Genetisch-epigenetische voeding en onze gezondheid | El Paso, Texas.
Hoe draagt epigenetische en gepersonaliseerde voeding bij aan een optimale gezondheid?
De meesten van ons weten over ongezond voedsel hoe het ons lichaam beïnvloedt. Zij
- Vertraag het metabolisme
- Gewicht toevoegen
- Verstoppen en verharden slagaders enz.
Maar nu zijn er voedingsmiddelen en voedselelementen die ons op een bepaalde manier kunnen helpen en afkomstig zijn van een plek waar we misschien niet aan gedacht hebben, en dat is ons DNA.
Nutriepigenomics onderzoekt verbanden tussen voeding en biomarkers die aan of verwijderd kunnen worden uit ons DNA. Dit zet onze genen aan of uit.
Nieuwe studies tonen aan dat bepaalde voedingsmiddelen of supplementen kunnen de expressie van onze genen aanpassen, wat onze gezondheid kan beïnvloeden.
Nutritionele genomica brengt een revolutie teweeg in zowel klinische voedingspraktijken als volksgezondheidspraktijken:
Dieet, lichaamsbeweging en blootstelling aan het milieu zijn allemaal elementen die een rol hebben gespeeld bij het in- en uitschakelen van genen via epigenetica. Het aanpassen van leefstijlfactoren kan het potentieel om ziekte te verminderen beheersen en een positief effect hebben op onze gezondheid.
Gezondheidsprofessionals van overal beginnen epigenetica in hun praktijk op te nemen, met als doel meer gespecialiseerde en geïndividualiseerde behandelplannen te bieden.
"Gelaagde informatie zoals dieet, levensstijl, omgevingsfactoren, familiegeschiedenis, symptomen en diagnoses, samen met epigenetica, kan iemand helpen naar een optimale gezondheid te leiden", zegt Kristy Hall, MS, RNCP, ROHP, een gecertificeerde functionele voedingsdeskundige en oprichter van Living Well Nutrition die epigenetische tests, voedingsadvies en een veelzijdige benadering gebruikt om haar klanten beter te kunnen voorzien.
15 mei 2018, Bailey Kirkpatrick Dieet, Ziekten en aandoeningen, Milieu, Nieuws en recensies
Geregistreerde diëtisten hebben de mogelijkheid om genetisch gestuurde voedingsaanbevelingen te doen die de menselijke gezondheid kunnen verbeteren.
Voeding is een van de belangrijkste omgevingsfactoren die onze gezondheid bepalen. Chronische ziekten omvatten:
- Typ 2 diabetes
- Metaboolsyndroom
- Hart-en vaatziekten
- Neurologische ziekte
- verschillende vormen van kanker
- Worden geïnitieerd of versneld door voedingsstof/voedsel
Dit gebied van voedingsonderzoek kan worden aangeduid als Nutritional Genomics.
Single nucleotide polymorphisms (SNP's) zijn enkele basenpaarverschillen in DNA. Ze vertegenwoordigen een primaire vorm van menselijke genetische variatie.
Het bovenste DNA-molecuul verschilt van het onderste DNA-molecuul op een enkele basenpaarlocatie (een C/A-polymorfisme)
Nutritionele genetica of nutrigenetica omvat de identificatie, classificatie en karakterisering van menselijke genetische variatie die het metabolisme/gebruik van nutriënten en voedseltoleranties wijzigt Fig1.
Toepassing: Genetische & Epigenetica
Voedingsstoffen, bijv. farmaceutische, zijn krachtige effectoren van genoomexpressie en stabiliteit, en deze interacties tussen genen en voedingsstoffen kunnen worden geoptimaliseerd voor ziektepreventie.
Geïndividualiseerde voeding
De belofte van nutritionele engineering voor een optimale gezondheid door middel van voeding is nog steeds aan de gang, maar het publiek koestert positieve verwachtingen, zoals blijkt uit het gebruik van voedingssupplementen.
