Na każdym etapie rozwoju – od momentu przygotowania do ciąży, w jej trakcie oraz w okresie karmienia piersią, dbanie o dietę przez matkę ma wpływ na rozwój potomstwa. Prawidłowy i zróżnicowany jadłospis mamy, może między innymi obniżyć podatność dziecka na choroby cywilizacyjne i polepszyć jego jakość życia.
Epigenetyka, czyli jak wpływać na zdrowie i rozwój dziecka
Wyniki badań wskazują na związek pomiędzy narażeniem na konkretne czynniki w trakcie rozwoju płodowego, a pojawieniem się powikłań w życiu dorosłym. Epigenetyczne modyfikacje mogą się pojawić jako odpowiedź na bodźce środowiskowe, jednym z których jest dieta. Mechanizm oddziaływania nie został jeszcze w pełni wytłumaczony, jednak są mocne podstawy, które pozwalają stwierdzić wpływ składników żywności na epigenom. Odkrycie sposobu oddziaływania składników odżywczych na genom w okresie prenatalnym, umożliwia wprowadzenie interwencji żywieniowych, które mogą przyczynić się do zachowania zdrowia na przestrzeni całego życia.
Genomowy DNA obecny jest w jądrze każdej komórki eukariotycznej. Jego łańcuch owinięty jest wokół rdzenia, tworząc nukleosom. Z niego wystaje tzw. ogon histonu, zbudowany z 15–38 aminokwasów. W tym miejscu zachodzą modyfikacje epigenetyczne. Epigenetyka to dziedzina nauki zajmująca się badaniem cech dziedzicznych, wprowadzonych do sekwencji DNA za pomocą modyfikacji biochemicznych. Opisuje procesy komórkowe, które determinują, czy określony gen zostanie przepisany i przetłumaczony na odpowiadające mu białko. W okresie rozwoju wewnątrzmacicznego szczególne piętno na zdrowie wywierają właśnie zmiany epigenetyczne. Są to modyfikacje ekspresji genów, które nie są wynikiem zmian w pierwotnej sekwencji DNA. Pomimo, iż przychodzimy na świat z zestawem genów odziedziczonych po rodzicach to nie oznacza, iż zawarta w nich informacja musi zostać aktywowana. Zmiany epigenetyczne obejmują metylację/demetylację łańcucha DNA i histonów, acetylację/deacetyację histonów, a także syntezę mikro RNA. Wiele spośród zmian w aktywności genów, mimo że nie obejmują modyfikacji w kodzie genetycznym, są przekazywane następnym pokoleniom.
Modyfikacje epigentyczne – wpływ diety
Wczesny rozwój płodowy ma decydujący wpływ na zmiany epigenetyczne. Potencjalnie praktycznie każdy odbierany ze środowiska bodziec, może wywołać określone modyfikacje. W artykule skupimy się na omówieniu wpływu czynnika zewnętrznego, jakim jest dieta. Mimo, iż wykazano istnienie wpływu składników odżywczych na przebieg tych procesów, to zjawisko to nadal kryje wiele tajemnic. Wiedza o oddziaływaniu poszczególnych makro- i mikroskładników na epigenom jest pozyskiwana głównie z badań na zwierzętach.
Spożywane przez nas jedzenie zostaje rozłożone na substancje, na drodze różnych procesów metabolicznych, przez co staje się ono dostępne dla naszego organizmu. Jeden z tych mechanizmów odpowiedzialny jest za tworzenie grup metylowych, które prowadzą między innymi do wyciszenia niektórych genów. Proces metylacji DNA to przyłączenie się grup metylowych do adeniny lub cytozyny, w którym uczestniczą enzymy transportujące – DNA-metylotransferazy (DNMT). Głównym donorem grup metylowych jest S-adenozylo-L-metionina (SAM). Składniki odżywcze mogą mieć znaczenie dla poziomu SAM i intensyfikacji metylacji. Proces ten jest konieczny do utrzymania homeostazy komórkowej. Kluczowymi substancjami uczestniczącym w procesie metylacji są witamina B12 i kwas foliowy (witamina B9). Odgrywają one rolę donorów grup metylowych, niezbędnych do syntezy metioniny, będącej prekursorem SAM. Diety obfitujące w te składniki mogą dość szybko zmienić ekspresję genów, zwłaszcza w początkowych fazach rozwoju, czyli w trakcie życia płodowego oraz wczesnego dzieciństwa. Zmiany w zakresie metylacji mogą mieć głębokie konsekwencje dla funkcjonowania danego genu. W związku z tym dieta kobiety ciężarnej jest bardzo istotna, gdyż może ona wpłynąć na epigenom dziecka, determinując jego profil metaboliczny.
