Nutrigenomika, 1 wykład 16.10.2013

10-15 pytań krótkich, konkretnych

Tłuszcze trans (są nienasycone) są niekorzystne ponieważ są podobne do kwasów tłuszczowych nasyconych wbudowują się w skład błony komórkowej -którą utwardzają. Błona komórkowa się utwardza pod wpływem kwasów tłuszczowych nasyconych.

Chroniczne choroby niezakaźne (Choroby cywilizacyjne)- choroby związane z ujemnymi warunkami życia w rozwijającej się cywilizacji.

Czynniki sprzyjające rozwojowi chorób:

• Niewłaściwe odżywianie, nieprawidłowa dieta,

• Mała aktywność ruchowa,

• Rosnące tempo życia oraz napięcie nerwowe wysoki poziom stresu,

• Palenie papierosów,

• Nadużywanie alkoholu,

• Zanieczyszczenie środowiska.

Choroby powoduje:

• Niedobór żywności,

• Nadmiar żywności.

Niedobór żywności--1/3 osób cierpi na brak żywności

Śmierć (z powodu niedożywienia umiera):

• Rocznie 13-18milionów ludzi,

• W każdej minucie ok 30 osób (w tym ok. 18 dzieci poniżej 5 roku życia).

Kluczowe błędy żywieniowe Polaków

• Nadmierne spożycie energii w tym z tłuszczów pochodzenia zwierzęcego (mleka, mięsa i jaj),

• Malejący udział energii pochodzącej z węglowodanów złożonych (przetworów zbożowych i ziemniaków),

• Cholesterol w Polsce -350 mg, norma 300mg dziennie,

• Rosnący udział sacharozy i cukrów prostych 9ze słodyczy),

• Obniżenie spożycia błonnika pokarmowego i składników odżywczych o znaczeniu regulującym (nie-energetyczne).

Normy są dla całej populacji nie mamy zaleceń dla konkretnej osoby możemy określić dla osoby wchodzącej skład grupy.

Czynniki decydujące o stanie zdrowia

,,Triada“ Hipokratesa (450 - 359 r. p.n.e.)!!!

Na zdrowie wpływa:

• Genotyp

• Żywność i żywienie

• Aktywność fizyczna

Biomarkery zdrowia

Poszukuje się dobrych biomarkerów zdrowia:

• Profil bomarkerów moczu- może świadczyć o naszym zdrowi

• Metabolity moczu- mogą stanowić biomarkery (mocz-jako odcisk palca)

• Niewielkie zmiany w moczu- mogą być znakiem choroby, wykrytej na bardzo wczesnym etapie.

Ewolucja bomarkerów

Obecnie:

• Markery krwi

• Mutacja specyficznych genów

Przyszłość:

• Profil ekspresji genów

• Genomika funkcjonalna

Kontrowersje wokół ilości genów w genomie ludzkim:

• Pierwotna koncepcja liczby genów kodujących białka (100 tysięcy genów).

• Liczba określona po publikacji szkicowego genomu (20-25 tysięcy).

Gen (z j. gr. - ród, pochodzenie) podstawowa jednostka dziedziczości która determinuje powstawanie jednego polipeptydu lub kwasów rRNA lub tDNA

Locus, loci- to miejsce na chromosomie gdzie zlokalizowany jest gen.

• 22 pary chromosomów somatycznych i jedna para chromosomów płciowych,

• Pary, ponieważ jedna jest od mamy (X), druga od taty (X lub Y).

Allel-jedna z wersji genu w określonym miejscu (locus) na danym chromosomie homologicznym:

• Dominujący (A),

• Recesywny(a).

Aa- heterozygota

AA- homozygota dominująca

aa- homozygota recesywna

Recesywne i dominujące cechy człowieka
Recesywne	Dominujące
oczy niebieskie	oczy piwne
leworęczność	praworęczność
piegi	brak piegów
długie rzęsy	krótkie rzęsy
odstające uszy	przylegające uszy
włosy proste lub blond	włosy kręcone lub ciemne
splatanie dłoni z lewym kciukiem na wierzchu	splatanie dłoni z prawym kciukiem na wierzchu
krzyżowanie rąk z lewą na wierzchu	krzyżowanie rąk z prawą na wierzchu
brak grupy RH	występowanie grupy RH
brak umiejętności zwijania języka w trąbkę	umiejętność zwijania języka w trąbkę
brak owłosienia środkowej części palców	owłosienie środkowej części palców
przyrośnięte płatki uszu	wolne płatki uszu

Polimorfizm

• Spośród wybranych ludzkich genomów 99,9% sekwencji DNA jest identyczna, mimo że różnie wyglądamy.

• 0,1% sekwencji nukleotydów odpowiada za zmiany polimorficzne.

• Allele tego samego genu różnią się między sobą jednym lub kilkoma nukleotydami

• Występowanie więcej niż jednej wersji danego genu określa się jako polimorfizm.

• Jest to pierwszy rodzaj różnic, które występują w populacji.

Polimorfizm pojedynczych nukleotydów zamiana guaniny i cytozyny w łańcuchu DNA, na tyminę i adeninę.

Modyfikacje epigenetyczne

• Drugi rodzaj różnic, które występują w populacji

• Bliźnięta jednojajowe, posiadające identyczne geny, mogą różnić się metylacją, co wpływa na zmianę ich fenotypu

• Na stopień metylacji cytoplazmy znaczący wpływ ma sposób odżywiania

• Intensywna metylacja DNA de novo zachodzi we wszystkich etapach rozwoju zarodka

• Dlatego dieta ma tak istotny wpływ na zdrowie dziecka (zdrowie rozumiane tutaj jako zdrowy genom).

Nutrigenomika, a Nutrigenetyka (WAŻNE!!! EGZAMIN!!!)

Nutrigenomika - wpływ składników odżywczych na fenotyp.

Nutrigenetyka - zależna od genotypu odpowiedź na składniki odżywcze.

Nutrigenomika, wykład 2

Nutrigenomika:

Metody, które są stosowane w nutrigenomice to - OMIKI

Bioaktywne komponenty żywności:

• Nutrigenomika - DNA

• 
  
  Epigenomika żywieniowa

• Transkryptomika - RNA, mRNA

• Proteomika - Białka

• Metabolomika - metabolit

Transkrypcja - przepisanie informacji genetycznej z DNA na mRNA zachodzi na terenie jądra komórkowego. Następnie mRNA przyłącza się do rybosomów w cytoplazmie.

Cechy kodu genetycznego:

- trójkowy

- bezprzecinkowy

- uniwersalny

- zdegenerowany

- niezachodzący

mRNA - przenośnik, który przekazuje informację z DNA, który to nie może opuścić terenu jądra komórkowego

Do mRNA z jednej strony przyłącza się czapeczka, z drugiej ogonek. Dzięki temu jest ono odpowiednio kierowane i rozpoznawane, jako nasze własne, dzięki czemu możliwa jest synteza białka.

Materiał genetyczny patogenów - niektóre patogeny są zdolne do upodobniania swojego mRNA do naszego.
Kodując i syntetyzując lokalne białko patogenów - chorujemy. Możemy temu zapobiec stosując antybiotyki - które mogą zmienić ramkę odczytu.

Nutrigenomika:

• Zajmuje się analizą różnic genetycznych jakie istnieją u poszczególnych osobników i wpływają na ich odpowiedź na poszczególne substancje odżywcze

• Wyjaśnia różnice w metabolizmie składników diety między osobnikami wynikające z polimorfizmu na poziomie pojedynczego nukleotydu skutkując rożną odpowiedzią na sygnały pochodzące od składników diety

Nukleotyd - podstawowa jednostka kwasów nukleinowych

Nukleotyd = nukleozyd + reszta kwasu fosforowego

Nukleozyd = cukier + zasada azotowa

Cukier: DNA - deoksyryboza; RNA - ryboza

Zasady azotowe: DNA - A, T, G, C; RNA - A, U, G, C

DNA - nić podwójnie komplementarna

ATCGATC

TAGCTAG

AUCGAUC mRNA

Odpowiedni antykodon (na tRNA) łączy się z kodonem. Na drugim końcu tRNA znajduje się odpowiedni aminokwas.

STRUKTURA CHROMOSOMÓW - WAŻNE !!!

Nukleotydy -> DNA -> nukleosom -> solenoid -> chromatydy -> chromosom

Nukleosom :

• DNA + białka histynowe

• Podstawowa jednostka struktury chromosomów

• Histon H1 stabilizuje DNA

Solenoid:

• Struktura wyższego rządu

• Na jeden obrót przypada około 6 nukleosomów

Chromosom:

• Zbudowany z nici chromatydowych połączonych ze sobą za pomocą centromeru

• 23 pary (22 pary chromosomów somatycznych - autosomalnych i 1 para chromosomów płciowych)

SNP - POLIMORFIZM POJEDYNCZEGO NUKLEOTYDU - WAŻNE !!! (wiedzieć co to jest)

Polimorfizm:

• Allele tego samego genu mogą różnić się jednym albo kilkoma nukleotydami

• Za polimorfizm uznana jest zmiana w sekwencji nukleotydów występująca w populacji z częstością większą niż 1%, na ogół nie prowadzi do zmian w sekwencji kodowania przez dany gen polipeptydu

• Polimorfizm może dotyczyć pojedynczego nukleotydu lub dłuższej powtarzającej się wielokrotnie określonej sekwencji

• Spośród przypadkowo wybranych ludzkich genomów - 99.9% sekwencji DNA jest takie same

Zmiany poniżej 1% - mutacja

Najczęściej występującym typem zmienności sekwencji DNA genomowego jest polimorfizm pojedynczego nukleotydu tzw. SNP polegający na zastąpieniu pojedynczego nukleotydu innym.

Istnienie w genomie ludzkim polimorfizmu pojedynczego nukleotydu (SNP) może wzmacniać lub osłabiać wpływ bioaktywnych związków na ekspresję genów

SNP:

• Badania genetyczne typu SNP pozwalają aktualnie określić m.in. zmienność genetyczną osobników

• Bada się polimorfizmy i mutacje w celu określenia genotypów związanych z zachorowaniem lub podwyższonym ryzykiem zachorowania na daną chorobę

• Do niedawna jedyną możliwością badań była obserwacja bliźniaków jedno- lub dwujajowych

Diagnostyka molekularna:

• Termin wprowadzony w ostatnim dziesięcioleciu

• Obejmuje procedury diagnostyczne oparte na technikach biologii molekularnej

• Koncentruje się na poszukiwaniu wariantów genetycznych (markerów), które mogą zwiększyć ryzyko wystąpienia określonego schorzenia

Metody diagnostyki molekularnej:

• Mikromacierze DNA

• RT-PCR

• Krystalografia rentgenowska

• Spektroskopie

Pozwalają na ocenę genetycznego uwarunkowania wybranych chorób.