Wetenschappelijk onderzoek toont aan dat voedingsstoffen in verschillende voedingsmiddelen en supplementen die we eten erfelijke veranderingen kunnen bijstellen of omkeren. Dit bewijs kan worden gebruikt bij het maken van betere levensstijlkeuzes.
Bosbessen bevatten ongelooflijk veel antioxidanten en men denkt dat dit 'superfood' DNA-schade epigenetisch kan verminderen, waardoor mensen worden beschermd tegen kanker en mogelijk zelfs tegen veroudering. Van bosbessensap en vitamine C is aangetoond dat ze potentiële methyleringsremmers zijn voor het MTHFR-gen en het DNMT1-gen bij mensen.
Kim, M., Na, H., Kasai, H., Kawai, K., Li, Y.-S., & Yang, M. (2017). Vergelijking van bosbes (Vaccinium spp.) En vitamine C via antioxidatieve en epigenetische effecten bij de mens. Journal of Cancer Prevention, 22 (3), 174.
Leren over wat we eten en wat het met ons lichaam doet, met name potentiële epigenetische impact, is slechts een stap dichter bij een optimale gezondheid.
Obesitas is een complexe, multifactoriële ziekte en een beter begrip van de mechanismen die ten grondslag liggen aan de interacties tussen levensstijl, omgeving en genetica is van cruciaal belang voor het ontwikkelen van effectieve strategieën voor preventie en behandeling [1].
Diermodellen bieden unieke kansen voor sterk gecontroleerde studies die mechanistisch inzicht verschaffen in de rol van specifieke epigenetische kenmerken, zowel als indicatoren van de huidige metabole status als als voorspellers van het toekomstige risico op obesitas en stofwisselingsziekten. Een bijzonder belangrijk aspect van dierstudies is dat ze de beoordeling mogelijk maken van epigenetische veranderingen in doelweefsels, waaronder de lever en hypothalamus, wat veel moeilijker is bij mensen. Bovendien maakt het vermogen om grote hoeveelheden vers weefsel te oogsten het mogelijk om meerdere chromatinemarkeringen en DNA-methylatie te beoordelen. Sommige van deze epigenetische modificaties, alleen of in combinatie, kunnen reageren op omgevingsprogrammering. In diermodellen is het ook mogelijk om meerdere generaties nakomelingen te bestuderen en zo differentiatie mogelijk te maken tussen transgenerationele en intergenerationele overdracht van obesitasrisico gemedieerd door epigenetisch geheugen van de ouderlijke voedingsstatus, die niet gemakkelijk kan worden onderscheiden in studies bij mensen. We gebruiken de eerste term voor meiotische overdracht van risico in afwezigheid van voortdurende blootstelling, terwijl de laatste voornamelijk directe overdracht van risico inhoudt door metabole herprogrammering van de foetus of gameten.
(i) Epigenetische veranderingen bij nakomelingen in verband met voeding van de moeder tijdens de zwangerschap
Maternale voedingssuppletie, ondervoeding en overvoeding tijdens de zwangerschap kunnen de vetafzetting en energiehomeostase bij het nageslacht veranderen [11, 13, 15]. Geassocieerd met deze effecten bij het nageslacht zijn veranderingen in DNA-methylatie, histon-post-translationele modificaties en genexpressie voor verschillende doelwitgenen, met name genen die het vetzuurmetabolisme en insulinesignalering reguleren [19, 16, 17-20]. De diversiteit aan diermodellen die in deze onderzoeken zijn gebruikt en de gemeenschappelijke metabole routes die worden beïnvloed, suggereren een evolutionair geconserveerde adaptieve respons die wordt gemedieerd door epigenetische modificatie. Er zijn echter maar weinig van de specifiek geïdentificeerde genen en epigenetische veranderingen kruisgevalideerd in gerelateerde onderzoeken, en grootschalige genoombrede onderzoeken zijn meestal niet toegepast. Een belangrijke belemmering voor het vergelijken van deze onderzoeken zijn de verschillende mentale ontwikkelingsvensters die onderhevig zijn aan voedingsuitdagingen, die aanzienlijk verschillende resultaten kunnen veroorzaken. Bewijs dat de epigenetische veranderingen causaal zijn in plaats van geassocieerd te zijn met fenotypische veranderingen van het nageslacht is ook vereist. Dit vereist de identificatie van een door de ouder veroorzaakte epigenetische 'geheugen'-reactie die voorafgaat aan de ontwikkeling van het veranderde fenotype bij het nageslacht.
