อาหารสามารถเปลี่ยนยีนของเราได้หรือไม่? ความชอกช้ำในวัยเด็กของเราสามารถส่งผลกระทบต่อลูกและหลานของเราได้หรือไม่? คำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้สามารถหาได้จาก epigenetics นั่นคือวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาสิ่งที่เรียกว่า การปรับเปลี่ยน epigenetic ปัจจุบันการปรับเปลี่ยน epigenetic ถือเป็นการค้นพบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในอณูชีววิทยาเนื่องจากอนุญาตให้เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างภูมิหลังทางพันธุกรรมและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม
สารบัญ:
- Epigenetics - การดัดแปลง Epigenetic คืออะไร?
- Epigenetics - ประเภทของการปรับเปลี่ยน epigenetic
- Epigenetics - บทบาทของการปรับเปลี่ยน epigenetic
- Epigenetics - อาหาร
- Epigenetics - ความหลากหลายของยีน MTHFR
- Epigenetics - ความเครียด
- Epigenetics - ผลกระทบต่อสุขภาพ
Epigenetics เป็นสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาการเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกของยีนที่ไม่ได้เกิดจากการปรับเปลี่ยนลำดับในสายดีเอ็นเอ การดัดแปลงดังกล่าวเรียกว่า epigenetic และเป็นเครื่องหมายโมเลกุลชนิดหนึ่งที่เพิ่มเข้าไปในสายดีเอ็นเอโดยเอนไซม์ที่เหมาะสมเช่น methyltransferases
ด้วยความช่วยเหลือของการปรับเปลี่ยน epigenetic ร่างกายสามารถควบคุมกระบวนการทางชีววิทยาที่สำคัญหลายอย่างเช่นการพัฒนาเนื้อเยื่อและอวัยวะเฉพาะในครรภ์
คำว่า "epigenetics" ถูกใช้ครั้งแรกโดย Waddington ในปีพ. ศ. 2485 คำนำหน้า "epi-" มาจากคำภาษากรีก "ข้างต้น" ซึ่งแปลอย่างหลวม ๆ หมายถึงสิ่งที่อยู่เหนือพันธุศาสตร์คลาสสิก
Epigenetics - การดัดแปลง Epigenetic คืออะไร?
เครื่องหมายโมเลกุลที่เพิ่มเข้าไปในสายดีเอ็นเอในระหว่างการปรับเปลี่ยนอิพิเจเนติกสามารถตัดสินใจได้ว่ายีนจะแสดงออกหรือไม่โดยทำหน้าที่เป็น "สวิตช์" และ "สวิตช์" ระดับโมเลกุลที่ควบคุมการแสดงออกของยีนโดยเฉพาะ
สิ่งสำคัญที่สุดคือการปรับเปลี่ยนดังกล่าวไม่ได้เปลี่ยนโครงสร้างของสายดีเอ็นเอกล่าวคือไม่ใช่การกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมประเภทหนึ่งที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ แต่เป็นสิ่งที่ผ่านการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกภายใต้อิทธิพลของปัจจัยแวดล้อม
นอกจากนี้ยังมีการเพิ่มหรือลบเครื่องหมายโมเลกุลที่เหมาะสมหลังจากการแบ่งเซลล์แต่ละครั้งและการทำสำเนาสายดีเอ็นเอ
