Досие за хранителни вещества и гени - Институт Данон

хранителни

Хранителните вещества са в състояние да модулират експресията на специфични гени. Този първоначално адаптивен процес може да е в началото на определени патологии, но в бъдеще може да се използва и за терапевтични цели.

Живите същества са в постоянно взаимодействие със заобикалящата ги среда. Последните постижения в молекулярната биология показват, че храната действа върху експресията на редица гени, което кара тялото да се адаптира, което може да варира от човек на човек.

I - ИЗРАЗЯВАНЕТО НА ГЕН Е КОНТРОЛИРАНО

В клетката 50 до 100 000 гена, съставляващи генома, не са всички експресирани едновременно. Експресията им зависи от клетъчния тип (белодробните клетки няма да експресират същите гени като хепатоцитите), етапа на клетъчна диференциация и околната среда. Следователно експресията на ген трябва да бъде контролирана. Регулирането на транскрипцията (виж карето) на този ген е съществена контролна система.

Някои примери показват, че хранителни вещества като глюкоза, холестерол, мастни киселини могат да модифицират транскрипцията на гени, кодиращи протеини (ензими, хормони), участващи в техния метаболизъм.

II - ХРАНИТЕЛНАТА СРЕДА ИЗМЕНЯВА ИЗРАЗЯВАНЕТО НА ГЕНИТЕ

Пример за глюкокиназа и фосфоенолпируват карбоксикиназа:
Черният дроб на бозайник има свойството да улавя и метаболизира глюкозата, която пристига в порталната вена. Ензим, участващ в този процес, глюкокиназа е необходима само на човек, който редовно усвоява въглехидратите. Но черният дроб има и свойството да ново синтезира глюкоза (глюконеогенеза), когато червата вече не я доставя. След това го пуска в кръвообращението за органи, които се нуждаят непрекъснато, като мозъка. Следователно фосфоенолпируват карбоксикиназа (PEPCK), ензим за глюконеогенеза, е необходим при спиране на приема на глюкоза. Фигура 1 илюстрира промяната в количеството глюкокиназа и PEPCK иРНК в бързо въглехидратен цикъл на хранене при плъхове. След 24 часа на гладно, иРНК на PEPCK са в изобилие в черния дроб, тези на глюкокиназата не се откриват. Генът за PEPCK се транскрибира, но не и този за глюкокиназата. Черният дроб е в режим на „производство на глюкоза“.

В рамките на минути след ядене на въглехидратно хранене, PEPCK иРНК бързо намаляват и се появяват гРНК на глюкокиназа. След това глюкокиназният ген се транскрибира, но PEPCK генът вече не е. Черният дроб е в режим на „усвояване на глюкозата“. Специфични механизми също са отговорни за разграждането на иРНК на PEPCK.

ОТ ГЕН ДО ПРОТЕИНИ
ДНК се състои от две допълващи се вериги (или вериги), изградени от сукцесията в точен ред от четири химически единици (нуклеинови основи: аденин, гуанин, цитозин и тимин). Генът е фрагмент от ДНК, който съдържа цялата информация, необходима за синтеза на протеин, под формата на линейна верига от няколкостотин до няколко хиляди нуклеинови бази. Когато трябва да се синтезира протеин, един от веригите на ДНК в гена се копират от ензим, наречен полимераза, като едноверижна пратена РНК (тРНК) и допълваща ДНК последователността. Това е феноменът на транскрипцията. ИРНК преминава от ядрото в цитоплазмата на клетката, където много сложен механизъм ще „прочете“ последователността на иРНК и ще я трансформира в протеин. Това е феноменът на превода. Появата на неговата иРНК обикновено се нарича експресия на ген.

Този пример илюстрира отговора на нашата генетична програма към хранителната среда. Съществуват много други регулаторни системи: не всички те включват транскрипция, но модифицират активността на вече съществуващ протеин и имат предимството на скоростта (няколко секунди). Дори ако транскрипцията на ген може да бъде модулирана бързо, отнема няколко минути (или дори часове) между „включване“ на ген и синтеза на съответния протеин в достатъчно количество. Следователно в този случай генната регулация може да се разглежда като по-дългосрочна адаптивна регулация, която подготвя организма за повторение на хранителни събития.

Ефектът на хранителните вещества може да бъде пряк или косвен:
При едноклетъчните организми (бактерии, дрожди) отдавна е известно прякото влияние, без хормонално реле, на хранителните вещества върху генната експресия. При многоклетъчните организми ефектът на хранителните вещества отдавна се дължи на хормоналните промени, които те предизвикват. Всъщност някои гени се контролират от хормони. В горния пример, PEPCK генът се активира от глюкагон и се инхибира от инсулин, докато глюкокиназният ген се активира от инсулин и се инхибира от глюкагон. Наистина инсулинът е висок, а глюкагонът нисък по време на усвояването на въглехидратите, а обратното се случва по време на гладуване.