Opkomende studies hebben aangetoond dat het voedingsniveau van de vader van invloed kan zijn op de vetafzetting en epigenetische kenmerken van het nageslacht [31-34]. Een recent onderzoek met muizen heeft aangetoond dat pre-diabetes van de vader leidt tot verhoogde vatbaarheid voor diabetes bij F1-nakomelingen met bijbehorende veranderingen in pancreasgenexpressie en DNA-methylatie gekoppeld aan insulinesignalering [35]. Belangrijk is dat er een overlap was van deze epigenetische veranderingen in pancreaseilandjes en sperma, wat duidt op overerving van de kiemlijn. De meeste van deze onderzoeken, hoewel intrigerend in hun implicaties, zijn echter beperkt in de genomische onderzoeksschaal en vertonen vaak zwakke en enigszins voorbijgaande epigenetische veranderingen die verband houden met milde metabole fenotypes bij nakomelingen.
Stabiele overdracht van epigenetische informatie over meerdere generaties is goed beschreven in plantensystemen en C. elegans, maar de betekenis ervan bij zoogdieren wordt nog steeds veel besproken [36, 37]. Een epigenetische basis voor de overdracht van fenotypes door grootouders als reactie op blootstelling via de voeding is goed vastgesteld, ook bij diersoorten [31]. De meest invloedrijke studies die effecten aantonen van epigenetische overdracht die het fenotype van nakomelingen beïnvloeden, hebben het voorbeeld van de levensvatbare gele agouti (Avy) muis [38] gebruikt. Bij deze muis veroorzaakt een insertie van een retrotransposon stroomopwaarts van het agouti-gen de constitutieve expressie en de daaruit voortvloeiende gele vachtkleur en zwaarlijvigheid bij volwassenen. Maternale transmissie via de kiemlijn resulteert in DNA-methylatie, gemedieerde silencing van agouti-expressie, resulterend in wildtype vachtkleur en mager fenotype van het nageslacht [39, 40]. Belangrijk is dat latere studies bij deze muizen aantoonden dat blootstelling van de moeder aan methyldonoren een verschuiving in vachtkleur veroorzaakt [41]. Eén studie heeft de overdracht van een fenotype naar de F3-generatie en veranderingen in de expressie van een groot aantal genen gerapporteerd als reactie op eiwitbeperking in F0 [42]; veranderingen in expressie waren echter zeer variabel en een directe link naar epigenetische veranderingen werd in dit systeem niet geïdentificeerd.
Hoewel veel studies dieetgerelateerde epigenetische veranderingen in diermodellen hebben geïdentificeerd met behulp van kandidaat-plaatsspecifieke regio's, zijn er weinig genoombrede analyses uitgevoerd. Een recent onderzoek was gericht op het bepalen van de directe epigenetische impact van vetrijke diëten/dieet-geïnduceerde obesitas bij volwassen muizen met behulp van genoombrede genexpressie en DNA-methylatieanalyses [43]. Deze studie identificeerde 232 differentieel gemethyleerde regio's (DMR's) in adipocyten van controle- en vetrijke muizen. Belangrijk is dat de overeenkomstige menselijke regio's voor de muizen-DMR's ook differentieel gemethyleerd waren in vetweefsel van een populatie van zwaarlijvige en magere mensen, waardoor het opmerkelijke evolutionaire behoud van deze regio's wordt benadrukt. Dit resultaat benadrukt het waarschijnlijke belang van de geïdentificeerde DMR's bij het reguleren van energiehomeostase bij zoogdieren.
