Bisakah Diet Mengubah Gen Kita? Dapatkah trauma masa kecil kita memengaruhi anak dan cucu kita? Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini dapat diberikan oleh epigenetik, yaitu ilmu yang mempelajari apa yang disebut modifikasi epigenetik. Saat ini, modifikasi epigenetik dianggap sebagai salah satu penemuan terpenting dalam biologi molekuler, karena memungkinkan pemahaman tentang hubungan antara latar belakang genetik dan faktor lingkungan.
Daftar Isi:
- Epigenetik - apa itu modifikasi epigenetik?
- Epigenetik - jenis modifikasi epigenetik
- Epigenetik - peran modifikasi epigenetik
- Epigenetik - diet
- Epigenetik - polimorfisme gen MTHFR
- Epigenetik - stres
- Epigenetik - berdampak pada kesehatan
Epigenetik adalah cabang ilmu yang mempelajari perubahan ekspresi gen yang tidak disebabkan oleh modifikasi urutan dalam untai DNA. Modifikasi semacam itu disebut modifikasi epigenetik dan merupakan jenis penanda molekuler yang ditambahkan ke untai DNA oleh enzim yang sesuai, misalnya metiltransferase.
Dengan bantuan modifikasi epigenetik, tubuh dapat mengontrol jalannya banyak proses biologis utama, seperti perkembangan jaringan dan organ tertentu di dalam rahim.
Istilah "epigenetik" pertama kali digunakan oleh Waddington pada tahun 1942. Awalan "epi-" berasal dari kata Yunani "di atas", yang diterjemahkan secara longgar berarti sesuatu yang berada di atas genetika klasik.
Epigenetik - apa itu modifikasi epigenetik?
Penanda molekuler yang ditambahkan ke untai DNA selama modifikasi epigenetik dapat menentukan apakah suatu gen diekspresikan atau tidak, bertindak sebagai "sakelar" dan "sakelar" molekuler yang mengatur ekspresi gen tertentu.
Yang terpenting, jenis modifikasi ini tidak mengubah struktur untai DNA, yaitu bukan jenis mutasi genetik yang tidak dapat diubah, tetapi sesuatu yang mengalami perubahan dinamis di bawah pengaruh faktor lingkungan.
Selain itu, penanda molekuler yang sesuai ditambahkan atau dihilangkan setelah setiap pembelahan sel dan duplikasi untai DNA.
Oleh karena itu, setiap sel memiliki pola karakteristik penanda molekuler yang menentukan profil ekspresi gen spesifiknya. Kumpulan penanda molekuler seperti itu disebut epigenom.
Modifikasi epigenetik yang paling terkenal adalah metilasi DNA, yang terdiri dari pengikatan gugus metil ke sitosin (senyawa dasar yang merupakan bagian dari DNA).
Sebaliknya, modifikasi epigenetik terbalik menjadi metilasi adalah demetilasi, yang terdiri dari menghilangkan gugus metil dari sitosin.
Epigenetik - jenis modifikasi epigenetik
Modifikasi epigenetik secara langsung dapat mempengaruhi untaian DNA:
- Metilasi DNA, yaitu perlekatan gugus metil ke sitosin melalui DNA metiltransferase
- Demetilasi DNA, yaitu penghilangan gugus metil dari sitosin dengan menggunakan DNA demetilase
- Selain itu, modifikasi epigenetik dilakukan pada protein di mana tidak ada DNA yang terluka, yaitu histon:
- metilasi residu lisin dan arginin dari histon dengan metiltransferase histon
- demetilasi residu lisin dan arginin dari histon dengan demetilase histon
- asetilasi residu histon lisin dengan histon asetiltransferase
- deasetilasi residu histon lisin oleh histon deasetilase
- fosforilasi residu serin histon oleh kinase
- ubiquitination residu histone lysine dengan menempelkan protein ubiquitin ke histones dengan menggunakan enzim E1, E2 dan E3
- ribosilasi histon glutamin dan residu arginin yang melibatkan penempelan nukleotida ADP-ribosa dengan penggunaan polimerase dan transferase
Modifikasi epigenetik atipikal adalah yang disebut molekul RNA non-coding misalnya microRNA (miRNA). Mereka adalah molekul RNA beruntai tunggal pendek (senyawa mirip DNA) yang dapat mengatur ekspresi gen dengan menghalangi pembentukan protein.
Epigenetik - peran modifikasi epigenetik
- ekspresi gen yang ditingkatkan
- membungkam ekspresi gen
- kontrol diferensiasi sel dalam tubuh
- perkembangan embrio
- regulasi tingkat kondensasi kromatin, misalnya inaktivasi kromosom X, berkat itu pada wanita hanya satu salinan gen terkait seks yang aktif.