Diagnostyka kliniczna a molekularna:

• Diagnostyka kliniczna - czułość wykrywania znacznie niższa

• Diagnostyka molekularna - umożliwia identyfikację homo- i heterozygot z czułością 100%

Geny kandydaci - odpowiadają na pytanie czy dana choroba wystąpi czy też nie

Jeżeli w pozycji 430 nukleotydu jest C - powstaje prawidłowy enzym, jeżeli jednak w tym miejscu pojawia się T - powstaje inna forma enzymu o obniżonej aktywności aż do 50%.

Unwarunkowanie genetyczne odporności na zakażenie wirusem HIV:

• Mutacja CCR5

• Mutacja genu, który koduje receptor powierzchniowy limfocytów T. Zmutowana forma tego receptora zapobiega przyleganiu cząsteczki wirusa do powierzchni limfocytów, co uniemożliwia zakażenie wirusem
  HIV-1

• Z badań populacyjnych wynika, ze ok. 12% Polaków jest nosicielami zmutowanej formy genu, w wyniku czego ta grupa osób ma podwyższoną odporność na zakażenie wirusem HIV-1

• Osoby, które mają obie kopie genu w formie zmutowanej (homozygoty), posiadają pełną odporność na zakażenie tą formą wirusa HIV

Nutrigenomika:

Istnienie w ludzkim genomie SNP może wzmacniać lub osłabiać wpływ bioaktywnych związków na ekspresję genów. Osobnicze różnice genetyczne są spowodowane istnieniem ok. 10 mln SNP

Cele Nutrigenomiki:

Sformułowanie zasad opracowania diety spersonalizowanej, cyzli diety przeznaczonej dla ściśle określonej osoby na podstawie analizy jej genów (np. polimorfizmów SNP)

Procedury metaboliczne mogą być modyfikowane w zależności od wariantu polimorfizmu u danego pacjenta.

CHOROBY JEDNOGENOWE - WAŻNE !!!

• Fenyloketonuria

• MTHFR deficiency - niedobór reduktazy metylenotetrahydrofolianowej

Fenyloketonuria:

• Jest chorobą jednogenową.

• U podłoża choroby leży mutacja genu odpowiedzialnego za aktywność enzymu hydroksylazy fenyloalaninowej (PAH), który bierze udział w metabolizmie fenyloalaniny.

MTHFR deficiency

• Gen MTHFR koduje enzym- reduktazę metylenotetrahydrolianową niezbędną do reakcji przekształcenia aminokwasu homocysteiny do metioniny.

• Gen który koduje ten enzym może występować w różnych formach jeżeli występuje mutacja obu genów - Polimorfizm 677C w T oraz 1298A w C genu MTHFR następuje znacznie obniżenie aktywności enzymu co jest przyczyną podwyższenia poziomu homocysteiny w organizmie.

• Mutacja punktowa w Genia MTHFR prowadzi w warunkach niedoboru kwasu foliowego i witaminy B₆ i B₁₂ do powstania hiperhomocysteinemii a w konsekwencji do uszkodzenia komórek śródbłonka naczyń upośledzenia procesu fibrynolizy i występowania zakrzepów.

• 5-15% populacji ludzkiej posiada termolabilny wariant genu MTHFR

• W przypadku takiej mutacji obserwuje się niski poziom folianów

• Obecnie normy spożycia folianów w diecie mogą być niewystarczające w przypadku 5-15% populacji u których ZAPOTRZEBOWANIE NA FOLIANY JEST WYŻSZE !!! - WAŻNE !!!

Wielonienasycone kwasy tłuszczowe (ang. PUFA):

• chronią przed rozwojem miażdżycy naczyń krwionośnych,

• zmniejszają nasilenie stanu zapalnego, agregację płytek krwi,

• obniżają poziom stresu oksydacyjnego,

• zwiększają insulinowrażliwość,

• zmniejszają stężenie cholesterolu LDL, zwiększają stężenie cholesterolu HDL

Mechanizm działania PUFA:

• zmiany w składzie kwasów tłuszczowych w błonie komórkowej,

• zmiany w przekazywaniu sygnałów do komórki

• bezpośrednia regulacja aktywności jądrowych czynników transkrypcyjnych

PPAR PPRE geny odpowiedzialne za utlenianie KT

SREBP1 SP1 NF-Y geny odpowiedzialne za lipogenezę

PPAR-α

• W trakcie badań odkryto SNP w receptorze PPARα

• Dieta uboga w PUFA - wzrasta ilość TG

• Dieta bogata w PUFA - spada ilość TG

• Jeśli chorzy są homozygotami ValVal, to wzrost spożycia PUFA będzie dla nich korzystny i obniży ryzyko zachorowania na chorobę niedokrwienną serca,

• Ale już u homozygot LeuLeu i heterozygot LeuVal/ValLeu może on się wiązać z pogorszeniem gospodarki lipidowej organizmu

CHOROBA WIELOGENOWA:

• Jest uwarunkowana współdziałaniem szeregu genów umiejscowionych w różnych locus

• Nie są one przekazywane zgodnie z prawem dziedziczenia wg. Schematu Mendla

• Objawy tych chorób występują często na skutek interakcji z czynnikami środowiska i ujawniają się dopiero wówczas, gdy nasilenie działania tych czynników osiągnie pewną wartość progową (choroby wieloczynnikowe)

• Określenia choroby wielogenowe i wieloczynnikowe używane są zamiennie - granica między tymi dwoma grupami jest płytka

Nutrigenomika- wykład III 13.11.2013

Cele nutrigenomiki:

- identyfikacja genów, które wpływają na ryzyko chorób dieto zależnych

- scharakteryzowanie sposobu w jaki konstrukcja genetyczna jednostki warunkuje jej odpowiedź metaboliczna na określony rodzaj diety

- szczególne znaczenie maja polimorfizmy genów

Single nucleotide polymorphsim ( SNP)- jakiś rysunek

Obecność polimorfizmów genowych przekłada się na polimorfizm białek ustrojowych (białka - wchodzą w skład enzymów, hormonów, receptorów - odgrywają kluczową rolę w przebiegu procesów metabolicznych)

Inna budowa białek, przyczynia się do zmian w szlakach metabolicznych - odgrywa istotną rolę w osobniczej predyspozycji do rozwoju określonych zaburzeń bądź chorób.

Międzyosobnicza zmienność genetyczna jest także główną przyczyną zróżnicowanego zapotrzebowania na składniki odżywcze wśród osób wchodzących w skład danej populacji.

Gen MTHFR C677T

• Obniżona aktywność MTHFR występuje u nosicieli homozygotycznej formy genu dla MTHFR (allel T/T) i skutkuje wzrostem stężenia homocysteiny we krwi.

• Skutki obniżonej aktywności MTHFR u heterozygot (allel C/T) manifestują się w momencie niedoboru kwasu foliowego w diecie. Wykazano, że w takim przypadku suplementacja folianem redukuje stężenie homocysteiny we krwi

• Inna mutacja, typowa dla reduktazy MTHFR - trans wersja adeniny na cytozynę w pozycji 1298

• Mutacja ta, występując samodzielnie nie wpływa na poziom homocysteiny we krwi, jednak przy jednoczesnej obecności mutacji C677T - wzmaga jej efekt i podwyższa stężenie homocysteiny, co uwidacznia się w szczególności przy niedoborowym spożyciu folianów

!!!Choroby jednogenowe- znać definicję i wiedzieć co to, bo Pani często pyta o to na egzaminie!!!!

Choroba „wielogenowa”- uwarunkowana współdziałaniem szeregu genów, umiejscowionych w różnych locus. Choroby takie nie są przekazywane zgodnie ze schematem dziedziczenia Mendla. Objawy tych chorób występują często na skutek interakcji z czynnikami środowiska i ujawniają się dopiero wówczas, gdy nasilenie działania tych czynników osiągnie pewną wartość progową (choroby wieloczynnikowe). Choroby wielogenowe i wieloczynnikowe używane są zamiennie - granica między tymi dwoma grupami jest płynna.

Polimorfizm a CHD (

• miażdżyca- choroba wielogenowa

• Polimorfizm genów, który reguluje ekspresję i aktywność genów zaangażowanych w kontrolę lipidów krwi (pojawia się u 7-16% populacji ludzkiej).

• Apolipoproteiny: ApoA-IV, Apo A, Apo B, Apo E

• Lipaza lipoproteinowa

• CEPT ( cholesterol ester transfer protein)

• Udział w wiązaniu i usuwaniu cholesterolu

• Promuje hiperlipidemię, miażdżycę, demencję

Białkami kształtującymi profil lipidowy w sposób zależny od składu diety są takie apolipoproteiny: Apo E, Apo A IV, Apo B, Apo C III, Apo AI

Co ciekawe, obecność kilku SNP w genach dla różnych apolipoprotein wzajemnie oddziałuje na siebie, skutkując odmienna reakcją na dietę niż w przypadku obecności tylko jednego z nich.

Rysunek. Metabolizm kwasów tłuszczowych

Uwaga!!! Skład lipoprotein ( LDL, HDL, VLDL, Chylomikrony)- jest ZBLIŻONY. W składzie wyróżnimy min cholesterol, białka, trój glicerydy. Poszczególne składowe występują w rożnych proporcjach. I oczywiście funkcja poszczególnych lipoprotein jest odmienna ( przykład: LDL transportuje cholesterol z wątroby do komórek organizmu, HDL- transport cholesterolu do wątroby z krążenia).

!!! Apo A1- odgrywa istotną rolę w procesie estryfikacji usuwanego z komórek cholesterolu. Jest odpowiedzialna za wiązanie HDL z receptorem na powierzchni komórek obwodowych, kontroluje metabolizm HDL oraz warunkuje prawidłowe działanie zwrotnego transportu cholesterolu.

Badanie: „ Apo A1, a major component of plasma HDL” http://circ.ahajournals.org/content/106/18/2315.short- ( na tej stronie znajdziecie literaturę)

I o co chodzi… Osoby z polimorfizmem w Apo A1 ( w genie), różnie reagują na PUFA w diecie!!!! Mamy różne kombinacje alleli ( G/G, G/A lub A/A). Czyli w zależności od kombinacji jaką „dostaliśmy od matki natury” ( czyli od budowy ApoA1), różnie tolerujemy PUFA. U ludzi z wariantem genu A/A, wykazano zależność, iż im więcej nienasyconych kwasów tłuszczowych w diecie, tym wyższy poziom HDL. Dla zobrazowania- jeżeli ktoś jest z G/ G to niezależnie ile PUFA będzie jadł i tak sobie znacznie HDL nie podwyższy!!!!

HDL HDL

cholesterol Cholesterol

PUFA intake PUFA intake

Te rysunki są bardzo istotne na egzamin- ważne jest, że w zależności jaki jest polimorfizm w tym genie, organizm zwiększa, albo zmniejsza poziom HDL

!!! To jest zależność u kobiet. U mężczyzn, jej nie wykryto.

Zmienność osobnicza a podatnośc na choroby ApoA1 G75A

Obecność SNP G75A w genie apo A1 u kobiet związana jest ze wzrostem poziomu HDL cholesterolu w odpowiedzi na wzrost w diecie PUFA.

