A dieta pode mudar nossos genes? Nossos traumas de infância podem afetar nossos filhos e netos? As respostas a essas perguntas podem ser fornecidas pela epigenética, ou seja, a ciência que estuda os chamados modificações epigenéticas. Atualmente, as modificações epigenéticas são consideradas uma das descobertas mais importantes da biologia molecular, pois permitiram compreender a relação entre o background genético e os fatores ambientais.
Índice:
- Epigenética - O que são modificações epigenéticas?
- Epigenética - tipos de modificações epigenéticas
- Epigenética - o papel das modificações epigenéticas
- Epigenética - dieta
- Epigenética - polimorfismos do gene MTHFR
- Epigenética - estresse
- Epigenética - impacto na saúde
Epigenética é um ramo da ciência que estuda mudanças na expressão gênica que não são devidas a modificações de sequência na fita de DNA. Essas modificações são chamadas de modificações epigenéticas e são um tipo de marcadores moleculares que são adicionados às cadeias de DNA por enzimas apropriadas, por exemplo, metiltransferases.
Com a ajuda de modificações epigenéticas, o corpo pode controlar o curso de muitos processos biológicos essenciais, como o desenvolvimento de tecidos e órgãos específicos no útero.
O termo "epigenética" foi usado pela primeira vez por Waddington em 1942. O prefixo "epi-" vem da palavra grega "acima", que traduzida livremente significa algo que está acima da genética clássica.
Epigenética - O que são modificações epigenéticas?
Marcadores moleculares adicionados a uma fita de DNA durante a modificação epigenética podem decidir se um determinado gene é expresso ou não, agindo como "interruptores" e "interruptores" moleculares que regulam a expressão de genes específicos.
Mais importante ainda, esses tipos de modificações não alteram a estrutura da fita de DNA, ou seja, não são um tipo de mutação genética irreversível, mas algo que sofre alterações dinâmicas sob a influência de fatores ambientais.
Além disso, marcadores moleculares apropriados são adicionados ou removidos após cada divisão celular e duplicação de fita de DNA.
Portanto, cada célula tem seu próprio padrão característico de marcadores moleculares que determina seu perfil de expressão gênica específico. A coleção de tais marcadores moleculares é chamada de epigenoma.
A modificação epigenética mais conhecida é a metilação do DNA, que consiste em ligar um grupo metila à citosina (um composto básico que faz parte do DNA).
Por sua vez, a modificação epigenética reversa da metilação é a desmetilação, que consiste na remoção do grupo metil da citosina.
Epigenética - tipos de modificações epigenéticas
As modificações epigenéticas podem afetar diretamente as fitas de DNA:
- Metilação de DNA, isto é, a ligação de grupos metil à citosina por meio de metiltransferases de DNA
- Desmetilação de DNA, isto é, a remoção de grupos metil da citosina por meio de demetilases de DNA
- Além disso, as modificações epigenéticas são feitas de proteínas nas quais nenhum DNA é ferido, ou seja, histonas:
- metilação de resíduos de lisina e arginina de histonas com metiltransferases de histona
- desmetilação de resíduos de lisina e arginina de histonas com desmetilases de histona
- acetilação de resíduos de histona lisina com acetiltransferases de histona
- desacetilação de resíduos de histona lisina por histona desacetilase
- fosforilação de resíduos de histona serina por quinases
- ubiquitinação de resíduos de histona lisina por meio da ligação da proteína ubiquitina às histonas com o uso das enzimas E1, E2 e E3
- ribosilação de resíduos de histona glutamina e arginina envolvendo a fixação de nucleotídeos ADP-ribose com o uso de polimerase e transferase
A modificação epigenética atípica é a chamada moléculas de RNA não codificantes, por exemplo, microRNA (miRNA). São moléculas curtas de RNA de fita simples (compostos semelhantes ao DNA) que podem regular a expressão gênica bloqueando a formação de proteínas.
Epigenética - o papel das modificações epigenéticas
- expressão de gene aumentada
- silenciando a expressão do gene
- controle da diferenciação celular no corpo
- desenvolvimento embrionário
- regulação do grau de condensação da cromatina, por exemplo, inativação do cromossomo X, graças ao qual nas mulheres apenas uma cópia dos genes ligados ao sexo está ativa.
As abelhas são um exemplo interessante do papel da modificação epigenética no desenvolvimento animal. Nesses insetos, a rainha é a mãe de todas as abelhas de uma colmeia, com a consequência de todas terem a mesma sequência de DNA.
Mesmo assim, uma colmeia é habitada por insetos que se parecem e se comportam de maneira diferente. As operárias são menores que a rainha e têm temperamento brando, enquanto os soldados são maiores e agressivos.
Essas diferenças são causadas por modificações epigenéticas que determinam a aparência e o comportamento das abelhas adaptadas ao papel que desempenham na comunidade da colmeia.
Um mecanismo semelhante é observado durante o desenvolvimento fetal dos animais, quando o silenciamento e o aumento da expressão de genes específicos afetam o destino de uma determinada célula-tronco, seja uma célula nervosa cerebral ou uma célula epitelial gástrica.
Epigenética - dieta
As modificações epigenéticas ocorrem já durante a vida fetal e podem sofrer mudanças dinâmicas ao longo da vida sob a influência de fatores ambientais.
Um dos fatores mais importantes que influenciam a forma do epigenoma são os alimentos e suas substâncias bioativas.
A influência da dieta nas modificações epigenéticas foi confirmada em muitos estudos pré-clínicos e clínicos.