Lebah adalah contoh menarik dari peran modifikasi epigenetik dalam perkembangan hewan. Pada serangga ini, ratu adalah ibu dari semua lebah dalam satu sarang, dengan konsekuensi semuanya memiliki urutan DNA yang sama.
Meski begitu, satu sarang dihuni oleh serangga yang berpenampilan dan berperilaku berbeda. Para pekerja lebih kecil dari ratu dan memiliki temperamen ringan, sedangkan prajurit lebih besar dan agresif.
Perbedaan ini disebabkan oleh modifikasi epigenetik yang menentukan penampilan dan perilaku lebah yang disesuaikan dengan peran yang mereka mainkan dalam komunitas sarang.
Mekanisme serupa diamati selama perkembangan janin hewan, ketika pembungkaman dan peningkatan ekspresi gen tertentu memengaruhi nasib sel induk tertentu, apakah itu sel saraf otak atau sel epitel lambung.
Epigenetik - diet
Modifikasi epigenetik terjadi selama kehidupan janin dan kemudian dapat mengalami perubahan dinamis sepanjang hidup di bawah pengaruh faktor lingkungan.
Salah satu faktor terpenting yang mempengaruhi bentuk epigenom adalah makanan dan zat bioaktifnya.
Pengaruh diet pada modifikasi epigenetik telah dikonfirmasi dalam banyak studi praklinis dan klinis.
Setidaknya ada dua mekanisme dimana diet dapat mempengaruhi modifikasi epigenetik, terutama proses metilasi:
- dengan mengubah ketersediaan donor metil seperti S-adenosylmethionine (SAM), yang disintesis dalam siklus metionin dari beberapa prekursor yang ada dalam makanan, termasuk metionin, kolin dan turunannya betaine, asam folat, dan vitamin B2, B6 dan B12. Oleh karena itu, berkurangnya ketersediaan senyawa ini dapat menyebabkan berkurangnya sintesis SAM dan gangguan proses metilasi
- dengan memodulasi aktivitas enzim yang berhubungan dengan proses metilasi (misalnya metiltransferase DNMT) melalui konsumsi polifenol yang terkandung dalam buah, sayur, dan rempah-rempah. Contoh senyawa tersebut adalah resveratrol pada anggur merah, epigallocatechin gallate (EGCG) pada teh hijau, kurkumin pada rimpang kunyit, genistein pada kedelai, sulforaphane pada brokoli, quercetin pada buah jeruk dan soba.
Pengaruh diet pada epigenom dalam rahim didokumentasikan oleh percobaan terkenal pada tikus laboratorium "agouti", yang ditandai dengan warna bulu kuning dan kecenderungan untuk obesitas, diabetes dan kanker.
Warna kuning pada bulu mencit ini merupakan indikator metilasi gen yang tidak mencukupi.
Dalam percobaan tersebut, tikus "agouti" bunting diberi makan makanan dengan kandungan metil donor yang tinggi, antara lain. asam folat dan kolin.
Yang mengejutkan para ilmuwan, keturunan tikus ini tidak mirip dengan orang tua mereka. Ciri pertama yang terlihat adalah perubahan warna bulu menjadi coklat, tetapi yang paling mengejutkan adalah tikus tersebut kehilangan kecenderungannya terhadap penyakit yang diderita oleh orang tuanya.
Ternyata, ini adalah konsekuensi dari diet yang dimodifikasi dan pemulihan metilasi DNA normal.
Pengamatan ini mendukung fakta bahwa epigenom dapat diubah oleh makanan dan dapat memiliki konsekuensi kesehatan yang luas.
Dalam beberapa tahun terakhir, peran penting mikrobiota usus dalam proses modifikasi epigenetik juga telah dibuktikan.
Mikroorganisme usus menghasilkan berbagai zat bioaktif, misalnya asam lemak rantai pendek, dan jumlahnya tergantung pada komposisi spesies mikrobiota dan kualitas makanan.
Pasokan tinggi produk prebiotik dalam makanan, seperti serat makanan yang larut, misalnya pati resisten, meningkatkan konsentrasi asam lemak rantai pendek, yang secara positif mempengaruhi epigenom sel epitel usus.
Epigenetik - polimorfisme gen MTHFR
Efisiensi modifikasi epigenetik juga dapat dipengaruhi oleh polimorfisme genetik, yaitu perubahan kecil pada genom, yang konsekuensinya adalah adanya berbagai varian gen dalam populasi manusia.
Salah satu akibat dari polimorfisme genetik adalah antara lain. respon setiap orang berbeda terhadap nutrisi.
Diperkirakan bahwa 15-30% orang mungkin mengalami peningkatan kebutuhan donor metil (terutama asam folat) karena polimorfisme gen MTHFR yang tidak menguntungkan, yang mengkode enzim methylenetetrahydrofolate reductase.