(i) Genetische associatiestudies. Genetische polymorfismen die geassocieerd zijn met een verhoogd risico op het ontwikkelen van bepaalde aandoeningen zijn a priori gekoppeld aan de oorzakelijke genen. De aanwezigheid van differentiële methylering in dergelijke regio's leidt tot functionele relevantie van deze epigenetische veranderingen bij het beheersen van de expressie van het (de) proximale gen (genen). Er zijn sterke cis-werkende genetische effecten die ten grondslag liggen aan veel epigenetische variatie [7, 45], en in populatiegebaseerde studies zijn methoden toegepast die genetische surrogaten gebruiken om een causale of mediërende rol van epigenoomverschillen af te leiden [7, 46-48] . Het gebruik van familiale genetische informatie kan ook leiden tot de identificatie van potentieel oorzakelijke kandidaatregio's die fenotype-gerelateerde differentiële methylering vertonen [49].
Uit deze studies zijn veranderde methylering van PGC1A, HIF3A, ABCG1 en CPT1A en de eerder beschreven RXRA [18] naar voren gekomen als biomarkers die geassocieerd zijn met, of misschien voorspellend zijn voor, metabole gezondheid die ook plausibele kandidaten zijn voor een rol bij de ontwikkeling van metabole ziekten .
Epigenetische variatie wordt sterk beïnvloed door de onderliggende genetische variatie, waarbij het genotype naar schatting ~20-40% van de variatie verklaart [6, 8]. Onlangs zijn een aantal onderzoeken begonnen met het integreren van methyloom- en genotypegegevens om methylatie-kwantitatief kenmerk-loci (meQTL) te identificeren die verband houden met ziektefenotypes. In vetweefsel is bijvoorbeeld een meQTL die overlapt met een BMI genetische risicolocus geïdentificeerd in een enhancer-element stroomopwaarts van ADCY3 [8]. Andere studies hebben ook overlappingen geïdentificeerd tussen bekende obesitas en T2DM-risicoloci en DMR's geassocieerd met obesitas en T2DM [43, 48, 62]. Methylering van een aantal van dergelijke DMR's werd ook gemoduleerd door vetrijke voeding bij muizen [43] en gewichtsverlies bij mensen [64]. Deze resultaten identificeren een intrigerend verband tussen genetische variaties die verband houden met ziektegevoeligheid en hun associatie met regio's van het genoom die epigenetische modificaties ondergaan als reactie op voedingsuitdagingen, wat een oorzakelijk verband impliceert. Het nauwe verband tussen genetische en epigenetische variatie kan duiden op hun essentiële rol bij het genereren van individuele variatie [65, 66]. Hoewel deze bevindingen suggereren dat DNA-methylatie een mediator kan zijn van genetische effecten, is het ook belangrijk om te bedenken dat zowel genetische als epigenetische processen onafhankelijk van elkaar op dezelfde genen kunnen werken. Tweelingstudies [8, 63, 67] kunnen belangrijke inzichten verschaffen en aangeven dat interindividuele verschillen in niveaus van DNA-methylatie voornamelijk voortkomen uit niet-gedeelde omgeving en stochastische invloeden, minimaal uit gedeelde omgevingseffecten, maar ook met een significante impact van genetische variatie.