Existem pelo menos dois mecanismos pelos quais a dieta pode influenciar a modificação epigenética, principalmente o processo de metilação:
- alterando a disponibilidade de doadores de metila como S-adenosilmetionina (SAM), que é sintetizada no ciclo da metionina a partir de vários precursores presentes nos alimentos, incluindo metionina, colina e seu derivado betaína, ácido fólico e vitaminas B2, B6 e B12. Portanto, a disponibilidade reduzida desses compostos pode resultar em síntese reduzida de SAM e perturbação do processo de metilação
- modulando a atividade de enzimas relacionadas com o processo de metilação (por exemplo, DNMT metiltransferase) por meio do consumo de polifenóis contidos em frutas, vegetais e especiarias. Exemplos de tais compostos são resveratrol em vinho tinto, galato de epigalocatequina (EGCG) em chá verde, curcumina em rizoma de cúrcuma, genisteína em soja, sulforafano em brócolis, quercetina em frutas cítricas e trigo sarraceno
A influência da dieta no epigenoma in utero foi documentada pelo famoso experimento em camundongos de laboratório "agouti", que são caracterizados por uma pelagem amarela e uma predisposição à obesidade, diabetes e câncer.
A cor amarela da pele desses ratos é uma espécie de indicador de metilação insuficiente do gene.
No experimento, camundongos "agouti" prenhes foram alimentados com ração com alto teor de doadores de metila, entre outros. ácido fólico e colina.
Para surpresa dos cientistas, a prole desses ratos não se parecia com seus pais. O primeiro traço perceptível foi a mudança da cor da pelagem para marrom, mas o mais surpreendente foi que os ratos perderam a predisposição às doenças de seus pais.
No final das contas, isso foi consequência de uma dieta modificada e da restauração da metilação normal do DNA.
Essas observações apoiam o fato de que o epigenoma pode ser alterado pela dieta e pode ter consequências de longo alcance para a saúde.
Nos últimos anos, um papel significativo da microbiota intestinal no processo de modificação epigenética também foi demonstrado.
Os microrganismos intestinais produzem várias substâncias bioativas, por exemplo, ácidos graxos de cadeia curta, e sua quantidade depende da composição de espécies da microbiota e da qualidade da dieta.
Um alto fornecimento de produtos prebióticos na dieta, como fibra dietética solúvel, por exemplo, amido resistente, aumenta a concentração de ácidos graxos de cadeia curta, que afetam positivamente o epigenoma das células epiteliais intestinais.
Epigenética - polimorfismos do gene MTHFR
A eficiência das modificações epigenéticas também pode ser influenciada por polimorfismos genéticos, ou seja, pequenas alterações no genoma, cuja consequência é a presença de várias variantes de genes na população humana.
Uma das consequências dos polimorfismos genéticos é, entre outras. a resposta diferente de cada pessoa aos nutrientes.
Estima-se que 15-30% das pessoas podem ter um aumento da necessidade de doadores de metila (especialmente ácido fólico) devido a polimorfismos desfavoráveis do gene MTHFR, que codifica a enzima metilenotetraidrofolato redutase.
Esta enzima é responsável por converter o ácido fólico em sua forma ativa.
Pessoas com uma variante desfavorável do polimorfismo do gene MTHFR têm conversão prejudicada da forma inativa do ácido fólico em sua forma ativa 5-metiltetraidrofolato (5-MTHF), portanto, têm uma necessidade maior de doadores de metil.
E embora a pesquisa não tenha confirmado claramente que essas pessoas podem ter reduzido a metilação dos filamentos de DNA, no caso delas vale a pena prestar atenção a um fornecimento adequado na dieta ou suplementação adicional de doadores de metila, como ácido fólico ou colina.
Epigenética - estresse
Excesso de hormônios do estresse, entre outros o cortisol pode afetar modificações epigenéticas no sistema nervoso e aumentar o risco de transtornos psiquiátricos.
Foi documentado que pessoas que sofrem de transtornos de ansiedade, transtorno de estresse pós-traumático, transtorno de estresse pós-traumático e depressão têm um perfil de modificação epigenética característico (principalmente redução da metilação do DNA).
Acredita-se que tal epigenoma seja moldado por experiências traumáticas da infância e / ou situações de estresse crônico.
Esse perfil epigenético é mantido por toda a vida e provavelmente é transmitido aos filhos e netos (conhecido como herança extra-genética).
Epigenética - impacto na saúde
Erros durante as modificações epigenéticas, como silenciar a expressão do gene errado, podem causar consequências graves no funcionamento do corpo, por exemplo, causar câncer.
Além disso, cada vez mais estudos indicam que modificações epigenéticas, além de participarem de processos fisiológicos, podem participar do desenvolvimento de doenças como:
- autismo
- esquizofrenia
- depressão
- doenças cardiovasculares
- doenças neurodegenerativas
- doenças autoimunes
- alergias
A relação entre modificações epigenéticas, dieta e o risco de doenças específicas está sendo particularmente procurada.
Foi demonstrado que modificações epigenéticas significativas ocorrem no útero, o que pode ter implicações na idade adulta.
Portanto, o que a mãe come durante a gravidez pode aumentar o risco de certas doenças e até afetar a próxima geração.
Ficou provado que filhos de mães que estavam grávidas durante o inverno faminto na Holanda em 1944-1945 tinham um risco aumentado de doenças cardiovasculares, obesidade e esquizofrenia em comparação com filhos de mães que não morreram de fome.
Em filhos de mães famintas, foi encontrado metilação reduzida do gene que codifica o fator de crescimento semelhante à insulina 2 (IGF2).
Vale a pena saberAs conquistas da epigenética são atualmente objeto de intensas pesquisas na ciência da nutrição. Existe até uma nova disciplina que trata da influência dos nutrientes na expressão do gene, ou seja, a nutrigenômica.
Literatura
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