Enzim ini bertanggung jawab untuk mengubah asam folat menjadi bentuk aktifnya.
Orang dengan varian polimorfisme gen MTHFR yang tidak menguntungkan telah mengganggu konversi bentuk asam folat yang tidak aktif menjadi bentuk aktifnya 5-methyltetrahydrofolate (5-MTHF), oleh karena itu mereka memiliki kebutuhan yang meningkat akan donor metil.
Dan meskipun penelitian belum secara jelas mengkonfirmasi bahwa orang-orang tersebut mungkin telah mengurangi metilasi untai DNA, dalam kasus mereka perlu diperhatikan pasokan yang cukup dalam makanan atau suplementasi tambahan dari donor metil seperti asam folat atau kolin.
Epigenetik - stres
Hormon stres berlebih antara lain Kortisol dapat memengaruhi modifikasi epigenetik pada sistem saraf dan meningkatkan risiko gangguan kejiwaan.
Telah didokumentasikan bahwa orang yang menderita gangguan kecemasan, gangguan stres pascatrauma, gangguan stres pascatrauma, dan depresi memiliki profil modifikasi epigenetik yang khas (terutama metilasi DNA yang berkurang).
Epigenom seperti itu diyakini dibentuk oleh pengalaman traumatis masa kanak-kanak dan / atau situasi stres kronis.
Profil epigenetik ini dipertahankan sepanjang hidup mereka dan mungkin diturunkan kepada anak-anak dan cucu (dikenal sebagai warisan gen ekstra).
Epigenetik - berdampak pada kesehatan
Kesalahan selama modifikasi epigenetik, seperti membungkam ekspresi gen yang salah, dapat menyebabkan konsekuensi serius pada fungsi tubuh, misalnya menyebabkan kanker.
Selain itu, semakin banyak penelitian menunjukkan bahwa modifikasi epigenetik, selain berpartisipasi dalam proses fisiologis, dapat berpartisipasi dalam perkembangan penyakit seperti:
- autisme
- skizofrenia
- depresi
- penyakit kardiovaskular
- penyakit neurodegeneratif
- penyakit autoimun
- alergi
Hubungan antara modifikasi epigenetik, diet dan risiko penyakit tertentu sedang dicari secara khusus.
Telah terbukti bahwa modifikasi epigenetik yang signifikan terjadi di dalam rahim, yang mungkin berimplikasi pada masa dewasa.
Oleh karena itu, apa yang dikonsumsi ibu selama kehamilan dapat meningkatkan risiko penyakit tertentu bahkan mempengaruhi generasi berikutnya.
Terbukti bahwa anak dari ibu yang hamil pada musim dingin kelaparan di Belanda pada tahun 1944-1945 memiliki peningkatan risiko penyakit kardiovaskular, obesitas dan skizofrenia dibandingkan dengan anak dari ibu yang tidak kelaparan.
Pada anak dari ibu yang kelaparan ditemukan antara lain: mengurangi metilasi gen pengkode faktor pertumbuhan mirip insulin 2 (IGF2).
Patut diketahuiKemajuan epigenetik saat ini menjadi subjek penelitian intensif dalam ilmu gizi. Bahkan ada disiplin baru yang berhubungan dengan pengaruh nutrisi pada ekspresi gen, yaitu nutrigenomik.
literatur
- Moosavi A. dan Motevalizadeh A. Peran Epigenetik dalam Biologi dan Penyakit Manusia. Iran Biomed J.2016, 20 (5), 246-258.
- Choi S. W. dan Friso S. Epigenetics: Jembatan Baru antara Nutrisi dan Kesehatan. Adv Nutr. 2010, 1 (1), 8-16.
- Karabin K. Pengaruh diet pada epigenom manusia, atau bagaimana diet mengubah gen. Dietetika Modern 15/2018.
- Mekanisme Dmitrzak-Węglarz M. dan Hauser J. Epigenetik pada penyakit mental dan gangguan kognitif. Psikiatri 2009; 6, 2, 51–60.
- Poczęta M. et al. Modifikasi epigenetik dan ekspresi gen dalam neoplasma. Ann. Acad. Med. Siles. 2018.72, 80-89.
- Glad C. et al. Mengurangi metilasi DNA dan psikopatologi setelah hiperkortisolisme endogen - studi genom. Laporan Ilmiah 2017, 7, 44445.
- Shin W. dkk. Asupan kolin yang melebihi rekomendasi diet saat ini mempertahankan penanda metilasi seluler dalam subkelompok genetik pria yang terganggu folat. J Nutr. 2010, 140, 5, 975–980.
Baca teks lain dari penulis ini