Osoby z allelem 75A wykazują wzrost poziomu ochronnych HDL po zwiększeniu w diecie ilości FUFA w porównaniu z osobami z allelem 75G spożywającymi podobną ilość PUFA.

Mutacje w genach ApoB 100 i LDLR

Hipercholesterolemia rodzina jest jedną z lepiej poznanych jednostek chorobowych uwarunkowanych genetycznie, związanych bezpośrednio z chorobą wieńcową.

U podłoża tej choroby leżą mutacje w genie receptora LDL oraz apolipoproteiny B 100. Polimorfizm genów LDLR i apoB 100 prowadzą w różny sposób do wzrostu stężenia cholesterolu LDL we krwii, a w konsekwencji zwiększa ryzyko wystąpienia choroby niedokrwiennej serca.

Gen kodujący apolipoproteinę (Apo E)

Jednym z ważniejszych genów związanych z metabolizmem lipidów jest gen kodujący apolipoproteinę E (ApoE), która jest w składzie chylomikronów, lipoprotein, VLDL i pelni funkcj liganda dla receptorów LDL i LRP, regulując transport i metabolizm lipidów; bierze udział w usuwaniu cholesterolu, reguluje transport i metabolizm tłuszczy, bierze udział w usuwaniu lipoprotein o nieskiej gęstości (LDL-C). Występuje w trzech różnych formach: ApoE2, ApoE3, ApoE4. Każdy z nas ma jedną z tych form. W związku z dziedziczeniem i faktem, że połowę genów mamy od mamy, a połowę od taty- wyróżnia się kilka kombinacji. Są to: E2/2, E2/3, E2/4, E3/3, E3/4, E4/4.

U 60% populacji ApoE jest kodowana przez genotyp ApoE3/3 ( ważne że to jaki mamy ten gen, jest uwarunkowane rasą). W porównaniu z apo E3, nosiciele allela apo E4 (20% populacji) mają największego stężenia cholesterolu całkowitego i frakcji LDL cholesterolu (LDL-C) i najsłabiej reaguja na leczenie statynami ( to jest ważne na egzamin!!!!!)

Badania polimorfizmu apo E sugerowały większe prawdopodobieństwo wystepowania miażdżycy tętnic wieńcowych i szyjnych oraz przedwczesnego rozwoju choroby niedokrwiennej serca czy udaru mózgu u nosicieli apo E4, niezależnie od poziomu krążących lipidów.

Wapniejąca postać zwężenia zastawki aortalnej i zwapnienia pierścienia mitralnego są częstą patologią zastawkową występującą w starszym wieku, związaną ze zwiększoną śmiertelnością i chorobowością. Wapniejąca postać stenozy aortalnej i zwapnienia pierścienia mitralnego mogą występować częściej u nosicieli allela 4 Apo E.

Choroba Alzheimera (AD)

• To postępująca, degeneracyjna choroba ośrodkowego układu nerwowego, charakteryzująca się występowaniem otępienia.

• Nazwa choroby pochodzi od nazwiska niemieckiego psychiatry i neurologa Aloisa Alzheimera, który opisał tę chorobe w 1906r.

• Dochodzi do zaniku kory mózgowej.

• W badaniu mikroskopowym tkanki mózgowej stwierdza się występowanie blaszek amyloidowych zbudowanych z beta-amyloidów (zwanych też blaszkami starczymi lub płytkami starczymi), które odkładają się w ścianach naczyń krwionośnych.

• Obserwuje się także nadmierną agregację białka tau wewnątrz komórek nerwowych mózgu, w postaci splątków neurofibrylarnych (NFT).

• Jest to najczęstsza przyczyna występowania otępienia u osób po 65 r.ż.

• W Polsce choruje około 200tys ludzi, na całym świecie-30mln.

• Postępując, prowadzi do zaniku kory mózgowej.

• Ze względu na starzenie się społeczeństw w krajach uprzemysłowionych zakłada się że ilość chorych do roku 2050 potroi się.

ApoE a Alzheimer- gen ryzyka.

Nosicielstwo „wadliwego” genu, zwiększa ryzyko wystąpienia tej choroby.

• W mózgu ApoE odgrywa bardzo ważna rolę w utrzymaniu homeostazy cholesterolu a gen kodujący to białko należy do tzw. Genów ryzyka których nosicielstwo powoduje wzrost ryzyka zachorowania na dana jednostkę chorobową a nie pewność zachorowania.

• Polimorfizm genu ApoE wiaże się z wystepowaniem sporadycznych lub póżnych przypadków choroby Alzheimera.

• W 85% przypadków sporadycznych jedynym dotąd poznanym czynnikiem predysponującym do rozwoju choroby Alzheimera jest nosicielstwo przynajmniej jednego allelu 4 genu ApoE.

• Homozygota E4/4 obciążone są ok. 15-stokrotnie wyższym ryzykiem w porównaniu z homozygotami E3/3 a nosicielstwo allelu E3/4 obarczone jest 3-krotnie wyższym ryzykiem.

Otyłość- choroba wielogenowa

• Według najnowszych badań ilości genów zaangażowanych w procesy związane z masą ciała i regulacją metabolizmu wynosi ponad 600

• Odnotowuje się związek otyłości z genem ADRB3 (polimorfizm Trp64Arg) który związany jest z procesami energetycznymi w organizmie.

• U homozygotycznych nosicieli wariantu Arg64 trudniej osiąga się redukcję masy ciała choć niektórzy badacze takiego związku nie zaobserwowali

• Niektórzy badacze sugerują, iż gen KLF14 dziedziczony od matki (kopia przekazywana przez ojca pozostaje nieaktywna), steruje całą resztą genów odpowiedzialnych za powstawanie otyłości.

Leptyna

- białko wydzielane głównie przez tkankę tłuszczową. Wykazuje wiele działań.

Badanie- jeżeli u myszy wyłączy się gen OB (odpowiedzialny za syntezę leptyny), to zwierzę będzie otyłe. Bez względu na ilość jedzenia pochłanianą przez myszkę oraz jej stopień otyłości- do mózgu zwierzęcia cały czas dostarczana jest informacja, że traci swoją tkankę tłuszczową i należy dostarczać więcej energii. Co

oczywiście wiąże się z większą podażą pokarmów i dalszym zwiększaniem masy ciała.

U ludzi- kobiety, które chciały pozbyć się nadmiaru masy ciała, i które stosowały dietę ubogo energetyczną- nie mogły pozbyć się nadmiaru kilogramów. Wykazano, że często występował u nich polimorfizm leptyny.

• Leptyna (gen LEP polimorfizm C-2549A, region 5)

• Jej receptor (gen LEPr, polimorfizm Ser343Ser,T/c) zaangażowane są w procesy kontroli łaknienia.

• Trudności z pozbyciem się nadmiernej masy ciała , zwłaszcza u kobiety stosujących dietę niskoenergetyczną zaobserwowano u pacjentów u których występował wariant A w pozycji C-2549A w genie LEP

• Uważa się że w gospodarkę lipidowa zaangażowane są geny ApoEe4 ( nosiciele wariantu e4 trudniej tracą masę ciała mimo stosowania ubogokalorycznej diety) i ApoB/VNT ApoA-IV-1/2 oraz APO A5 (T1131C) (nosiciele wariantu c łatwiej chudli) (16-19)

Badanie-Przeprowadzono doświadczenie u osób z ogromnym BMI (51,2). Wykazano, że w ich organizmie był bardzo niski poziom leptyny. Zastosowano terapię leptynową ( po prostu dostarczano do organizmu tego związku). Po pewnym czasie, BMI spadło do 29. Można zatem wysunąć hipotezę, iż terapia była skuteczna. Jednak należy pamiętać, że nie każda osoba otyła zmaga się z polimorfizmem- w związku z tym, przyczyn otyłości nie można doszukiwać się tylko w leptynie.

Osoby z ApoE4 ciężej niż inni, tracą zbędne kilogramy.

Cukrzyca T2DB

170mln ludzi na świece choruje (WHO), przewiduje się że do 2025 roku- liczba zwiększy się do nawet 300mln. Bardzo dużym utrudnieniem w leczeniu jest brak precyzyjnych metod wczesnego wykrywania tej choroby. Początek jest bowiem bezobjawowy. Chorobę wykrywa się dopiero w przewlekłym stadium- gdy nawet 50% chorych zmaga się już z ciężkimi powikłaniami (mikro i makroangiopatia)

Cukrzyca typu 2 jest przyczyną przedwczesnej umieralności, przede wszystkim sercowo-naczyniowej, oraz powikłań prowadzących do ślepoty, amputacji kończyn i niewydolności nerek. Istotną rolę w ujawnieniu cukrzycy odgrywają czynniki środowiskowe, (odżywianie się i aktywność fizyczna) nakładające się na predyspozycje genetyczne.

Badanie- doświadczenie przeprowadzono na 522 osobach z nadwagą oraz upośledzoną tolerancją glukozy. Podzielono ich na dwie grupy (losowo)- kontrolną i interwencyjną.

Grupa kontrolna- otrzymała ogólne zalecenia żywieniowe dotyczące obniżenia masy ciała, oraz stosowania większej dawki wysiłku fizycznego.

Grupa interwencyjna- otrzymała zindywidualizowane zalecenia żywieniowe, ze szczególnym uwzględnieniem ilości tłuszczu całkowitego i nasyconego w diecie i zwiększeniem podaży błonnika pokarmowego w diecie. U osób tych zwiększono też aktywność fizyczną.

Badanie prowadzono przez 3,9 lata. Po tym czasie, zbadano DNA 507 osób. Okazało się że obecność polimorfizmów zwiększała ryzyko cukrzycy tylko w grupie kontrolnej. Nie wykazano takiego związku w grupie interwencyjnej.

Powyższe badanie wykazało, możliwość minimalizowania ryzyka wystąpienia cukrzycy przez odpowiednio dobraną dietę i zmianę stylu życia, w szczególności u jednostek obciążonych genetycznie.

Teoria genu oszczędnościowego ( dokładnie nie było wyjaśnione o co chodzi)

Badanie, albo raczej obserwacja- przeprowadzono je na Indianach mieszkających ( bardzo ważne) w zamkniętym rezerwacie w Meksyku. Nazywali się PRIMA. Gdy mieszkali w rezerwacie, cukrzyca występowała u 8% populacji, Pewnego dnia, otwarto rezerwat a Indianie mogli zacząć osiedlać się w innych miejscach świata. Wyjechali do USA. Powoli „wtopili” się w życie przeciętnego Amerykanina. Zaczęli jeść więcej tłuszczy ( Fast food), zaczęli także prowadzić siedzący tryb życia. Po czasie, okazało się, że co drugi Indianin który wyemigrował do USA- zaczął chorować na cukrzycę.

Testy nutrigenomiczne

Określenie zależności pomiędzy występowaniem różnych polimorfizmów genowych, a składnikami odżywczymi pozwoli na skuteczną interwencję dietetyczną, która doprowadzi do zmniejszenia ryzyka występowania chorób.