ดังนั้นแต่ละเซลล์จึงมีรูปแบบลักษณะเฉพาะของเครื่องหมายโมเลกุลซึ่งกำหนดโปรไฟล์การแสดงออกของยีนที่เฉพาะเจาะจง การรวบรวมเครื่องหมายโมเลกุลดังกล่าวเรียกว่า epigenome
การดัดแปลง epigenetic ที่รู้จักกันดีคือ DNA methylation ซึ่งประกอบด้วยการเชื่อมต่อกลุ่ม methyl กับ cytosine (สารประกอบพื้นฐานที่เป็นส่วนหนึ่งของ DNA)
ในทางกลับกันการปรับเปลี่ยน epigenetic แบบย้อนกลับเป็น methylation คือ demethylation ซึ่งประกอบด้วยการลบกลุ่ม methyl ออกจาก cytosine
Epigenetics - ประเภทของการปรับเปลี่ยน epigenetic
การดัดแปลง Epigenetic สามารถส่งผลโดยตรงต่อสาย DNA:
- DNA methylation เช่นการติดกลุ่ม methyl กับ cytosine โดยใช้ DNA methyltransferases
- DNA demethylation คือการกำจัดหมู่เมธิลออกจากไซโตซีนโดยใช้ DNA demethylases
- นอกจากนี้การปรับเปลี่ยน epigenetic ทำขึ้นกับโปรตีนที่ไม่มี DNA เป็นบาดแผลเช่นฮิสโตน:
- เมธิลของไลซีนและอาร์จินีนที่ตกค้างของฮิสโตนด้วยฮีสโตนเมทิลทรานเฟอเรส
- demethylation ของไลซีนและอาร์จินีนที่ตกค้างของฮิสโตนด้วย histone demethylases
- acetylation ของฮิสโตนไลซีนตกค้างด้วย histone acetyltransferases
- deacetylation ของฮิสโตนไลซีนตกค้างโดย histone deacetylase
- ฟอสโฟรีเลชันของฮิสโตนซีรีนตกค้างโดยไคเนส
- การแพร่กระจายของสารตกค้างของฮิสโตนไลซีนโดยการเชื่อมต่อโปรตีน ubiquitin กับฮิสโตนด้วยการใช้เอนไซม์ E1, E2 และ E3
- ไรโบซิลเลชันของฮิสโตนกลูตามีนและอาร์จินีนตกค้างที่เกี่ยวข้องกับการยึดติดของนิวคลีโอไทด์ ADP-ribose ด้วยการใช้โพลีเมอเรสและทรานส์เฟอเรส
การปรับเปลี่ยน epigenetic ผิดปกติเป็นสิ่งที่เรียกว่า โมเลกุล RNA ที่ไม่เข้ารหัสเช่น microRNA (miRNA) เป็นโมเลกุล RNA แบบเกลียวเดี่ยว (สารประกอบคล้ายดีเอ็นเอ) ที่สั้นซึ่งสามารถควบคุมการแสดงออกของยีนโดยการปิดกั้นการสร้างโปรตีน
Epigenetics - บทบาทของการปรับเปลี่ยน epigenetic
- การแสดงออกของยีนที่เพิ่มขึ้น
- การปิดเสียงการแสดงออกของยีน
- การควบคุมความแตกต่างของเซลล์ในร่างกาย
- การพัฒนาตัวอ่อน
- การควบคุมระดับการควบแน่นของโครมาตินเช่นการปิดใช้งานโครโมโซม X ซึ่งในผู้หญิงมียีนที่เชื่อมโยงกับเพศเพียงสำเนาเดียวเท่านั้นที่ทำงานได้
ผึ้งเป็นตัวอย่างที่น่าสนใจของบทบาทของการปรับเปลี่ยน epigenetic ในการพัฒนาสัตว์ ในแมลงเหล่านี้ราชินีเป็นแม่ของผึ้งทั้งหมดในรังเดียวด้วยเหตุที่พวกมันทั้งหมดมีลำดับดีเอ็นเอเหมือนกัน
ถึงกระนั้นรังหนึ่งก็อาศัยอยู่โดยแมลงที่มีลักษณะและพฤติกรรมแตกต่างกัน คนงานมีขนาดเล็กกว่าราชินีและมีอารมณ์อ่อนโยนในขณะที่ทหารมีขนาดใหญ่และก้าวร้าว
ความแตกต่างเหล่านี้เกิดจากการปรับเปลี่ยน epigenetic ซึ่งกำหนดลักษณะและพฤติกรรมของผึ้งที่ปรับให้เข้ากับบทบาทที่พวกมันเล่นในชุมชนรัง