Kompleks witamin B zawierający kwas foliowy – KUP TUTAJ
Wpływ donorów grup metylowych na zmiany epigenetyczne
Najlepiej udokumentowany wpływ na genom ma kwas foliowy (witamina B9), który jest jednym z głównych donorów grupy metylowej. Od wspomnianych donorów uzależniona jest aktywność enzymów uczestniczących w metylacji. W przypadku za małej ilości grup metylowych, proces metylacji nie zachodzi z wystarczającą częstotliwością, co wykazano także u ludzi. Do głównych źródeł donorów dostarczanych z żywnością należą metionina, 5-metylotetrahydrofolian (aktywna postać kwasu foliowego) oraz cholina.
Wpływ metylacji na fenotyp doskonale obrazują pszczoły. Z genetycznie identycznych larw rozwijają się dwa typy dorosłych samic – płodne królowe lub bezpłodne robotnice. Różnicowanie w jednym z tych kierunków zachodzi poprzez zmiany w obrębie epigenomu, które indukowane są rodzajem dostarczanego pożywienia. Przyszłe królowe karmione są mleczkiem pszczelim bogatym w składniki odżywcze, w odróżnieniu od pszczół robotnic, które spożywają go nie dłużej niż 3 dni.
Kolejną witaminą, która wpływa na genom jest B12. Badania epidemiologiczne donoszą, że jej deficyt jest istotnym czynnikiem decydującym o niskiej masie urodzeniowej dziecka. Dodatkowo niedobór zwiększa ryzyko wystąpienia zespołu metabolicznego, jako konsekwencja programowania w życiu płodowym. Związek pomiędzy deficytem donorów grup metylowych (w tym witaminy B12 i kwasu foliowego) a konsekwencjami zdrowotnymi udowadniają doświadczenia z udziałem zwierząt. Szczury, u matek których w czasie ciąży wykazano deficyt witamin B9 i B12, charakteryzowały się istotnie niższą masą urodzeniową. Ponadto zaobserwowano u nich zaburzenia w różnicowaniu się komórek żołądka i tym samym niedostateczną produkcję greliny – hormonu o działaniu stymulującym apetyt. Nie ma badań potwierdzających tę zależność u ludzi. Z dużym jednak prawdopodobieństwem można przypuszczać, że deficyt donorów grup metylowych w ciąży ma rozległe konsekwencje, u podłoża których leżą zmiany w zakresie epigenomu.
Innym badaniem, który przedstawia wpływ diety na ekspresję genów jest doświadczenie przeprowadzone na myszach. W eksperymencie wykorzystano myszy o wysokiej ekspresji genu agouti, który odpowiada za żółte zabarwienie futra, cukrzycę oraz tendencje do otyłości. Jedną grupę ciężarnych samic karmiono karmą bogatą w kwas foliowy i witaminę B12, drugą natomiast pożywieniem ubogim w te związki. W pierwszej grupie, gdzie dzięki metylacji gen agouti został wyciszony, myszy nie chorowały na cukrzycę, a także nie były otyłe, a ich ubarwienie pozostawało szare. Natomiast w drugiej pojawiło się żółte zabarwienie, a także wymienione problemy zdrowotne.
Metylowana forma witaminy B12 + aktywna forma kwasu foliowego 5-MTHF – KUP TUTAJ
Niedobór białkowy i kaloryczny w diecie matki a genom dziecka
Nie tylko niedobór witamin i składników mineralnych, ale także niedostateczna podaż kalorii i białka ma wpływ na epigenom. W badaniach na myszach wykazano związek pomiędzy niedożywieniem i niedoborem białka u matki w czasie ciąży a ryzykiem nietolerancji glukozy, hipercholesterolemii i nadmiaru tkanki tłuszczowej u dorosłego dziecka. Przykładowo u potomków matek, które w okresie przed lub po zapłodnieniu doświadczyły głodu, powiązanego z holenderską głodową zimą w 1944 r., znacznie częściej występowała otyłość, w odróżnieniu do rodzeństwa tej samej płci, którego nie dotknął niedostatek. U ludzi niedożywienie w okresie prenatalnym jest powiązane z występowaniem chorób metabolicznych i układu krążenia. Niskie spożycie białka kobiety ciężarnej może zwiększać ryzyko zaburzeń regulacji apetytu u dziecka. U gryzoni dochodziło do desensytyzacji receptorów dla serotoniny, znosząc jej działanie anorektyczne, jak również do obniżenia metylacji genu dla leptyny (hormon sytości).