Ważne z punktu widzenia zdrowia publicznego. Jednak, cały czas mamy małą wiedzę na temat genetycznej zmienności, dlatego opieramy się bezwzględnie na normach żywienia ( u nas w Polsce, zaktualizowane w roku 2012). Tylko czy warto wiedzieć czy mamy jakiś polimorfizm??? Przykład- kiedy ktoś z nas będzie miał większe prawdopodobieństwo zachorowania np. na nadciśnienie, które może doprowadzić do udaru, czy zawału serca- czy firmy ubezpieczeniowe nie będą chciały tego wykorzystać? Np. w celu płacenia przez osoby „naznaczone przez los”- większych składek????

Testy nutrigenomiczne ( Pani mówi, że uważa się są to testy nutrigenetyczne)

• Na ich podstawie można ustalić jakie żywienie stosować

• Określają one dietę optymalną dla indywidualnego profilu genetycznego

• Pierwsze testy- USA 2000rok

• Identyfikują 19 genów o kluczowym znaczeniu dla zdrowia, tj warunkujących:

• predyspozycje do wystąpienia chorób serca

• indywidualne zapotrzebowanie na składniki budulcowe kości- 16% populacji ma geny utrudniające ich budowę

• neutralizowanie wolnych rodników- 34% populacji- zmniejszona zdolność

Test kosztuje 400$ i zawiera: broszurę informacyjną, ankietę w której wypełnia się następujące informacje ( wiek, masę ciała, czynniki stylu życia- aktywność fizyczną, używki), dołącza się tam także próbkę śliny.

Ułożenie indywidualnego menu w oparciu o ww czynniki- koszt 625$.

6 tyg plan odchudzania- 1200$

Wyniki: 40 stronicowy notatnik z kolorowymi wykresami i zaleceniami. Zdanie „wyciągnięte” z tego notatnika- „ istnieje prawdopodobieństwo zachorowania na raka jelita grubego, dlatego zalecamy spożywanie większej ilości warzyw, suszonych owoców oraz więcej ruchu”.

Podobne porady można znaleźć w każdym podręczniku na temat prawidłowego żywienia!!!! Czy testy nutrigenomiczne pozwalają na ustalenie indywidualnej diety???

Postanowiono sprawdzić wiarygodność testów z Internetu. Pobrano materiał genetyczny od ochotników ( mężczyzna 48 lat, niemowlę płci żeńskiej o niemowlę płci męskiej). Oczywiście nie napisano od kogo pobrano DNA. Generalnie, pościemniano na ich temat i razem z genomem wysłano do firmy. Okazało się, że wszystkie wyniki były podobne. Do firmy wysłano także genom psa oraz kota. Jednak połapano się, że coś się nie zgadza. Wynika z tego, że w firmach takich bada się wysyłany materiał ( zatem tu nas na pewno nie oszukują). Jednakże problem wynika w nieprawidłowym układaniu diet dla tych osób. Wszystkie osoby miały to samo ryzyko wystąpienia np. cukrzycy, nadciśnienia. Dodatkowo, firma kazała stosować suplement diety za 1200$. Po przeanalizowaniu jego składu chemicznego, znaleziono jego odpowiednik w aptece o koszcie 35$... rocznie…

FDA ( Center for Disease Control and Prevention)

Stwierdziło, że testy nutrigenomiczne formalnie nie są testami diagnostycznymi.

Brak jest naukowych dowodów na możliwość podejmowania ,,bezpiecznych i skutecznych“ decyzji żywieniowych tylko na podstawie testów DNA.

Nutrigenetyka: polimorfizmy pojedynczego nukleotydu które wzmacniają lub osłabiają wpływ bioaktywnych związków na ekspresję genów

• Wprowadzenie żywienia zindywidualizowanego w oparciu o informację zapisaną w genomie niesie wiele potencjalnych korzyści.

• Identyfikacja genów kluczowych dla rozwoju danych schorzeń umożliwiłaby wcześniejsze podjęcie ich prewencji lub leczenia.

• Ma to szczególne znaczenie w przypadku takich chorób, jak cukrzyca typu 2 czy osteoporoza, które cechują się długim okresem utajenia bez wyraźnych objawów, podczas którego zachodzą nieodwracalne zmiany w metabolizmie.

• Działania prewencyjne bądź terapeutyczne byłyby skierowane do konkretnych jednostek, którym z dużym prawdopodobieństwem mogłyby pomóc.

• Skonkretyzowane zalecenia dietetyczne, oparte na informacji genetycznej, mogą także w bardziej wymowny sposób uświadomić jednostce realne zagrożenie wystąpienia określonej choroby dietozależnej i  tym samym zmobilizować ją do zmiany stylu życia i  wdrożenia zaleceń dietetycznych, których skuteczność będzie niemalże gwarantowana.

• Określenie zależności pomiędzy występowaniem różnych polimorfizmów genowych a składnikami odżywczymi pozwoli na skuteczną interwencję dietetyczną, która doprowadzi do poprawy stanu zdrowia bądź zapobiegnie rozwojowi chorób żywieniowo zależnych u poszczególnych jednostek jak i ogółu populacji.

• Jest t o niezwykle ważne z punktu widzenia zdrowia publicznego.

• Dopóki jednak zasób wiedz y na temat genetycznej zmienności indywidualnego zapotrzebowania na poszczególne składniki pokarmowe będzie zbyt wąski, aby utrzymać dobry stan zdrowia i zapobiegać chorobom, należy opierać się na zapotrzebowaniu populacji, z uwzględnieniem aktywności fizycznej, różnic wiekowych, płci, ciąży i laktacji

• Warto również wziąć pod uwagę problemy etyczne związane z  rozwojem badań w  obrębie nutrigenomiki i  nutrigenetyki.

• Chodzi o sposób pozyskiwania i przechowywania informacji na temat indywidualnej zmienności genetycznej.

• Nasuwa się także pytanie o to, kto powinien mieć dostęp do tych informacji i czy nie zostaną one w przyszłości użyte w celu zupełnie odmiennym niż pierwotnie zakładana ochrona życia i zdrowia człowieka (np. do dyskryminacji osób podatnych na rozwój konkretnej choroby przez pracodawców bądź firmy ubezpieczeniowe)

Nutrigenomika - wykład 4- 27.11.2013r.

NUTRIGENOMIKA

Wpływ skł.

odżywczego na fenotyp

Jedzenie Człowiek DNA

NUTRIGENETYKA

Zależna od genotypu

odpowiedź na skł. odżywczy

*Przykład nutrigenomiki - fenyloketonuria !

W sprzedaży są testy o wariantach genów.

BADANIA O DUŻYM POTENCJALE POZNAWCZYM: NUTRIGENOMIKA I NUTRIGENETYKA

Nutrigenetyka - wyjaśnia różnice w metabolizmie składników diety pomiędzy osobnikami wynikające z polimorfizmu na poziomie pojedynczych nukleotydów skutkujące różne odpowiedzi na sygnały pochodzące od składnika diety

Na egzamin SNP

Nutrigenomika - zajmuje się wpływem składników …..

NUTRIGENOMIKA

- Nauka o działaniu bioaktywnym składników diety na ekspresję genów człowieka

- Badanie zależności między żywnością, a odpowiedzią organizmu na poziomie ekspresji genów

• Cele:

- Odpowiednia żywność (tzw. żywność na poziomie molekularnym) jako podstawa profilaktyki oraz alternatywa klasycznej farmakologii w chorobach metabolicznych, chorobach układu krążenia i neurodegeneracyjnych oraz w przypadkach nowotworów.

• Podstawowe doktryny nutrigenomiki:

1. Składniki żywności wpływają na genom zmieniając ekspresje genów lub strukturę genów

2. Dieta może być poważnym czynnikiem ryzyka wielu chorób

3. Geny regulowane przez dietę wpływają na rozwój, częstotliwość występowania nasilenia i progresji chorób przewlekłych

4. Stopień wpływu diety na zdrowie zależy od indywidualnego genetypu

5. Interwencja medyczna oparta na wiedzy o genotypie, zapotrzebowaniu i obecnym stanie odżywienia może być stosowana w celu zapobiegania, łagodzenia lub leczenia chorób

Nutrigenomika:

Badanie charakterystycznych zróżnicowań transkrypcji sprowadza się do:

- ścierzek sygnałowych

- czynników jądrowej transkrypcji

- mechanizmów metabolicznej regulacji składników odżywczych

……………………

PRZEPŁYW INFORMACJI GENETYCZNEJ

• Transkrypcja - jądro

• Translacja - cytoplazma

*Na egzamin: rodzaje RNA, nukleotydy budujące DNA I RNA, cechy kody genetycznego

• Nukleotyd- cegiełki które budują DNA są zbudowane z cukru, zasady i reszty kwasowej.

• Gen ( z gr. ród, pochodzenie) - podstawowa jednostka dziedziczności, która determinuje powstanie jednego polipeptydu lub kwasów rRNA lub tRNA Locus (l. mnoga loci; czyt. Lokus, loci) to miejsce na chromosomie gdzie zlokalizowany jest gen. Allel

 Jedna z wersji genu w określonym miejscu (locus) na danym chromosomie homologicznym.

 Allele tego samego genu różnią się jednym lub kilkoma nukleotydami.

 Występowanie więcej niż jednej wersji danego genu określa się jako polimorfizm.

Typowe geny zawierają informacje o tym:

 Jak zbudować jakieś białko (tzn. w jakiej kolejności połączyć aminokwasy w ciągły łańcuch)

W jakich okolicznościach (warunkach) należy to białko tworzyć

 Z jaka intensywnością i przez jaki czas je wytwarzać

 Do jakiego przedziału komórki je przesyłać (np. do mitochondriów czy do wakuoli)

 U organizmów tkankowych także informacje o tym, w których tkankach, w jakiego typu komórkach dany produkt ma powstać.

• Ekspresja genu

 Proces, w którym informacja genetyczna zawarta w genie zostaje odczytana i przepisana na jego produkty, które są białkami lub różnymi formami RNA.

 U eukariontów regulacja oraz przepisywanie na mRNA odnosi się do pojedynczego genu.

• Genom - budowa

 Genom całkowity DNA komórki lub organizmu, obejmujący zarówno wszystkie geny jak i odcinki międzygenowe.

 Genom zawiera około 20000 - 25000 genów, ale odcinki kodujące stanowią tylko 1 - 3 % całego genomu.

 Około 30% stanowią sekwencje ulegające transkrypcji oraz sekwencje związane z genami. Pozostałe części genomu to różne klasy sekwencji powtarzających (repetytywnych) oraz sekwencje …..

 Geny i sekwencje związane z genami to: eksony, introny, pseudogeny, fragmenty genów, sekwencje regulatorowe, sekwencje początkowe i końcowe genów.

 Pozagenowy DNA to: sekwencje unikatowe, sekwencje powtórzone (repetytywne).