มีการสังเกตกลไกที่คล้ายกันในระหว่างการพัฒนาทารกในครรภ์ของสัตว์เมื่อการปิดเสียงและเพิ่มการแสดงออกของยีนที่เฉพาะเจาะจงจะส่งผลต่อชะตากรรมของเซลล์ต้นกำเนิดที่กำหนดไม่ว่าจะเป็นเซลล์ประสาทสมองหรือเซลล์เยื่อบุผิวในกระเพาะอาหาร
Epigenetics - อาหาร
การปรับเปลี่ยนของ Epigenetic เกิดขึ้นแล้วในช่วงชีวิตของทารกในครรภ์และอาจมีการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกตลอดชีวิตภายใต้อิทธิพลของปัจจัยแวดล้อม
ปัจจัยที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งที่มีผลต่อรูปร่างของ epigenome คืออาหารและสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ
อิทธิพลของอาหารที่มีต่อการปรับเปลี่ยน epigenetic ได้รับการยืนยันในการศึกษาทางคลินิกและทางคลินิกจำนวนมาก
มีกลไกอย่างน้อยสองประการที่อาหารอาจมีผลต่อการปรับเปลี่ยน epigenetic โดยส่วนใหญ่เป็นกระบวนการ methylation:
- โดยการเปลี่ยนความพร้อมใช้งานของผู้บริจาคเมธิลเช่น S-adenosylmethionine (SAM) ซึ่งสังเคราะห์ในวัฏจักรของเมไทโอนีนจากสารตั้งต้นหลายชนิดที่มีอยู่ในอาหาร ได้แก่ เมไทโอนีนโคลีนและเบทาอีนอนุพันธ์กรดโฟลิกและวิตามินบี 2 บี 6 และบี 12 ดังนั้นความพร้อมใช้งานที่ลดลงของสารประกอบเหล่านี้อาจส่งผลให้การสังเคราะห์ SAM ลดลงและการรบกวนกระบวนการ methylation
- โดยการปรับการทำงานของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ methylation (เช่น DNMT methyltransferase) ผ่านการบริโภคโพลีฟีนอลที่มีอยู่ในผลไม้ผักและเครื่องเทศ ตัวอย่างของสารประกอบดังกล่าว ได้แก่ เรสเวอราทรอลในไวน์แดง, epigallocatechin gallate (EGCG) ในชาเขียว, เคอร์คูมินในเหง้าขมิ้น, เจนิสไตน์ในถั่วเหลือง, ซัลโฟราเฟนในบร็อคโคลี, เควอซิตินในผลไม้รสเปรี้ยวและบัควีท
ผลของการรับประทานอาหารต่อ epigenome ในมดลูกได้รับการบันทึกโดยการทดลองที่มีชื่อเสียงเกี่ยวกับหนูทดลอง "agouti" ซึ่งมีลักษณะเป็นขนสีเหลืองและมีแนวโน้มที่จะเป็นโรคอ้วนเบาหวานและมะเร็ง
สีเหลืองของขนในหนูเหล่านี้เป็นตัวบ่งชี้ว่ามีเมธิเลชันของยีนไม่เพียงพอ
ในการทดลองหนู "อะกูติ" ที่ตั้งท้องได้รับอาหารที่มีผู้บริจาคเมธิลสูง กรดโฟลิกและโคลีน
ด้วยความประหลาดใจของนักวิทยาศาสตร์ลูกหลานของหนูเหล่านี้ไม่ได้มีลักษณะเหมือนพ่อแม่ของพวกมัน ลักษณะแรกที่สังเกตเห็นได้ชัดเจนคือการเปลี่ยนสีเสื้อเป็นสีน้ำตาล แต่สิ่งที่น่าประหลาดใจที่สุดคือหนูสูญเสียความโน้มเอียงไปสู่โรคที่พ่อแม่ของพวกเขาต้องทนทุกข์ทรมาน
เมื่อปรากฎว่านี่เป็นผลมาจากการปรับเปลี่ยนอาหารและการฟื้นฟู DNA methylation ตามปกติ