Wpływ diety wysokotłuszczowej na zmiany epigenetyczne
Nie tylko niedożywienie, ale także nadmiar składników odżywczych może działać niekorzystnie. U gryzoni gdy matka w okresie ciąży była na diecie wysokotłuszczowej (wysokokalorycznej), potomstwo charakteryzowało się wyższym stężeniem triglicerydów oraz niższym stężeniem adiponektyny w porównaniu do grupy kontrolnej. Ekspresja genu dla leptyny w tkance tłuszczowej uległa u nich znacznej deregulacji, odwrotnie niż genu dla adiponektyny. Obserwacje te stanowią dowód na sprzyjające otyłości zmiany epigenetyczne, które prowokowane były wysokokaloryczną dietą matki. Potomstwo już w pierwszych tygodniach życia charakteryzowało się wyższą masą ciała i większym apetytem. Ponadto gryzonie wykazywały gorszą tolerancje glukozy i niedostateczną wrażliwość na insulinę. Niedobór adiponektyny może wiązać się z występowaniem insulinooporności, a nadmiar leptyny jest czynnikiem wyjaśniającym związek między nadmiarem tkanki tłuszczowej a zwiększoną aktywnością współczulną układu sercowo-naczyniowego. U szczurów dieta bogatotłuszczowa matki może doprowadzać do obniżenia ekspresji receptorów dopaminowych w jądrze półleżącym i korze przedczołowej, a także inne zmiany powodujące stan niedoboru dopaminy. W związku z tym może pojawić się tendencja do konsumpcji produktów stymulujących układ nagrody celem przywrócenia homeostazy. U zwierząt udowodniono ponadto, że dieta wysokotłuszczowa w okresie ciąży może nasilać acetylację histonu H3K14, co prowadzi do obniżenia ekspresji SIRT1 – białka, które promujące lipolizę i odgrywa znaczącą rolę w utrzymaniu równowagi gospodarki węglowodanowej o działaniu przeciwzapalnym. Dieta wysokotłuszczowa matki może więc na drodze wielu mechanizmów potencjalnie sprzyjać występowaniu u dziecka otyłości. Nadmiar tkanki tłuszczowej u kobiety, także nie jest obojętny dla rozwoju dziecka. Im wyższa wartość wskaźnika BMI przed ciążą, a także im wyższy przyrost masy ciała w trakcie ciąży, tym wyższe ryzyko u dziecka zaburzeń funkcji poznawczych i nadwagi.
Wrażliwość epigenomu na czynniki zewnętrzne może mieć więc swoje źródło w rozwoju prenatalnym. Udowodniono, że spożywanie dużych ilości wysokokalorycznego i atrakcyjnego smakowo jedzenia, bogatego w tłuszcz, cukier może zaprogramować, także preferencje smakowe ukierunkowane na ten rodzaj pożywienia u dzieci. Spekuluje się, że u podstaw leżą właśnie mechanizmy epigenetyczne.
Ochronny potencjał kwasów omega-3
Omega-3 od Apollo’s Hegemony – KUP TUTAJ
Jedno z nielicznych randomizowanych badań kontrolnych dotyczących zmian epigenetycznych u kobiet, wykazało wpływ suplementacji kwasu dokozaheksaenowego (400 mg dziennie od 18 do 22 tygodnia ciąży) na geny związane z układem odpornościowym. Wykazano istotną zmianę profilu metylacji w obrębie powtarzających się elementów LINE-1 u dzieci kobiet palących. Metylacji LINE-1 przypisuje się właściwości stabilizujące genom. Badacze sugerują, że kwasy omega-3 mogą mieć ochronny wpływ na uszkodzenie DNA u dzieci narażonych w łonie matki na dym tytoniowy.