• Kod genetyczny

 Reguła, według której informacja genetyczna zawarta w sekwencji nukleotydów kwasu nukleinowego (DNA lub RNA), w komórkach wszystkich organizmów może ulegać „tłumaczeniu” na kolejność (sekwencję) aminokwasów w ich białkach w procesie biosyntezy białek ( a konkretnie transkrypcji i translacji).

 Kodon utworzony przez trzy kolejne zasady azotowe nukleotydów koduje jeden aminokwas w łańcuchowej strukturze białka.

 Trzem kodonom (UAA,UAG i UGA) nie odpowiadają żadne aminokwasy. Kodony te zwane nonsensownymi albo kodonami STOP, kodują polecenie przerwania biosyntezy peptydu (białka), np. w sekwencji zasad AAAAAAUAA kodon UAA jest kodonem STOP, w mRNA jego odpowiednikiem w DNA jest TAA.

• Cechy kodu genetycznego

1. Trójkowy - trzy leżące obok siebie nukleotydy tworzą podstawową jednostkę informacyjną (triplet, inaczej kodon).

2. Niezachodzący - kodony nie zachodzą na siebie. Karzdy nukleotyd wchodzi w skład tylko jednego kodonu, np. w sekwencji AAGAAA pierwsze trzy zasady (AAG) kodują jeden aminokwas (tu lizynę), a następnie kodon zaczyna się dopiero od 4. zasady, nie wcześniej.

3. Bezprzecinkowy - każdy nukleotyd w obrębie sekwencji kodującej w chodzi w skład jakiegoś kodonu, więc pomiędzy kodonami nie ma zasad bez znaczenia dla translacji.

4. Jednoznaczny - danej trójce nukleotydów w DNA lub RNA odpowiada zawsze tylko jeden aminokwas.

5. Zdegenerowany - różne kodony (różniące się na ogół tylko trzecim nukleotydem) mogą kodować ten sam aminokwas, tzn. prawie wszystkie aminokwasy mogą być zakodowane na kilka sposobów, np. lizyna jest kodowana zarówno przez kodon AAA, jak i AAG. Dzięki temu część zmian informacji genetycznej w wyniku mutacji nie znajduje swojego odbicia w sekwencji aminokwasów.

6. Kolinearny - kolejność ułożenia aminokwasów w białku jest wiernym odzwierciedleniem ułożenia odpowiednich kodonów na matrycowym RNA (mRNA).

7. Uniwersalny - powyższe zasady są przestrzegane dość dokładnie przez układy biosyntezy białek u wszystkich organizmów, jakkolwiek zdarzają się niewielkie odstępstwa od tej prawidłowości wśród wirusów, bakterii, pierwotniaków, grzybów i w mitochondriach N, np. kodon UAAodczytany przez rybosomy mitochondriów powoduje nie zakończenie syntezy białka (jak to ma miejsce w rybosomach cytoplazmy podstawowej i siateczki śródplazmatycznej), ale dobudowanie do niego tryptofanu; natomiast kodon UGA zamiast przerwania translacji może powodować dołączenie selenocysteiny (wymagane jest do tego występowanie w mRNA dodatkowego sygnału tzw. SECIS), a kodon UAG - dobudowanie pirolizyny do tworzącego się łańcucha polipeptydowego (białka).

• Enzymy:

 Helikaza - tnie wiązania wodorowe między nićmi DNA umożliwiając rozpoczęcie kopiowania

 Primaza - syntetyzuje primer (starter) - krótki fragment z RNA umożliwiający rozpoczęcie procesu

 Polimeraza DNA - z tri fosforanów nukleozydów syntetyzuje (dobudowuje na zasadzie komplementacji) brakujące nici DNA

 Egzoneukleaza - usuwa primery RNA z nici, bez niej nowa nić zawierała by zarówno DNA, jak i niewielkie ilości RNA

 Ligaza DNA - uzupelnia brakujące wiązania fosfodiestrowe w szkielecie nowo zsyntetyzowanej nici DNA

 Różne enzymy pomocnicze

• Rodzaje polimeraz:

 Polimeraza I - jej rolą jest usuwanie odcinków starterowych z fragmentów Okazaki oraz wycinanie uszkodzonych odcinków DNA w procesie naprawy

 Polimeraza II - niestety funkcja metaboliczna tego enzymu nie jest dokładnie poznana, wiadomo natomiast, że wykazuje aktywność egzonukleotyczną

 Polimeraza III - jest właściwą replikazą DNA, jej główną funkcją jest wstawianie nowych nukleotydów na końcu 3' nowopowstającej nici DNA.

Mamy DNA podwójną nić- na etapie transkrypcji syntezowana jest mRNA i translator na język aminokwasów

• Przepływ informacji genetycznej

 Transkrypcja - jądro

 Translacja - cytoplazma

 Zainicjowanie transkrypcji genu prze czynniki transkrypcyjne

 Synteza pre-mRNA przez polimerazę RNA

 Obróbka posttranskrypcyjna, dzięki której powstaje dojrzały mRNA

 Transport mRNA z jądra komórkowego do cytoplazmy

 Rozpoznanie mRNA prze z rybosom i translacja białka

 Degradacja mRNA

 Fałdowanie białka (nabywanie struktury trzeciorzędowej bialka)

 Modyfikacje posttranskrypcyjne, np. glikozylacja, fosforylacja

 Przemieszczenie białka do właściwej pozycji (np. błony komórkowej, mitochondriom, etc.) (może poprzedzać poprzedni proces)

 Funkcjonowanie białka - często naibardzie długotrwały i praktycznie jedyny etap, w którym uwidacznia się biologicznie, fenotypowo, informacja genu.

 Degradacja białka

• Przepływ informacji genetycznej:

- w komórkach eukariotycznych duża część DNA nie koduje bialek

- Kodujące regiony są poprzerywane sekwencjami intronów

- Wiele niekodującego DNA składa się z wielokrotnych powtórzeń podobnych lub identycznych kopii kilku różnych typów sekwencji. Kopie te mogą leżeć jedna za drugą - powtórzenia TANDEMOWE, lub występować jako wielokrotne kopie występujące w wielu miejscach genomu - sekwencje Rozproszone - tj. elementy Alu.

- TRANSKRYPCJA rozpoczyna się w miejscu promotorowym genu

• Transkrypcja

 DNA na RNA

 Matryca jest odczytywana w kierunku 3'→5', a nowa cząsteczka RNA powstaje w kierunku 5'→3'

 Transkrypcji podlega odcinek DNA od promotora do terminatora jednostką transkrypcji

 Polimeraza RNA buduje cząsteczkę RNA łącząc zgodnie z zasadą komplementarności pojedyncze rybo nukleotydy według kodu matrycowej nici DNA

• Rodzaje polimeraz RNA

 Polimerazy RNA działające w jądrze komórkowym

 Polimerazy RNA specyficzne dla mitochondriów i chloroplastów

 Różne jądrowe polimerazy RNA biorą udział w transkrypcji różnych klas RNA

o Polimeraza RNA II (Pol II) syntetyzuje pre-mRNA i większość sarna

o Polimeraza RNA I (Pol I) transkrybuje część rRNA

o Polimeraza RNA III (Pol III) odpowiada za syntezę tRNA, 5S rRNA i innych małych jądrowych RNA

 Jądrowe polimerazy RNA organizmów eukariotycznych potrzebują do rozpoczęcia transkrypcji zestawu właściwych dla danej polimerazy podstawowych czynników transkrypcyjnych

 Ponieważ rozpoznają nie sekwencję promotora, ale kompleks kwas nukleinowy-białko

• Czynniki transkrypcyjne:

Ogólne czynniki transkrypcyjne:

 Zaangażowanie w tworzenie kompleksu reinicjacyjnego

Wiodące czynniki transkrypcyjne:

 Nieregulowane białka wiążące się do nici wiodącej DNA przed miejscem inicjacji. Stymulują bądź inhibują proces transkrypcji

Indukowane czynniki transkrypcyjne:

 Podobne do wiodących czynników transkrypcyjnych, ale wymagają aktywacji bądź inhibicji

• Sterowanie transkrypcją:

- przez wiele czynników białkowych i hormonalnych- może odbywać się w różnych miejscach DNA

- Miejsca te mogą leżeć: w obrębie genu (promotory) lub w odległości do kilkutysięcy nukleotydów (enhancery, silencery)

Enhancer- wzmacniacz

Silencer- wygaszacz

• Rejon kodujący rozpoczyna się kodonem inicjacyjnym AUG (kodon START), a kończy jednym z trzech kodonów terminacyjnych (kodon STOP).

Porównanie sekwencji pre-mRNA z sekencjami nici kodującej i matrycowej genu

1. 5' AATCGGCATGCCATGGCCTTGCGCTA 3' gen

2. 3' TTAGCCGTACGGTACCGGAACGCGAT 5'

3. 5' AAUCGGCAUGCCAUGGCCUUGCGCUA 3'pre-mRNA

 1 - nić kodują 2 - nić matrycową 3 - transkrypt

• Taki pierwotny transkrypt - pre-mRNA - musi jednak zostać poddany obróbce posttranskrypcyjnej, aby można go było wykorzystać do translacji.

o W przeciwnym wypadku mRNA po wydostaniu się z jądra zostałoby zniszczone w cytozolu przez białka, których zadaniem jest niszczenie kwasów nukleinowych.

o Jest to obrona przed dostanem się do komórki obcego kwasu nukleinowego np. wirusa

• Aby mRNA był rozpoznawany jako „swój” ma miejsce obróbka posttranskrypcyjna.

• Obróbka posttranskrypcyjna

 Dołączenie czapeczki guanylowej na 5 końcu mRNA.

o Czapeczka guanylowa to nietypowy nukleotyd (7 metyloguanozyna). Umozliwaia odnalezienie fabryki białkowej w cytozo lu. Ten etap obróbki odbywa się równocześnie z transkrypcją.

 Dołączenie ogonka poliA na 3' końcu mRNA

o Ogonek poliA jest krótką nicią zlożona z kilkudziesięciu nukleotydów z adeniną. Dzięki temu mRNA jest rozpoznawana jako własny, Anie obcy kwas nukleinowy. Niektóre wirusy np. wirus grypy potrafią dołączać do swoich nici mRNA ogonek poliA przez co nie są zabijane w cytozolu.

 Splicling, czyli usuwaniu intronów

 Edycji RNA

mikroRNA - krótki odcinek mający duży wpływ na translację !