ข้อสังเกตเหล่านี้สนับสนุนความจริงที่ว่า epigenome สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการรับประทานอาหารและอาจมีผลกระทบต่อสุขภาพในวงกว้าง
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้แสดงให้เห็นถึงบทบาทที่สำคัญของจุลินทรีย์ในลำไส้ในกระบวนการปรับเปลี่ยน epigenetic
จุลินทรีย์ในลำไส้ผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพต่างๆเช่นกรดไขมันสายสั้นและปริมาณขึ้นอยู่กับองค์ประกอบสายพันธุ์ของไมโครไบโอต้าและคุณภาพของอาหาร
ผลิตภัณฑ์พรีไบโอติกที่มีปริมาณสูงในอาหารเช่นเส้นใยอาหารที่ละลายน้ำได้เช่นแป้งที่ทนจะเพิ่มความเข้มข้นของกรดไขมันสายสั้นซึ่งส่งผลในเชิงบวกต่อเยื่อบุผิวของเซลล์เยื่อบุผิวในลำไส้
Epigenetics - ความหลากหลายของยีน MTHFR
ประสิทธิภาพของการปรับเปลี่ยน epigenetic อาจได้รับอิทธิพลจากความหลากหลายทางพันธุกรรมเช่นการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในจีโนมซึ่งเป็นผลมาจากการมียีนที่หลากหลายในประชากรมนุษย์
หนึ่งในผลที่ตามมาของความหลากหลายทางพันธุกรรมคืออื่น ๆ ทุกคนตอบสนองต่อสารอาหารที่แตกต่างกัน
ประมาณว่า 15-30% ของผู้คนอาจมีความต้องการผู้บริจาคเมทิลเพิ่มขึ้น (โดยเฉพาะกรดโฟลิก) เนื่องจากความหลากหลายของยีน MTHFR ที่ไม่เอื้ออำนวยซึ่งเข้ารหัสเอนไซม์ methylenetetrahydrofolate reductase
เอนไซม์นี้มีหน้าที่เปลี่ยนกรดโฟลิกให้อยู่ในรูปที่ออกฤทธิ์
คนที่มีความหลากหลายของยีน MTHFR ที่ไม่เอื้ออำนวยมีความบกพร่องในการเปลี่ยนรูปแบบของกรดโฟลิกที่ไม่ใช้งานไปเป็นรูปแบบ 5-methyltetrahydrofolate (5-MTHF) ที่ใช้งานอยู่ดังนั้นพวกเขาจึงมีความต้องการเพิ่มขึ้นสำหรับผู้บริจาคเมธิล
และแม้ว่าการวิจัยยังไม่ได้ยืนยันอย่างชัดเจนว่าคนดังกล่าวอาจลดเมธิเลชันของสายดีเอ็นเอได้ แต่ในกรณีของพวกเขาก็ควรให้ความสนใจกับปริมาณที่เพียงพอในอาหารหรือการเสริมเพิ่มเติมของผู้บริจาคกลุ่มเมทิลเช่นกรดโฟลิกหรือโคลีน
Epigenetics - ความเครียด
ฮอร์โมนความเครียดส่วนเกินและอื่น ๆ คอร์ติซอลอาจส่งผลต่อการปรับเปลี่ยน epigenetic ในระบบประสาทและเพิ่มความเสี่ยงต่อโรคจิตเวช
มีการบันทึกไว้ว่าคนที่เป็นโรควิตกกังวลโรคเครียดหลังบาดแผลโรคเครียดหลังบาดแผลและภาวะซึมเศร้ามีลักษณะการปรับเปลี่ยนลักษณะเฉพาะของ epigenetic (ส่วนใหญ่ลดการสร้าง DNA ของ DNA)
เชื่อกันว่า epigenome ดังกล่าวสร้างขึ้นจากประสบการณ์ที่กระทบกระเทือนจิตใจในวัยเด็กและ / หรือสถานการณ์เครียดเรื้อรัง
รายละเอียด epigenetic นี้จะคงอยู่ตลอดชีวิตและอาจส่งต่อไปยังลูก ๆ และหลาน ๆ (เรียกว่าการถ่ายทอดทางพันธุกรรมภายนอก)
Epigenetics - ผลกระทบต่อสุขภาพ