Produkty, które sprzyjają prawidłowemu profilowi metylacji
Wiele elementów pożywienia ma możliwość wywołania zmian w ludzkiej epigenetyce. W przypadku dorosłych dieta uboga w grupy metylowe wpływa hamująco na metylację DNA, a zmiany te są odwracalne – optymalna dieta szybko je koryguje. Brokuły i inne warzywa krzyżowe zawierają izotiocyjaniany, które mogą zintensyfikować acetylację histonów. Soja posiada izoflawon genisteinę, który wstrzymuje metylację DNA w niektórych genach. Obecny w zielonej herbacie polifenol, galusan epigallokatechiny, ma bogate właściwości biologiczne, przez co działa jako inhibitor metylacji DNA. Składnik znaleziony w kurkumie Curcumin wpływa wielorokierunkowo na aktywność genów. Z jednej strony wstrzymuje metylację DNA, a jednocześnie moduluje acetylację histonów. Skoro dostarczanie organizmowi odpowiednich składników odżywczych może w sposób znaczny wpłynąć na ekspresję genów pamiętajmy, by wybierać produkty bogate w kwas foliowy i witaminę B12, kwasy omega-3 zapewniające zdrowy profil metylacji DNA.
Sposób żywienia przodków, czy wpływa na epigenetykę?
Czy jest to możliwe aby coś, co wydarzyło się przed narodzinami miało wpływ na twoje życie kilkanaście lat później? Odpowiedź wydaje się tkwić w epigenetycznej adaptacji, która zachodzi w płodzie, jako odpowiedź na ograniczony dostęp do żywności. Prawdopodobnie nie tylko dieta matki, ale również sposób żywienia przodków ojcowskich może mieć wpływ na zdrowie i rozwój dziecka. W jednym z badań wykazano, iż dostęp do jedzenia w okresie życia dziadków od strony ojca korelował z długością życia wnuków, a także ryzykiem chorób układu krążenia i cukrzycy. U ludzi, którzy doświadczyli głodu w okresie płodowym, występuje mniejsza metylacja genu odpowiedzialnego za metabolizm insuliny (gen insulinopodobnego czynnika wzrostu II) niż u osób, które takie warunki nie dotknęły. Zmiany, które zachodzą na etapie rozwoju embrionalnego, mogą utrzymywać się na etapie dorosłości nawet, gdy już nie są przydatne i mogą być szkodliwe. Niektóre z nich mogą utrzymywać się na przestrzeni kolejnych pokoleń, wpływając na wnuki narażonych na głód kobiet.
Wnioski
Podsumowując, zmiany epigenetyczne indukowane dietą matki nie są u ludzi dość dobrze poznane. Niewątpliwie jednak badania z udziałem zwierząt wskazują, jak duży potencjał oddziaływania na genom mogą posiadać składniki odżywcze. Przemawia to za słusznością rzetelnej edukacji żywieniowej kobiet w okresie rozrodczym.
Bibliografia:
- Chango A., Pogribny I.P., Considering Maternal Dietary Modulators for Epigenetic Regulation and Programming of the Fetal Epigenome, „Nutrients” 7(4), 2015.
- Lee H.S., Impact of Maternal Diet on the Epigenome during In Utero Life and the Developmental Programming of Diseases in Childhood and Adulthood, „Nutrients” 7(11), 2015.
- Aagaard-Tillery K.M., Grove K., Bishop J. et al., Developmental origins of disease and determinants of chromatin structure: maternal diet modifies the primate fetal epigenome, „Journal of molecular endocrinology” 41(2), 2008 .
- Vucetic Z., Kimmel J., Totoki K., Hollenbeck E., Reyes T.M., Maternal High-Fat Diet Alters Methylation and Gene Expression of Dopamine and Opioid-Related Genes, „Endocrinology” 151(10), 2010.
- Vaag A.A., Grunnet L.G., Arora G.P., Brøns C., The thrifty phenotype hypothesis revisited, „Diabetologia” 55(8), 2012.
- Niculescu M.D., Zeisel S.H., Diet, methyl donors and DNA methylation: Interactions between dietary folate, methionine and choline, „J. Nutr.” 132, 2002, 2333–2335.
- Bossenmeyer-Pourié C., Blaise S., Pourié G. et al., Methyl Donor Deficiency Affects Fetal Programming of Gastric Ghrelin Cell Organization and Function in the Rat, „The American Journal of Pathology” 176(1), 2010.
- Bobrowska-Korczak B., Bieniek K., Tokarz A., Metylacja DNA – wpływ wybranych naturalnych składników diety, „Postępy Biologii Komórki” 41(3), 2014.