• Translacja

 Zsyntetyzowany na matrycy DNA mRNA w cytoplazmie łączy się w swoiste kompleksy z rybosomami

 Kompleksy te nooszą nazwę polisomów

 Takie zestawienie umożliwia wykonanie 64 możliwych kombinacji, wystarczające do określenia dwudziestu aminokwasów

• Rybosomy

• Budowa:

o Białka

o RNA zwany rybosomalnym (rRNA)

• Mogą być położone:

o Luźno cytoplazmie

o Związanie z błonami siateczki wewnątrzpalzmatycznej

• Liczba rybosomów w komórkach jest zmienna, czasem dochodzi nawet do kilkuset milionów, zależy od stanu fizjologicznego, czyli aktywności komórki w produkcji białek („intensywna synteza - dużo rybosomów”)

• Dwie podjednostki:

o Mniejsza

o Większa, których połączenie w jedną całość jest warunkiem rozpoczęcia skomplikowanego procesu syntezy białka

• Dwa charakterystyczne miejsca rybosomu:

o Miejsce A, zwane akceptorowym (aminokwasowym)

o Miejsce P, zwane donatorowym (peptydowym), do których przyłączają się cząsteczki tzw. Transportującego (tRNA)

• Na rybo somie mRNA przyłącza dopowiednią liczbę tRNA, z których każda jest połączona z określonym aminokwasem

• Kolejność, w jakiej przyłączane są cząsteczki tRNA - tzn. sekwencja, w jakiej aminokwasy są wbudowywane w łańcuch białkowy - zależy od sekwencji zasad w łańcuchu mRNA. W ten sposób UCU jest kodem dla seryny, UAC - dla tyrozyny, GUC - dla waliny

• Translacja składa się z czterech faz:

• Aktywacji

• Właściwy aminokwas jest dołączany do właściwego tRNA za pomocą wiązania estrowego, powstałego przez reakcję grupy karboksylowej aminokwasu o grupy OH przy końcu 3' tRNA.

• Taki zespół określa się mianem aminoacylo-tRNA.

• Inicjacji

• Ma miejsce, kiedy mała podjednostka rybosomy przyłącza się do końca 5' mRNA

• Do malej podjednostki przyłącza się duża podjednostka rybosomy

• Na podjednostce 50s uaktywniają się dwa miejsca: P-miejsce peptydowe i A-miejsce akceptorowe

• Pierwszy aminoacylo-tRNA ustawia się w miejscu P.

• Elongacji

• Ma miejsce każdy następny aminoacylo-tRNA przyłączyć się do rybosomy w miejscu A

• Następnie proces translacji zachodzi na zasadzie komplementarności kodonu mRNA z antykodonem na tRNA

• Rybosom i tRNA są tak ukształtowane aby dwa aminokwasy przyłączone do tRNA zajmujące w rybo somie miejsca A i P znajdowały się blisko siebie

• Dzięki temu zachodzi reakcja mięszy resztą aminową i karboksylową - 2 aminokwasy łączą się - ten proces tworzenia wiązań peptydowych jest katalizowany przez peptydylotransferazę

• Po syntezie tRNA szybko zwalnia miejsce P i wraca do cytoplazmy z kolei aminoacylo-tRNA ulega przesunięciu z miejsca A na miejsce P

• Terminacji

o Proces elongacji powtarza się aż do napotkania przez podjednostkę mniejszą rybosomy w miejscu A kodonu STOP (UAA, UAG, UGA)

• Tych trójek kodonowych, w normalnych warunkach nie koduje żaden tRNA

oW tym momencie następuje germinacja translacji

o Łańcuch polipeptydowy zostaje uwolniony do cytoplazmy, tRNA zostaje oddzielone od mRNA, a rybosom rozpada się na podjednostki, które mogą zostać ponownie wykorzystane do inicjacji translacji kolejnego mRNA

• Tworzenie łańcucha peptydowego wymaga udziału dwóch białek:

 Transferazy peptydowej, biorącej udział w tworzeniu wiązania peptydowego,

 Czynnika przemieszczającego (translokazy), która następnie cząsteczkę mRNA przesuwa o jeden kodon. Kodon to trzy sąsiadujące ze sobą zasady zwane „trypletem”, a tryplet powstaje w wyniku różnych kombinacji czterech zasad (adeniny, guaniny, cytozyny, uracylu). w ten sposób powstają białka,

 Jedne budują organizm,

 Inne są enzymami umożliwiającymi zachodzenie reakcji metabolicznych.

Mogą mieć zasadnicze znaczenie dla funkcjonowania organizmu i powodują określone „objawy zewnętrzne” nazywane cechami (np. kolor oczu, barwa skóry)

Różnica jednej zasady w cząsteczce DNA lub jeden błąd w „odczytywaniu” kodu może spowodować zmianę sekwencji aminokwasów.

Ma to praktyczne zastosowanie w leczeniu antybiotykami. Antybiotyki poprzez wpływ na strukturę rybosomu powodują błędny odczyt kodu i śmierć organizmu bakterii.

Poziomy regulacji ekspresji genów

 Ujawnienie się funkcji genu pod wpływem różnych czynników wewnątrz i zewnątrzkomórkowych nazywa się ekspresją genu.

• Modyfikacje potranslacyjne

- obróbka proteolityczna - usunięcie zbędnych fragmentów

- usuwanie grup ….

- hydroksylacja

- fosforylacja

- de fosforylacja

- polifosforylacja

- dołączenie lipidów i matali

- glikozylacja

• Losy cząsteczki białka powstającego w procesie translacji sa do pewnego stopnia zaprogramowane……….

• Różnice 1 zasady cząsteczek DNA lub 1 błąd w „odczycie” kodonu może spowodować zmianę sekwencji czynników. Ma to praktyczne zastosowanie w leczeniu antybiotykami. Antybiotyki poprzez wpływ na strukturę rybosomy powodują błędny odczyt lodu i śmierć organizmu bakterii

• Efekty modyfikacji potranslacyjnych

- stabilnośc białek

- aktywnośc biochemiczna

- miejsce docelowe białek

- białka sygnałowe

Nutrigenomika wyk. 5 18.12

Poziomy regulacji ekspresji genów

• Ujawnienie się funkcji genu pod wpływem różnych czynników wewnątrz i zewnątrzkomórkowych nazywa się ekspresją genu.

• Regulacja ekspresji genu (czyli to czy gen jest wyciszony czy aktywny) odbywa się na bardzo wielu poziomach. Jednym z nich jest poziom regulacji cząsteczek mRNA produkowanych w procesie transkrypcji

• Regulacja ekspresji genów może się zasadniczo odbywać na dwóch poziomach transkrypcji lub translacji

Kontrola wytwarzania białek może następować przez:

• Kontrolowanie kiedy i jak często dany gen ulega transkrypcji

• Kontrolowanie procesów składania i dojrzewania pierwotnego tran skryptu RNA

• Selekcjonowanie mRNA i decydowanie, który z nich ma ulegać translacji na rybosomach

• Wybiórczą aktywację lub inaktywację białek po tym, jak zostały już wytworzone

• Najważniejsza kontrola działania większości genów odbywa się na poziomie TRANSKRYPCJI

Inicjacja transkrypcji genów eukariontów

• Fragment DNA

• Część nie podlegająca transkrypcji

• Promotor zawierający tzw. kasetę TATA

• Sekwencje regulatorowe

• Sekwencje wzmacniające (enhancers)

• Sekwencje wyciszające (silencers)

• Część podlegająca transkrypcji

• Białka regulatorowe

• Ogólne czynniki transkrypcyjne

• Polimeraza RNA

Regulacja na etapie transkrypcji

• Jądrowe polimerazy RNA rozpoznają kompleks kwas nukleinowy- białko nie sekwencję promotora

• Potrzebują do rozpoczęcia transkrypcji zestawu podstawowych czynników transkrypcyjnych

Aktywność transkrypcyjna genu jest wypadkową sygnałów aktywujących i hamujących transkrypcję. Te sygnały z kolei zależą od tego czy aktywatory bądź białka wyciszające ekspresję są związane z enhancerami lub silencerami, w ten sposób tworzy się bardzo skomplikowana sieć sygnalizacyjna, decydująca między innymi o ilości białka produkowanego przez dany gen.

Czynniki oddziałujące na poziomie genu, zwiększające lub zmniejszające transkrypcję:

• Hormony

• Czynniki wzrostu

• Żywność i inn.

Ze względu na rodzaj mechanizmu regulacji transkrypcji wyróżnia się trzy klasy czynników transkrypcyjnych:

1. Ogólne czynniki transkrypcyjne- zaangażowane w tworzenie kompleksu reinicjacyjnego

2. Wiodące czynniki transkrypcyjne- nieregulowane białka wiążące się do nici wiodącej DNA przed miejscem inicjacji. Stymulują bądź inhibują proces transkrypcji

3. Indukowalne czynniki transkrypcyjne- podobne do wiodących, ale wymagają aktywacji bądź inhibicji.

Molekularne mechanizmy działania bioaktywnych składników diety

1. Działają bezpośrednio- ligand dla czynników transkrypcyjnych

2. Są metabolizowane pierwotną bądź wtórną ścieżką metaboliczną, tym samym zmieniają stężenie substratów zaangażowanych w regulacji genów lub sygnalizacji komórkowej

3. Zmieniają transdukcję sygnałową

Nutrigenomika

• Jako czynniki regulujące w sposób bezpośredni aktywność receptorów jądrowych i pośrednio poziom transkrypcji genów kontrolowanych przez receptory, które działają jako czynniki transkrypcyjne

• Jako czynniki regulujące strukturę chromatyny, co decyduje o aktywacji lub represji procesu transkrypcji

Nutrigenetyka

• Mogą być one metabolizowane w zróżnicowany sposób ze względu na istnienie tzw. polimorfizmów genetycznych

Składniki odżywcze mogą oddziaływać jako sygnały do komórki

Oddziaływanie kwasów tłuszczowych na czynniki transkrypcyjne(!)

PUFA:

• Chronią przed rozwojem miażdżycy naczyń krwionośnych

• Zmniejszają nasilenie stanu zapalnego, agregację płytek krwi

• Obniżają poziom stresu oksydacyjnego

• Zwiększają insulinowrażliwość

• Zmniejszają stężenie cholesterolu LDL, zwiększają stężenie HDL

Dlaczego?

• Powodują zmiany w składzie kwasów tłuszczowych w błonie komórkowej i zmiany w przekazywaniu sygnałów do komórki

• Bezpośrednio regulują aktywność jądrowych czynników transkrypcyjnych

Czynniki transkrypcyjne regulowane działaniem kwasów tłuszczowych: (!)

• Receptory aktywowane proliferatorami peroksysomów (PPAR)

• Receptor retinoidowy X (RXR-α)

• Białko wiążące sekwencję odpowiedzi na sterole (SREBP)

• Wątrobowy czynnik jądrowy -4α (HNF-4 α)

• Wątrobowy receptor typu X (LXR- α i β)

• Czynnik jądrowy -κβ (NF- κβ)

PPAR(!)

