Роль харчування у експресії генів

Регулювання генів за допомогою харчування

Поживні речовини, які ми споживаємо, можуть впливати на експресію генів та спосіб регулювання наших генів. Експресія гена може бути змінена середовищем клітини. До факторів навколишнього середовища належать вибір способу життя та харчування. Харчування може змінити клітинні процеси всередині нашого тіла в кращу чи гіршу сторону. Поживні речовини та вітаміни можуть не тільки зменшити тяжкість захворювання, але вони можуть допомогти вченим створити більш цілеспрямовані плани лікування. Подальше розуміння процесу регуляції генів і того, що на нього впливає, дає змогу краще зрозуміти хвороби.

Що таке експресія генів?

Експресія генів описує процес, коли інформація, що зберігається в наших генах, стає білком або іншою функціональною одиницею (1). Експресія гена в клітині може змінюватися залежно від навколишнього середовища. Він може контролювати, коли виробляються білки та виробляється їх кількість. Експресія генів відбувається за допомогою процесів, що називаються транскрипцією та трансляцією (2).

Генетична транскрипція та переклад

Транскрипція

Під час транскрипції гена робиться РНК-копія послідовності ДНК. Його називають інформаційною РНК або мРНК. Молекула мРНК рухається від ядра до цитоплазми, де направляє синтез білка, для якого вона кодує (2). Цей процес здійснюється ферментом, який називається РНК-полімераза, та іншими факторами транскрипції. Фактори транскрипції - це регуляторні білки, що беруть участь у ініціюванні та завершенні транскрипції в клітині (3).

Переклад

Трансляція гена - це процес перетворення молекули мРНК у послідовність амінокислот для синтезу білка (2). Генетичний код - це те, що переводить генетичну інформацію в молекулі ДНК або мРНК у білок. У клітинній цитоплазмі рибосома зчитує послідовність мРНК групами з трьох основ для збирання білка.

роль
Реплікація, транскрипція та трансляція ДНК

Регуляція генів

Регуляція генів - це процес контролю того, які гени в нашій ДНК експресуються (3). Гени регулюються за допомогою складних елементів відповіді, які прискорюють або уповільнюють транскрипцію (4). Фактори транскрипції регулюють експресію генів у наших клітинах, і вони можуть бути специфічними або загальними. Конкретні фактори транскрипції включають активатори, коактиватори та репресори. Активатори спрямовані на збільшення швидкості транскрипції шляхом зв'язування з регуляторними послідовностями на ДНК, які називаються енхансерами. Вони працюють із загальними факторами транскрипції та коактиваторами, щоб ініціювати експресію (3). Репресори зв'язуються з регуляторними послідовностями, які називаються глушителями, щоб інгібувати транскрипцію.

Харчова наука та експресія генів

Нутрігеноміка - це розділ харчової науки, який розглядає взаємодію харчування та генів щодо лікування та профілактики захворювань. Використовуючи сигнальні шляхи, вітаміни та поживні речовини впливають на швидкість транскрипції (4). Проміжні продукти вітамінів а і d безпосередньо впливають на транскрипцію. Інші безпосередні фактори, що впливають на транскрипцію, - це жирні кислоти, цинк та деякі стерини (4). Харчові волокна також можуть побічно впливати на експресію генів шляхом зміни гормональних сигналів. Харчові волокна - це тип вуглеводів, які ми вживаємо з їжею таких рослин, як цільні зерна, горіхи, фрукти та овочі (5).

Метилювання ДНК - це процес додавання метильної групи до молекули ДНК. Метильні групи впливають на взаємодію ДНК і молекул, що продукують білок, і тому вони можуть активувати або замовчувати гени (6). Дослідження виявили, що деякі дієтичні компоненти змінюють ген-специфічні рівні метилювання ДНК. Ці дієтичні компоненти включають фолат, поліфеноли та флавоноїди зеленого чаю та фітоестроген (6).

Фолат

Фолат - це водорозчинний вітамін, який ви можете знайти в більшості продуктів харчування або як харчова добавка. Це кофермент, який бере участь у процесі утворення ДНК та РНК, а також у метаболізмі амінокислот (7). Деякі продукти з високим вмістом фолатів:

  • шпинат
  • брюсельська капуста
  • спаржа

Поліфеноли

Поліфеноли - це природні сполуки у фруктах та овочах (10). Вони важливі, оскільки забезпечують захист від ультрафіолетового випромінювання або загострення клітин патогенами (10). Наступні фрукти містять 200-300 мг поліфенолів у порції свіжих фруктів по 100 г:

  • вишні
  • виноград
  • ягоди
  • яблука
  • груші

Продукти, виготовлені з цих фруктів, містять багато поліфенолів. Зазвичай напої, виготовлені з цих фруктів, містять достатню кількість поліфенолів. Наприклад, стакан червоного вина та чашка чаю або кави містять близько 100 мг поліфенолів.

Флавоноїди

Флавоноїди - це категорія поліфенолів, що містяться у фруктах, овочах, шоколаді, вині та чаї. Є дані про значну користь для здоров’я цих класів сполук. Наприклад:

  • Вони пов’язані з передачею клітинних сигналів та допомогою у протизапальній, антитромбогенній, протидіабетичній та протипухлинній діяльності (11).
  • Деякі дані свідчать, що споживання флаван-3-олів та антоціанідинів може бути корисним для зниження ризику метаболічних та серцево-судинних захворювань (11).

Завдяки їх здатності боротися із стресовими факторами навколишнього середовища, споживання дієти, багате флавоноїдами, може допомогти знизити ризик захворювання (11).

