bedeutende Rolle der Darmmikrobiota im Prozess der epigenetischen Modifikation nachgewiesen.

Die Darmmikroorganismen produzieren verschiedene bioaktive Substanzen, z.B. kurzkettige Fettsäuren, deren Menge von der Artenzusammensetzung der Mikrobiota und der Qualität der Ernährung abhängt.

Eine hohe Zufuhr an präbiotischen Produkten in der Nahrung, wie lösliche Ballaststoffe, z.B. resistente Stärke, erhöht die Konzentration kurzkettiger Fettsäuren, die das Epigenom der Darmepithelzellen positiv beeinflussen.

Epigenetik - MTHFR-Genpolymorphismen

Die Effizienz epigenetischer Modifikationen kann auch durch genetische Polymorphismen beeinflusst werden, also kleine Veränderungen im Erbgut, deren Folge das Vorhandensein unterschiedlicher Genvarianten in der menschlichen Population ist.

Eine der Folgen genetischer Polymorphismen ist ua. jeder reagiert anders auf Nährstoffe.

Es wird geschätzt, dass 15-30 % der Menschen aufgrund ungünstiger Polymorphismen des MTHFR-Gens, das für das Enzym Methylentetrahydrofolat-Reduktase 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 eine gestörte Umwandlung der inaktiven Form von Folsäure in ihre aktive Form 5-Methyltetrahydrofolat (5-MTHF), daher haben sie einen erhöhten Bedarf an Methylspendern

Und obwohl Studien nicht eindeutig bestätigt haben, dass bei solchen Menschen möglicherweise eine verminderte DNA-Strang-Methylierung vorliegt, lohnt es sich bei ihnen, auf eine ausreichende Zufuhr in der Ernährung oder eine zusätzliche Supplementierung von Methylspendern, wie Folsäure oder Cholin, zu achten

Epigenetik - Stress

Überschuss an Stresshormonen, inkl. Cortisol kann epigenetische Veränderungen im Nervensystem beeinflussen und das Risiko für psychiatrische Störungen erhöhen.

Es wurde dokumentiert, dass Menschen, die an Angststörungen, posttraumatischen Belastungsstörungen, posttraumatischen Belastungsstörungen und Depressionen leiden, ein charakteristisches epigenetisches Modifikationsprofil aufweisen (hauptsächlich verringerte DNA-Methylierung).

Es wird angenommen, dass sie ein solches Epigenom als Ergebnis traumatischer Erfahrungen in der Kindheit und / oder chronischer Stresssituationen entwickeln.

Dieses epigenetische Profil bleibt in ihnen ihr ganzes Leben lang erh alten und wird wahrscheinlich an Kinder und Enkelkinder weitergegeben (sogenannte extragene Vererbung).

Epigenetik - Auswirkungen auf die Gesundheit

Fehler bei epigenetischen Modifikationen, wie etwa die Unterdrückung der Expression eines falschen Gens, können schwerwiegende Folgen für das Funktionieren von habenden Organismus, z.B. Krebs verursachen.

Darüber hinaus deuten immer mehr Studien darauf hin, dass epigenetische Modifikationen neben der Teilnahme an physiologischen Prozessen auch an der Entstehung von Krankheiten beteiligt sein können wie:

  • Autismus
  • Schizophrenie
  • Depression
  • Herz-Kreislauf-Erkrankungen
  • neurodegenerative Erkrankungen
  • Autoimmunerkrankungen
  • Allergien

Besonders gesucht wird der Zusammenhang zwischen epigenetischen Veränderungen, Ernährung und dem Risiko für bestimmte Krankheiten

Es wurde gezeigt, dass im Uterus signifikante epigenetische Veränderungen auftreten, die Auswirkungen auf das Erwachsenen alter haben können.

Daher kann die Ernährung der Mutter während der Schwangerschaft das Risiko für bestimmte Krankheiten erhöhen und sogar die nächste Generation beeinträchtigen.

Es ist erwiesen, dass Kinder von Müttern, die während des Hungerwinters in den Niederlanden 1944-1945 schwanger waren, ein erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Fettleibigkeit und Schizophrenie hatten im Vergleich zu Kindern von Müttern, die nicht hungerten

Bei Kindern hungernder Mütter wurde unter anderem festgestellt, reduzierte Methylierung des Gens, das für den insulinähnlichen Wachstumsfaktor 2 (IGF2) kodiert.

Wissenswert

Die Fortschritte der Epigenetik sind derzeit Gegenstand intensiver ernährungswissenschaftlicher Forschung. Es gibt sogar eine neue Disziplin, die sich mit dem Einfluss von Nährstoffen auf die Genexpression beschäftigt, nämlichNutrigenomik .

Über den AutorKarolina Karabin, MD, PhD, Molekularbiologin, Labordiagnostikerin, Cambridge Diagnostics Polska Von Beruf Biologe mit Spezialisierung auf Mikrobiologie und Labordiagnostiker mit über 10 Jahren Erfahrung in der Laborarbeit. Absolvent des College of Molecular Medicine und Mitglied der Polnischen Gesellschaft für Humangenetik Leiter der Forschungsstipendien des Labors für Molekulardiagnostik an der Abteilung für Hämatologie, Onkologie und innere Krankheiten der Medizinischen Universität Warschau. Sie verteidigte den Titel eines Doktors der medizinischen Wissenschaften im Bereich medizinische Biologie an der 1. Medizinischen Fakultät der Medizinischen Universität Warschau. Autor zahlreicher wissenschaftlicher und populärwissenschaftlicher Arbeiten im Bereich Labordiagnostik, Molekularbiologie und Ernährung. Als Spezialist auf dem Gebiet der Labordiagnostik leitet er täglich die Inh altsabteilung bei Cambridge Diagnostics Polska und arbeitet mit einem Team von Ernährungswissenschaftlern der CD Dietary Clinic zusammen. Sein praktisches Wissen zur Diagnostik und Ernährungstherapie von Krankheiten teilt er mit Spezialisten auf Konferenzen, Schulungen, in Zeitschriften und auf Websites. Ihr besonderes Interesse gilt dem Einfluss des modernen Lebensstils auf molekulare Prozesse im Körper.

Andere Artikel dieses Autors lesen

Kategorie:

Erbkrankheiten