• Sterydopochodne receptory znajdujące się w jądrze komórkowym

• Modulują metabolizm lipidów

• 3 rodzaje:

• PPAR α - występuje w wątrobie, tkance tłuszczowej brunatnej, mięśniach szkieletowych, mięśniu sercowym, nerkach, wpływa na metabolizm tłuszczy, glukozy, proliferację, stany zapalne

• PPAR β - we wszystkich tkankach organizmu, wpływa na metabolizm tłuszczy, różnicowanie keratocytów, stan zapalny

• PPAR γ - w tkance tłuszczowej, wpływa na metabolizm tłuszczy, glukozy, stan zapalny,

Aktywacja PPAR

W hepatocytach Nasilenie ekspresji genów dla syntezy enzymów β-oksydacji kwasów tłuszczowych Zmniejszenie ekspresji genu kierującego syntezą apoCIII

W adipocytach Nasilenie ekspresji genu odpowiedzialnego za wytwarzanie lipazy lipoproteinowej

Zmniejszenie wytwarzania cząsteczek VLDL w wątrobie oraz normalizacja ich kształtu i wielkości

Aktywatory PPAR α - kwasy tłuszczowe, eikozanoidy, CLA

PUFA(!)

SREBP(!)

• Białko wiążące sekwencję odpowiedzi na sterole

• Białko powstające na błonie śródplazmatycznej

• Syntetyzowane w postaci nieaktywnego prekursora związanego z błoną siateczki śródplazmatycznej (ER)

• W ER prekursorowa postać SREBP tworzy kompleks z obecnym w błonie białkiem SCAP. Białko to uczestniczy w transporcie postaci prekursorowej do aparatu Golgiego, gdzie dochodzi do hydrolizy nieaktywnej postaci SREBP z udziałem kolejno proteaz S1P i S2P

• Uwolniona N-terminalna domena białka SREBP tworzy dimery i w tej postaci stanowi aktywny czynnik transkrypcyjny, który jest transportowany do jądra komórkowego z udziałem białka importyny b.

• W jądrze komórkowym jego aktywna postać wiąże się do klasycznej sekwencji odpowiedzi na sterole lub sekwencji do niej podobnych obecnych w rejonach regulatorowych wielu genów związanych z metabolizmem lipidów

• SREBP-1c występuje w komórkach wielu różnych tkanek i narządów, ale szczególnie wysoki poziom ekspresji ma w wątrobie, tkance tłuszczowej, nadnerczach i mózgu

• Działanie czynnika SREBP-1c jest ograniczone do regulacji ekspresji genów kodujących białka związane z biosyntezą kwasów tłuszczowych i triacylogliceroli

Dlaczego PUFA są zdrowe:

• Zwiększają utlenianie kwasów tłuszczowych

• Obniżają syntezę triacylogliceroli i kwasów tłuszczowych

• Wykazują silne działanie przeciwzapalne

• Są superiorami występującej w osoczu interleukiny 1β, czynnika martwicy nowotworu-α, oraz interleukiny 6

• Mają wpływ na ekspresję genów odpowiedzialnych za stan zapalny na drodze bezpośredniego działania na wewnątrzkomórkowe szlaki sygnałowe, które prowadzą do aktywacji jednego lub wielu czynników transkrypcyjnych np. PPAR

• Ponadto mają wpływ na ekspresję genów kodujących lektynę i rezystynę, hormony wydzielane przez tkankę tłuszczową

Wykład 6 8.01.2014

Składniki pokarmowe w regulacji ekspresji genów

Nutrigenomika - mechanizmy działania bioaktywnych składników diety na poziomie molekularnym

Nutrigenomika:

• związki wiążą się z receptorami jądrowymi i regulują proces transkrypcji

• związki regulują proces posttranskrypcyjny

• związki modulują procesy epigenetyczne, tzn. zmieniają profil metyzacji DNA lub modyfikacji histonów

Kwasy tłuszczowe zmieniają skład błony komórkowej i zmieniają cały system przekazywania informacji do komórki.

Różne składniki diety mogą oddziaływać na 1 etap ekspresji genów - na jej rozpoczęcie.

Regulacja ekspresji genów odbywa się na bardzo wielu poziomach. Jednym z nich jest poziom regulacji ilości cząsteczek mRNA produkowanych w procesie transkrypcji.

MicroRNA (miRNA)

• krótkie odcinki RNA - jednoniciowe oligonukleotydy o długości od 21 do 23 nukleotydów.

• należą do tzw. nie kodujących RNA; są to wiec kwasy nukleinowe nie kodujące żadnych białek.

• pełnią w komórce funkcji regulatorowe, kontrolujące ekspresję genów.

Jako jeden ze składników kompleksu rybonukleoproteinowego specyficznie hamują translację mRNA, blokując tym samym ekspresję genów.

Są zdolne do posttranskrypcyjnej regulacji ekspresji genów, dokładniej ich wyciszania poprzez oddziaływanie z matrycowym RNA (mRNA).

Łącząc się z mRNA:

• powstrzymują jego translację

• przyczyniają się do jego szybkiej degradacji.

Pewien odcinek DNA koduje microDNA.

W ludzkim organizmie miRNA odgrywa doniosłą rolę, iż kontroluje ekspresję blisko 30% naszych genów.

Ich działalność została powiązania z występowaniem niektórych chorób.

Powiązano poziom różnych miRNA z występowaniem u człowieka wielu chorób.

NIE UCZYĆ SIĘ:

<Cząsteczka miR124 ma udział w powstawaniu cukrzycy. Wpływa na geny decydujące o wytwarzaniu insuliny rzez wysepki Langerhansa, co w konsekwencji prowadzi do jej braku w organizmie. Zablokowanie działania miR124 przez farmaceutyki mogłoby przywrócić prawidłowe funkcjonowanie.>

Znane są syntetycznie cząsteczki, które blokują miRNA - antagomiry. Są to oligonukleotydy komplementarne do miRNA. Przyłączają się do miRNA zanim te zdążą przyłączyć się do mRNA. W celach medycznych konieczne jest skierowanie antagomirów przeciw konkretnemu miRNA.

Polifenole oddziałują na miRNA, które może zostać uaktywnione. Niedobory lub nadmiary pewnych składników różne miRNA mogą być aktywowane lub hamowane.

MODYFIKACJA POSTTRANSKRYPCYJNA

Istnieją badania wskazujące na możliwość modyfikacji białek histonowych przez składniki diety.

EPIGENETYKA

• jedna z najszybciej rozwijających się dziedzin genetyki

• zajmuje się badaniem zmienności, która nie zależy od pierwotnej sekwencji DNA, a wynika z działania specyficznych mechanizmów regulacyjnych.

• m.in. metylacji DNA, modyfikacji białek histonowych czy ekspresji antysensownych RNA lub RNAi.

• Głównym ich efektem są zmiany struktury i konformacji chromatyny, która również wpływa na metylację dwunukleotydów CpG

EPIGENETYZNE MODYFIKACJE BIAŁEK HISTONOWYCH

• modyfikacje histonów obejmują

• acetylację, metyzację, fosforylację

• głównym ich efektem są zmiany struktury i konformacji chromatyny, która również wpływa na emtylację dwunukleotydów CpG.

Proces metylacji polega na tym, że do białek histonowych przyłączana jest grupa metylowa. Chromatyna zamiast być luźna, wygląda inaczej, jest bardziej ściśnięta. Ma to ogromny wpływ na funkcjonowanie genu. Nie dochodzi wtedy do rozpoczęcia transkrypcji, ponieważ nie ma dostępu do DNA przez silne ściśnięcie chromatyny.

Modyfikacja	Ogólny efekt modyfikacji
Acetylacja	aktywacja transkrypcji, wyciszanie telomerów, naprawa DNA
Metylacja	inaktywacja transkrypcji
Fosforylacja	Naprawa DNA, mitoza
Ubikwitynacja	aktywacja transkrypcji
Koniugacja z cząsteczkami SUMO	wyciszenie transkrypcji

Zaburzenia epigenetycznych mechanizmów regulacji ekspresji genów mogą być przyczyną transformacji nowotworowej, jak również chorób monogenowych i kompleksowych.

Dokładne poznanie zmian epigenetycznych związanych z patogeneza tych chorób, stwarza szanse na potencjalna terapię.

METYLACJA DNA

To sposób natury na umożliwienie środowisku zmian ekspresji genów bez wprowadzania mutacji. Sekwencja nukleotydów pozostaje taka sama.

Reakcję metylacji katalizują metylotransferazy, które przenoszą grupę metylową z aktywnego donora na akceptor metylu.

Akceptorami grupy metylowej mogą być atomy azotu grupy aminowej w aminokwasach zasadowych i glutaminie oraz atomu tlenu w asparaginie.

Metylacja DNA wycisza ekspresję genów. Najczęściej - metylacja cytozyny. Czynniki transkrypcyjne nie wiążą się z odcinkiem promotorowym genu. Transkrypcja zostaje zahamowana.

Metylacja prowadzi do zaciśnienia struktury chromatyny, powodując wyciszenie transkrypcji i zanik ekspresji genu. Metylacji ulega najczęściej cytozyna- powstaje metylocytozyna

Tak zmieniony nukleotyd jest rozpoznawany przez białka kondensujące materiał genetyczny oraz rekrutujące białka modyfikujące histony.

Struktura DNA uwarunkowana jest stopniem metyzacji i ma wpływa na ekspresje genów. Biorąc pod uwagę możliwość dostarczania grup metylowych z pożywieniem widać, że dieta daje możliwości metylacji struktury DNA, a tym samym wpływa na ekspresję.

Eksperyment na myszach: Samice genetycznie identycznych żółtych myszy karmione były suplementami kwasem foliowym, betainą itp. Potomstwo miało inny kolor sierści. Na to miała wpływ metylacja.

Na stopień metylacji cytozyny znaczący wpływ ma sposób odżywiania. Intensywna metylacja DNA de novo zachodzi we wczesnych etapach rozwoju zarodka. Dlatego dieta matek ma tak istotny wpływ na zdrowie dziecka (zdrowie rozumiane jako zdrowy genom).

• Komórki zarodka potrafią usuwać istniejącą metylację z DNA i w ten sposób odblokować geny,

• Potrafią także metylować DNA blokując niektóre geny.

• Zasięg tych modyfikacji może być dalekosiężny - stopień metylacji odtwarzany jest bowiem w procesie kopiowania DNA i tym samym może zostać odwzorowany w kolejnym pokoleniu

• Dieta może mieć zatem wpływ na ekspresję DNA w kolejnych pokoleniach

• W świetle tych badań teoria uwarunkowania chorób poprzez dietę przodków wydaje się dość odważna, ale nie niemożliwa

Drogi, jakimi składniki odżywcze wpływają na proces metyzacji zasad w DNA:

• służąc jako donory grup metylowych

• wpływając na aktywność enzymatyczną metylotransferaz

• wpływając na proces demetylacji DNA

Składniki wpływające na metylację genomu:

• Kwas foliowy

• Epigallokatechiny (EGCG) - hamują aktywność DNA metylotransferazy

• Cynk

• Cholina

• Betaina

• Wit B2, B6 i B12

NA EGZAMINIE: Co to jest metylacja, w jaki sposób składniki odżywcze wpływają na metylację. Jakie są to składniki? Co to jest epigenetyka?

