CONTEÚDO VERIFICADOAutor: Karolina Karabin, MD, PhD, bióloga molecular, diagnostica laboratorial, consultora de nutrição e estilo de vida

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 o entendimento da relação entre o background genético e os fatores ambientais.

Epigenéticaé um ramo da ciência que estuda as mudanças na expressão gênica que não resultam de modificações na sequência de uma fita de DNA. Tais modificações são chamadas de epigenéticas e são um tipo de marcadores moleculares que são adicionados às fitas de DNA por enzimas apropriadas, por exemplo, metiltransferases.

Por meio de modificações epigenéticas, o corpo pode controlar o curso de muitos processos biológicos importantes, como o desenvolvimento de tecidos e órgãos individuais no útero.

O termo "epigenética" foi usado pela primeira vez por Waddington em 1942. O prefixo "epi-" vem da palavra grega "acima", que traduzido livremente significa algo que está acima da genética clássica.

Epigenética - o que são modificações epigenéticas?

Marcadores moleculares adicionados a uma fita de DNA durante modificações epigenéticas podem determinar se um gene é expresso ou não, atuando como "interruptores" e "interruptores" moleculares que regulam a expressão de determinados genes.

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 da fita de DNA.

Assim, cada célula possui seu próprio padrão característico de marcadores moleculares, o que determina seu perfil específico de expressão gênica. A coleção de tais marcadores moleculares éepigenom .

A modificação epigenética mais conhecida émetilação do DNA , que envolveanexando um grupo metil à citosina (um composto básico que faz parte do DNA).

A modificação epigenética reversa da metilação édesmetilação , que consiste em remover o grupo metil da citosina.

Epigenética - tipos de modificação epigenética

Modificações epigenéticas podem afetar diretamente a fita de DNA:

  • Metilação de DNA, ou seja, união de grupos metil a citosina por meio de DNA metiltransferases
  • Desmetilação do DNA, ou seja, a separação de grupos citosina metil por meio de DNA demetilases
  • Além disso, modificações epigenéticas são feitas de proteínas nas quais nada de DNA é enrolado, ou seja, histonas:
  • metilação de resíduos de lisina e arginina de histonas com histonas metiltransferases
  • desmetilação de resíduos de lisina e arginina de histonas com histonas demetilases
  • acetilação de resíduos de histona lisina com histona acetiltransferases
  • desacetilação de resíduos de histona lisina pela histona desacetilase
  • fosforilação de resíduos de histona serina por quinases
  • ubiquitinação de resíduos de histona lisina pela ligação da proteína ubiquitina às histonas usando as enzimas E1, E2 e E3
  • ribosilação de resíduos de histona glutamina e arginina envolvendo a ligação de nucleotídeos ADP-ribose usando polimerase e transferase

As modificações epigenéticas atípicas são as chamadas 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 gênica aprimorada
  • silenciando a expressão gênica
  • controle da diferenciação celular no corpo
  • desenvolvimento embrionário
  • regulação do grau de condensação da cromatina, por exemplo, inativação do cromossomo X, graças ao qual apenas uma cópia dos genes ligados ao sexo está ativa nas mulheres.

Um exemplo interessante do papel das modificações epigenéticas no desenvolvimento animal são as abelhas. Nesses insetos, a rainha é a mãe de todas as abelhas de uma colmeia, o que faz com que todas tenham a mesma sequência de DNA.

No entanto, uma colmeia é habitada por insetos que se parecem e se comportam de maneira diferente. As operárias são menores que a rainha e têm um 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 desenvolvimentoanimais fetais, ao silenciar e potencializar a expressão de genes específicos afeta o destino de uma determinada célula-tronco, seja ela uma célula nervosa do cérebro ou uma célula epitelial do estômago.

Epigenética - dieta

As modificações epigenéticas ocorrem 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 é o alimento e suas substâncias bioativas.

A influência da dieta na modificação epigenética foi confirmada em muitos estudos pré-clínicos e clínicos.

Existem pelo menos dois mecanismos pelos quais a dieta pode afetar a modificação epigenética, principalmente o processo de metilação:

  • alterando a disponibilidade de doadores de metil como a S-adenosilmetionina (SAM), que é sintetizada no ciclo da metionina a partir de vários precursores presentes nos alimentos, incluindo metionina, colina e seus derivados betaína, ácido fólico e vitaminas B2, B6 e B12. Portanto, a disponibilidade reduzida desses compostos pode resultar em síntese reduzida de SAM e distúrbios no processo de metilação
  • modulando a atividade de enzimas relacionadas ao processo de metilação (por exemplo, DNMT metiltransferase) através do consumo de polifenóis contidos em frutas, vegetais e especiarias. Exemplos de tais compostos são resveratrol no vinho tinto, galato de epigalocatequina (EGCG) no chá verde, curcumina no rizoma da cúrcuma, genisteína na soja, sulforafano no 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 se caracterizam pela cor da pelagem amarela e predisposição à obesidade, diabetes e câncer.