ข้อผิดพลาดระหว่างการปรับเปลี่ยน epigenetic เช่นการปิดเสียงการแสดงออกของยีนที่ไม่ถูกต้องอาจส่งผลร้ายแรงต่อการทำงานของร่างกายเช่นทำให้เกิดมะเร็ง
ยิ่งไปกว่านั้นการศึกษามากขึ้นระบุว่าการปรับเปลี่ยน epigenetic นอกเหนือจากการมีส่วนร่วมในกระบวนการทางสรีรวิทยาอาจมีส่วนร่วมในการพัฒนาของโรคเช่น:
- ออทิสติก
- โรคจิตเภท
- ภาวะซึมเศร้า
- โรคหัวใจและหลอดเลือด
- โรคเกี่ยวกับระบบประสาท
- โรคแพ้ภูมิตัวเอง
- โรคภูมิแพ้
โดยเฉพาะอย่างยิ่งความสัมพันธ์ระหว่างการปรับเปลี่ยน epigenetic อาหารและความเสี่ยงของโรคที่เฉพาะเจาะจงกำลังถูกค้นหา
แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของ epigenetic อย่างมีนัยสำคัญเกิดขึ้นในมดลูกซึ่งอาจมีผลในวัยผู้ใหญ่
ดังนั้นสิ่งที่แม่รับประทานระหว่างตั้งครรภ์อาจเพิ่มความเสี่ยงต่อโรคบางชนิดและส่งผลต่อคนรุ่นต่อไปด้วย
ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าลูกของแม่ที่ตั้งครรภ์ในช่วงฤดูหนาวที่หิวโหยในเนเธอร์แลนด์ในปี พ.ศ. 2487-2488 มีความเสี่ยงต่อโรคหัวใจและหลอดเลือดโรคอ้วนและโรคจิตเภทเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับลูกของแม่ที่ไม่ได้อดอาหาร
พบในเด็กของมารดาที่หิวโหยและอื่น ๆ ลด methylation ของยีนที่เข้ารหัสการเจริญเติบโตของอินซูลินเหมือนปัจจัย 2 (IGF2)
คุ้มค่าที่จะรู้ความสำเร็จของ epigenetics ในปัจจุบันเป็นเรื่องของการวิจัยที่เข้มข้นในวิทยาศาสตร์ทางโภชนาการ แม้จะมีระเบียบวินัยใหม่ที่เกี่ยวข้องกับอิทธิพลของสารอาหารที่มีต่อการแสดงออกของยีนนั่นคือ Nutrigenomics
วรรณคดี
- Moosavi A. และ Motevalizadeh A. บทบาทของ Epigenetics ในชีววิทยาและโรคของมนุษย์. อิหร่าน Biomed J. 2016, 20 (5), 246-258.
- Choi S. W. และ Friso S. Epigenetics: สะพานใหม่ระหว่างโภชนาการและสุขภาพ Adv Nutr. 2010, 1 (1), 8-16.
- Karabin K. ผลของอาหารที่มีต่อ epigenome ของมนุษย์หรือการเปลี่ยนแปลงของยีนในอาหาร Modern Dietetics 15/2018
- Dmitrzak-Węglarz M. และ Hauser J. กลไก Epigenetic ในโรคทางจิตและความผิดปกติทางปัญญา จิตเวช 2552; 6, 2, 51–60
- Poczęta M. et al. การดัดแปลง Epigenetic และการแสดงออกของยีนในเนื้องอก. แอน. Acad. Med. ไซล์ 2018.72, 80-89.
- ดีใจ C. et al. การลดเมทิลเลชันของดีเอ็นเอและจิตพยาธิวิทยาที่ลดลงหลังจากเกิดภาวะ hypercortisolism จากภายนอกซึ่งเป็นการศึกษาทั่วทั้งจีโนม รายงานทางวิทยาศาสตร์ 2017, 7, 44445
- Shin W. et al. การบริโภคโคลีนเกินคำแนะนำในการบริโภคอาหารในปัจจุบันจะรักษาเครื่องหมายของเมธิเลชันของเซลล์ในกลุ่มย่อยทางพันธุกรรมของโฟเลตที่ถูกบุกรุก J Nutr. พ.ศ. 2553, 140, 5, 975–980
อ่านข้อความอื่น ๆ ของผู้เขียนคนนี้