Prenatale omgeving: Twee recent gepubliceerde onderzoeken maakten gebruik van menselijke populaties die 'natuurlijke' variaties in de toevoer van voedingsstoffen ervoeren om de impact van maternale voeding voor of tijdens de zwangerschap op DNA-methylatie bij het nageslacht te bestuderen [68, 69]. De eerste studie gebruikte een Gambiaans moeder-kindcohort om aan te tonen dat zowel seizoensvariaties in de inname van methyldonor door de moeder tijdens de zwangerschap als de BMI van vóór de zwangerschap door de moeder geassocieerd waren met veranderde methylering bij de zuigelingen [69]. De tweede studie gebruikte volwassen nakomelingen van het Nederlandse Hongerwinter-cohort om het effect te onderzoeken van prenatale blootstelling aan een acute periode van ernstige maternale ondervoeding op DNA-methylatie van genen die betrokken zijn bij groei en metabolisme op volwassen leeftijd [68]. De resultaten benadrukten het belang van de timing van de blootstelling voor de impact ervan op het epigenoom, aangezien significante epigenetische effecten alleen werden geïdentificeerd bij personen die tijdens de vroege zwangerschap aan hongersnood waren blootgesteld. Belangrijk is dat de epigenetische veranderingen plaatsvonden in combinatie met een verhoogde BMI; het was echter niet mogelijk om in dit onderzoek vast te stellen of deze veranderingen eerder in het leven aanwezig waren of een gevolg waren van de hogere BMI.
Postnatale omgeving: Het epigenoom wordt de novo vastgesteld tijdens de embryonale ontwikkeling en daarom heeft de prenatale omgeving hoogstwaarschijnlijk de grootste invloed op het epigenoom. Het is nu echter duidelijk dat er veranderingen optreden in het 'rijpe' epigenoom onder invloed van een reeks omstandigheden, waaronder veroudering, blootstelling aan toxines en veranderingen in het dieet. Veranderingen in DNA-methylering in talrijke genen in skeletspieren en PGC1A in vetweefsel zijn bijvoorbeeld aangetoond als reactie op een vetrijk dieet [75, 76]. Interventies om lichaamsvetmassa te verliezen zijn ook in verband gebracht met veranderingen in DNA-methylering. Studies hebben gemeld dat de DNA-methylatieprofielen van vetweefsel [43, 64], mononucleaire cellen uit perifeer bloed [77] en spierweefsel [78] bij voorheen zwaarlijvige patiënten meer lijken op de profielen van magere proefpersonen na gewichtsverlies. Gewichtsverlieschirurgie keerde ook gedeeltelijk niet-alcoholische leververvetting-geassocieerde methylatieveranderingen in de lever om [79] en leidde in een ander onderzoek tot hypomethylering van meerdere kandidaatgenen voor obesitas, met meer uitgesproken effecten in subcutaan vergeleken met omentaal (visceraal) vet [64] . Accumulerend bewijs suggereert dat inspanningsinterventies ook de DNA-methylatie kunnen beïnvloeden. De meeste van deze onderzoeken zijn uitgevoerd bij magere individuen [80-82], maar één inspanningsonderzoek bij zwaarlijvige T2DM-patiënten toonde ook veranderingen in DNA-methylatie aan, inclusief in genen die betrokken zijn bij vetzuur- en glucosetransport [83]. Epigenetische veranderingen treden ook op bij het ouder worden, en recente gegevens suggereren een rol van obesitas bij het vergroten ervan [9, 84, 85]. Obesitas versnelde de epigenetische leeftijd van leverweefsel, maar in tegenstelling tot de hierboven beschreven bevindingen was dit effect niet omkeerbaar na gewichtsverlies [84].
Veranderingen in DNA-methylatie geassocieerd met obesitas of veroorzaakt door dieet- of levensstijlinterventies en gewichtsverlies zijn over het algemeen bescheiden (<15%), hoewel dit varieert afhankelijk van het bestudeerde fenotype en weefsel. Er zijn bijvoorbeeld veranderingen van meer dan 20% gemeld in vetweefsel na gewichtsverlies [64] en associaties tussen HIF3A-methylering en BMI in vetweefsel waren meer uitgesproken dan in bloed [52].
Conclusies