A cor amarela da pelagem nesses camundongos é uma espécie de indicador de metilação insuficiente do gene.

No experimento, camundongos "agouti" prenhes foram alimentados com alimentos com alto teor de doadores de metil, entre outros. ácido fólico e colina.

Para surpresa dos cientistas, a prole desses camundongos não se parecia com seus pais. A primeira característica notável foi a mudança da cor da pelagem para marrom, mas o mais surpreendente foi que os camundongos perderam a predisposição às doenças que seus pais sofriam.

Como se viu, foi uma consequência de uma dieta modificada e restauração da metilação adequada do DNA.

Essas observações apóiam o fato de que o epigenoma pode ser alterado através da dieta e pode ter consequências de longo alcance para a saúde.

No últimoao longo dos anos, também foi demonstrado um papel significativo da microbiota intestinal no processo de modificação epigenética.

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.

Uma alta oferta de produtos prebióticos na dieta, como fibra alimentar 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 diferentes variantes genéticas na população humana.

Uma das consequências dos polimorfismos genéticos é, entre outras. resposta diferente de todos aos nutrientes.

Estima-se que 15-30% das pessoas podem ter uma maior necessidade de doadores de metil (especialmente ácido fólico) devido a polimorfismos desfavoráveis ​​do gene MTHFR, que codifica a enzima metilenotetrahidrofolato 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 a conversão prejudicada da forma inativa do ácido fólico em sua forma ativa 5-metiltetrahidrofolato (5-MTHF), portanto, eles têm uma maior necessidade de doadores de metil.

E embora os estudos não tenham confirmado inequivocamente que tais pessoas possam ter a metilação da fita de DNA reduzida, no caso deles vale a pena atentar para uma oferta adequada na dieta ou suplementação adicional de doadores de metil, como ácido fólico ou colina .

Epigenética - estresse

Excesso de hormônios do estresse, incl. 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 diminuição da metilação do DNA).

Acredita-se que desenvolvam tal epigenoma como resultado de experiências traumáticas na infância e/ou situações estressantes crônicas.

Esse perfil epigenético é mantido neles por toda a vida e provavelmente é passado para filhos e netos (conhecida como herança extragênica).

Epigenética - impacto na saúde

Erros durante modificações epigenéticas, como silenciar a expressão de um gene errado, podem ter sérias consequências no funcionamento doo organismo, por exemplo, causar câncer.

Além disso, cada vez mais estudos indicam que as modificações epigenéticas, além de participar 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 certas doenças está sendo especialmente 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.

Foi comprovado que filhos de mães que estavam grávidas durante o inverno de fome na Holanda de 1944-1945 tinham um risco aumentado de doenças cardiovasculares, obesidade e esquizofrenia em comparação com filhos de mães que não passaram fome.

Em filhos de mães que passam fome foi encontrado, entre outros, metilação reduzida do gene que codifica o fator de crescimento semelhante à insulina 2 (IGF2).

Vale a pena saber

Os avanços da epigenética são atualmente objeto de intensa pesquisa na ciência nutricional. Existe até uma nova disciplina que trata da influência dos nutrientes na expressão gênica, ou seja,nutrigenômica .

Sobre o autorKarolina Karabin, MD, PhD, bióloga molecular, diagnostica laboratorial, Cambridge Diagnostics PolskaBiólogo de profissão, especializado em microbiologia, e diagnosticador laboratorial com mais de 10 anos de experiência em trabalho laboratorial. Graduado pela Faculdade de Medicina Molecular e membro da Sociedade Polonesa de Genética Humana, chefe de bolsas de pesquisa do Laboratório de Diagnóstico Molecular do Departamento de Hematologia, Oncologia e Doenças Internas da Universidade Médica de Varsóvia. Defendeu o título de doutora em ciências médicas na área de biologia médica na 1ª Faculdade de Medicina da Universidade Médica de Varsóvia. Autor de diversos trabalhos científicos e de divulgação científica na área de diagnóstico laboratorial, biologia molecular e nutrição. Diariamente, como especialista na área de diagnóstico laboratorial, ele dirige o departamento de conteúdo da Cambridge Diagnostics Polska e colabora com uma equipe de nutricionistas da CD Dietary Clinic. Ele compartilha seu conhecimento prático em diagnóstico e dietoterapia de doenças com especialistas em conferências, sessões de treinamento e em revistas e sites. Ela está particularmente interessada na influência do estilo de vida moderno nos processos moleculares do corpo.

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Categoria:

Doenças genéticas