Фітостерини

Фітостероли - це рослинна сполука, тісно структурована до тваринного з'єднання, яке ми знаємо як холестерин. Наші предки споживали їх у більшій кількості, ніж ми сьогодні. Типова дієта в США та інших сучасних західних дієтах, як правило, має дуже низький вміст фітостеринів (11). Однак існують клінічні випробування, які передбачають, що включення фітостеролів у здоровий раціон може бути корисним для нашого здоров’я. Клінічні випробування показують, що фітостерини як дієтичний фактор можуть знижувати рівень ліпопротеїдів низької щільності (ЛПНЩ) -холестерину (11). В середньому споживання 2 грамів фітостеринів на день може знизити рівень ЛПНЩ-холестерину на цілих 10% (11). Продукти, багаті фитостеринами:

  • цільного зерна
  • рослинні олії
  • горіхи
  • насіння

Сигнальні шляхи

Сигнальним шляхом, який значною мірою контролює транскрипцію ДНК, є білковий комплекс NF-κb (8). Він бере участь у запальній реакції клітини і відповідає за вироблення запальних генів, званих цитокінами (8). Цитокіни впливають на поведінку оточуючих їх клітин після вивільнення і важливі для передачі сигналів клітинам. NF-κb є ключовою мішенню для протизапальних препаратів, і останні дослідження виявляють, що вироблені цитокіни мають значення для розвитку багатьох хронічних захворювань.

Епідеміологи вважають, що хронічне запалення підтримує розвиток багатьох хронічних захворювань, таких як діабет 2 типу. Вважається, що завдяки своїй ролі у відповіді імунної системи фактор транскрипції NF-κb бере участь у розвитку таких патогенезних захворювань, як діабет 2 типу (9).

Харчовий захист від канцерогенезу та хвороб

Національний інститут охорони здоров’я вважає, що біологічні системи нашого організму, такі як реакція імунної системи, зазнають змін у міру старіння (12). Підозрюється, що ці вікові зміни є результатом метилювання ДНК. Метилювання ДНК може впливати на експресію гена, запобігаючи клітинним процесам, отже полегшуючи розвиток ракової клітини (12). Забезпечуючи свій організм достатніми макроелементами, ми можемо забезпечити клітину необхідним паливом.

Регулювання гена макроелементів

Досить новою концепцією є регулювання експресії генів через жирні кислоти. Важливою поживною речовиною для здорового харчування є арахідонова кислота (13). Арахідонова кислота - це поліненасичена жирна кислота, яка відіграє роль у метаболічних процесах клітини. Він виділяється з клітинної мембрани і окислюється до ейкозаноїдів. Ейкозаноїди - це сигнальні молекули, які діють на g-білкові рецептори нашої клітини, що сприяє стимуляції клітинного метаболізму та реакції імунної системи (13). Фактори транскрипції, такі як NF-κb (згадані раніше в цій статті), контролюються за допомогою дії арахідонової кислоти (13).

Інший спосіб жирних кислот регулювати експресію генів - через активовані проліфератором пероксисом рецептори (PPAR). PPAR є частиною стероїдного сімейства ядерних рецепторів для клітини. Вони беруть участь в окисленні та метаболізмі холестерину (13). Іншим членом стероїдних ядерних рецепторів в нашому організмі є фактор транскрипції, який називається ретиноїдним х-рецептором (RXR). Ці фактори транскрипції важливі для розвитку клітин, метаболізму клітин та загибелі клітин (15).

PPAR (рецептори, що активуються проліфератором пероксисоми) та їх дії

Загальним доповненням, яким ми є, є Омега 3. Омега-3 жирні кислоти - це молекули, які природним чином зв'язуються з рецепторами PPAR. Омега 3 допомагає в метаболізмі жиру. Отже, дієта, багата на омега-3, має доведену користь для здоров’я (14). Щоб перерахувати кілька продуктів з високим вмістом омега-3:

  • лосось
  • тунця
  • насіння льону
  • соєва олія

Застосовність харчування до генетичного здоров’я

Харчова наука надзвичайно актуальна для нашого здоров'я. Їжа, яку ми вкладаємо в наш організм, підживлює клітинні процеси. Коли клітинні процеси змінюються, це відкриває двері для зміни експресії генів. Якщо ми змінюємо експресію генів, ми змінюємо білки, на яких працює наш організм. Білки виробляють ферменти та гормони в нашому організмі. Щоб правильно виробляти ферменти та гормони, ми повинні дбати про харчування.

Цитати

  1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/probe/docs/applexpression/
  2. https://geneed.nlm.nih.gov/topic_subtopic.php?tid=15&sid=22
  3. http://www.austincc.edu/tav/1406adobe/4a-generegulation.pdf
  4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10089110
  5. https://medlineplus.gov/dietaryfiber.html
  6. https://www.nih.gov/news-events/news-releases/nih-study-offers-insight-into-why-cancer-incidence-increases-age
  7. https://ods.od.nih.gov/factsheets/Folate-HealthProfessional/
  8. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2882124/
  9. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3040418/
  10. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2835915/
  11. https://lpi.oregonstate.edu/mic/dietary-factors/phytochemicals/flavonoids
  12. https://www.nih.gov/news-events/news-releases/nih-study-offers-insight-into-why-cancer-incidence-increases-age
  13. https://www.nap.edu/read/10299/chapter/7#35
  14. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2745745/
  15. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4097889/

Про Вірджинію Кобб

Вірджинія вивчала науки про життя і спеціалізується на генетиці, мікробіології, імунології та лікарській хімії. Використовуючи ці знання, вона осмислює статті, що обертаються навколо сучасних тенденцій у науках про життя. Вірджинія отримала ступінь бакалавра в галузі біотехнологій і в даний час здобуває ступінь магістра з ділового адміністрування.