KWAS FOLIOWY

Za pomocą enzymu reduktazy metylenotetrahydrofolianu jest przekształcany do 5-metylenotetrahydrofolianu, który jest źródłem grupy CH3 podczas przekształcania homocysteiny w metioninę, która następnie jest przekształcana w S-adenozylometioninę.

• Synteza S-adenozylo-metioniny

• Dostarcza grup metylowych do metyzacji DNA, białek, neurotransmiterów

• WADY CEWY NERWOWEJ-zaburzenie metyzacji DNA

• dUMP----dtmp

• ↑dUMP, wbudowanie uracylu zamiast tyminy w łańcuch DNA

• Obecność uracylu- przyczyną powstawania mutacji, pęknięć Dna oraz chromosomów

NA EGZ: Coś w stylu: dlaczego dziecko jednej kobiety może się urodzić zdrowe, a innej chore, kiedy ona ma niedobór kwasu foliowego lub dlaczego kobiety mają różne zapotrzebowanie na kwas foliowy - odpowiedź: występuje polimorfizm pojedynczego nukleotydu enzymu. Obniżone jest działanie tego enzymu i zapotrzebowanie na kwas foliowy będzie różne u różnych kobiet. Dlaczego kobiety z takim samym niedoborem kw. foliowego 1 rodzi zdrowe dziecko a druga nie? Bo polimorfizm pojedynczego genu - rozne zapotrzebowanie tych kobiet na ten pierwiastek.

Źródła kwasu foliowego:

• Zielone i pomarańczowe owoce i warzywa

• Drożdże

• Nasiona soi

• Wątroba

• Żółtka jaja

• Warzywa strączkowe

• Zarodki pszenicy

Zawartość folianów w racjach pokarmowych 95-562 ug.

Kwas foliowy jest ważny w syntezie S-adenozylo-metioniny, która dostarcza grup metylowych do metyzacji DNA, białek, neurotransmiterów. Niedobór kwasu foliowego - WADY CEWY NERWOWEJ - zaburzenie metylacji DNA.

W obecności kwasu foliowego uracyl przemieniony jest na tyminę. Kiedy jest go za mało jest więcej grup posiadających uracyl. Wbudowuje się wtedy uracyl zamiast tyminy w łańcuch DNA. Obecność uracylu jest przyczyną powstawania mutacji, pęknięć DNA oraz chromosomów.

Niedobór:

• anemia

• Zniekształcenia płodu

Znaczenie w profilaktyce wad cewy nerwowej u płodu: bezmózgowie, rozszczep kręgosłupa, przepukliny oponowo-rdzeniowe

Wady te powstają w pierwszych 4 tygodniach płodowego życia, kiedy kobieta nie wie, że doszło do poczęcia.

W przypadku kobiety w wieku podwyższonego ryzyka niedobór kwasu foliowego prowadzi do zespołu Downa (trisomia 21 pary) u dziecka. Stwierdzono, że kobiety, które rodzą dzieci z zespołem Downa mają wyraźnie podwyższony poziom homocysteiny, co jest wynikiem niedoboru kwasu foliowego przez cały okres ciąży - badania japońskie.

Żywienie a HIV:

• -Neutralizacja DNA wirusów przez metyzację

• Witamina B12- ważna rola w zapobieganiu integracji wirusowego DNA do genomu - hamuje aktywność enzymu

• Ograniczeniem w badaniach metyzacji DNA jest fakt że metody badawcze w nich stasowane są relatywnie nowe i dotyczą zwykle ilościowej informacji dotyczącej całego genomu

• Odsetek globalnej metyzacji DNA dotyczący wysp CpG w promotorach genów wynosi 70%, stąd większość uzyskanej informacji pochodzi z tych regionów.

• Ponadto poziom metyzacji jest tkankowo specyficzny

• dlatego badania metyzacji DNA z limfocytów może być jedynie pomocnym modelem badawczym tego, co się dzieje w mózgu

• Ponadto mechanizmy epigenetyczne to procesy dynamiczne zmieniające się w czasie pod wpływem czynników środowiska co pozwala na szybką i skuteczniejsza adaptację

• Udowodniono ze na metyzację DNA wpływają takie czynniki jak:

• Środowisko prenatalne ( w tym dieta matki w trakcie ciąży, wpływ hormonów)

• Dieta (niedobory witamin z grupy B, choliny, metioniny),

• Czynniki stresowe

• Uzależnienia czy niektóre leki

• Główny wzór metyzacji DNA jest ustalany w trakcie życia płodowego

Ograniczenie w badaniach metylacji DNA:

Metody badawcze w nich stosowane są relatywnie nowe.

Poziom metylacji jest tkankowo specyficzny. Dlatego badanie metylacji DNA z limfocytów może być jedynie pomocnym modelem badawczym tego, co dzieje się w mózgu.

Ponadto mechanizmy te są dynamiczne, zmieniające się w czasie pod wpływem czynników środowiska. Na metylację ma wpływ nie tylko dieta, ale również środowisko prenatalne, stres, hormony matki, leki czy uzależnienia. Główny wzór metylacji DNA jest ustalany w trakcie życia płodowego.

Wykład 7- 22.01.2014

Nutrigenetyka- mechanizmy działania bioaktywnych składników diety na poziomie molekularnym.

Nutrigenomika- (mechanizmy działania bioaktywnych składników diety na poziomie molekularnym)

- związki wiążą się z receptorami jądrowymi i regulują proces transkrypcji

- związki regulują proces posttranskrypcyjny

- związki modulują procesy epigenetyczne, tzn. zmieniają profil metylacji DNA (cząsteczka bardziej ściśnięta) lub modyfikacji histonów

Powtórka - metylację powoduje:

- odpowiedni poziom kwasu foliowego

Acetylacja/deacetylacja:

• Acetylacja obniża ładunek dodatni lizyny

• Acetylacja reszt lizyny w N-końcowych domenach histonów rdzeniowych oktameru nukleosomowego towarzyszy aktywnej transkrypcji chromatymy.

Enzymy odpowiadające za acetylację: acetylotransferazy, deacetylazy. Wpływa na nią m. in. resverartol- hormon roślinny, antyutleniacz, działa przeciwzapalnie, antymiażdżycowo, poprawia funkcję mitochondriów.

Występuje on w skórce wielu owoców m.in. winogron, morwy, w mniejszych ilościach w orzeszkach ziemnych. Jest silnym inhibitorem izoenzymu cytochromu P450. Działa przez sirtuiny.

Sirtuiny: enzymy należące do deacetylaz, NAD+, wpływają na procesy: starzenia, wyciszania transkrypcji genów. Jest wiele rodzajów sirtuin (SIRT 1,2,3,4,5,6 itd.) o różnej aktywności biologicznej. U Saccharomyces cerevisiae- są odpowiedzialne za wyłączanie powtarzających się sekwencji DNA.

Sirtuiny deacetylują reszty lizyny zlokalizowane w obrębie N-termminalnych domen histonów H3 i H4. Wpływa to na zwiększenie stopnia pofałdowania tych białek, które przyjmują bardziej zwartą strukturę. Następstwem tego jest zmiana struktury chromatyny. Staje się ona regionalnie niedostępna dla czynników aparatu transkrypcyjnego.

Uczestniczą też w naprawie DNA (SIRT 2), wiążąc dodatkowe czynniki białkowe.

1. trzymają na smyczy wszystkie geny , które muszą być zablokowane

2. ratują DNA

W czasie ratowania opuszczają swoje miejsce i przestają blokować geny- determinuje to proces starzenia się.

Dlaczego z wiekiem uaktywniają się niektóre geny w tkankach?

Niektóre białka są przepracowane np. SIRT 1:

naprawa DNA i supresja aktywności niektórych genów. Gdy dużo DNA do naprawy-supresja wysiada

Myszy z nadekspresją SIRT2 lepiej naprawiają DNA, bardziej oporne na raka.

Uzyskano linię zerowych mutantów z wyłączonym genem SIRT 1(knock-out genowy), które wykazywały wiele nieprawidłowości.

Czerwone wino:

- zawiera resveratrol, który:

• Działanie przeciwmiażdżycowe

• Antyoksydacyjne

• Aktywuje sirtuiny

Dieta niskokaloryczna też zwiększa ilość sirtuin. Zmniejszenie spożycia kalorii może wydłużyć życie. Zmniejsza się zużycie tlenu, wolnych rodników.

ZAPAMIĘTAĆ DO EGZAMINU:

• co to nutrigenetyka a co nutrigenomika

• cele nutrigenomiki

• działanie bioaktywnych składników odżywczych:

-ścieżka A- bezpośrednio na czynniki. transkrypcyjne

-zmiana metabolizmu

-wpływ na przekaźniki

• biomarkery

• różne poziomy badania nutrigenomiki (omiki)

• zastosowania nutrigenomiki

• droga do spersonifikowania diety

• sprawdzanie reakcji na składniki diety- testy nutrigenetyczne

• nutrigenetyka kluczem do skutecznej diety- panel badań 8 genów, rozszerzony panel itd. Nie są to testy diagnostyczne- formalnie

• nowoczesne metody analityczne: skiring, chromatografia

• hipotezy na temat składu diety a ekspresji genów.

• (tylko rzucała te hasła, bardzo szybko przeskakiwała i tylko tyle udało się napisać)

Podsumowanie:

• genetyka- nkleozyd, nukleotyd itd. DNA nukleosom, solenoid, chromosom- od największej do najmniejszej i odwrotnie. RNA, gen, allel, loci, transkrypcja i translacja jako ekspresja genów

• nutrigenomika, nutrigenetyka- definicja, cele, dogmaty

• metody w nutrigenomice- omiki

• nutrigenetyka- polimorfizm, choroby jednogenowe (MTHFR, fenyloketonuria), choroby wielogenowe (miażdżyca)- ApoA1, ApoE, testy nutrigenetyczne

• nutrigenomika- molekularne mechanizmy działania bioaktywnych składników diety, PUFA- działanie, microRNA

• epigenetyka- metylacja- kwas foliowy, acetylacja- resveratrol

DNA

WAŻNE!!
DZIAŁY NUTRIGENOMIKI

Analiza

- transgenomika

- proteomika

- metabolomika

Badanie charakterystycznych zróżnicowań transkrypcji sprowadza się do:

• Ścieżek sygnałowych

• Czynników jądrowej transkrypcji

• Mechanizmów metabolizmu regulacji składników odżywczych

Biologia układu

Badanie kompleksów zmian

Odżywianie bioaktywne

Model:

- kultura komórkowa

- mysz transgeniczna

- organizm człowieka

Biomarkery

Cele, obiekty

Bioaktywne składniki

• Zmniejszenie syntezy kwasów tłuszczowych

• Zmniejszenie syntezy trój glicerydów

• Zmniejszenie syntezy cholesterolu

• Nasilenie β-oksydacji w peroksysomach

• Nasilenie β-oksydacji w mitochondriach

+ (pobudza)

- ( hamuje)

Geny odpowiedzialne za lipogenezę

Geny odpowiedzialne za utlenianie kwasów tłuszczowych

SREBP 1

SP 1

NF-γ

PPAR

---