A epigenética é um ramo relativamente novo da genética que foi considerada uma das descobertas biológicas mais importantes desde a descoberta do DNA. Antigamente o conjunto de genes com os quais nascemos determinava irreversivelmente as nossas vidas. No entanto, sabe-se agora que os genes podem ser ativados ou desativados e podem ser expressos mais ou menos sob a influência de vários fatores do estilo de vida. o site dirá o que é epigenética, como funciona e o que você pode fazer para aumentar suas chances de ganhar na “loteria da saúde”.

Epigenética: Mudanças no estilo de vida são a chave para mudar os genes

Epigenética- uma ciência que estuda processos que levam a mudanças na atividade genética sem alterar a sequência do DNA. Simplificando, a epigenética estuda os efeitos de fatores externos na atividade genética.

O Projeto Genoma Humano identificou 25.000 genes no DNA humano. O DNA pode ser chamado de código que um organismo usa para construir e reconstruir a si mesmo. No entanto, os próprios genes precisam de “instruções” pelas quais determinam as ações necessárias e o tempo para sua implementação.

Modificações epigenéticas e são as mesmas instruções. Existem vários tipos de tais modificações, mas as duas principais são aquelas que afetam grupos metil (carbono e hidrogênio) e histonas (proteínas).

Para entender como funcionam as modificações, imagine que um gene é uma lâmpada. Os grupos metil atuam como um interruptor de luz (isto é, um gene) e as histonas atuam como um regulador de luz (isto é, regulam o nível de atividade genética). Assim, acredita-se que uma pessoa possua quatro milhões desses interruptores, que são ativados sob a influência do estilo de vida e de fatores externos.

A chave para compreender a influência de fatores externos na atividade genética foi observar a vida de gêmeos idênticos. As observações mostraram quão fortes podem ser as mudanças nos genes desses gêmeos, que levam estilos de vida diferentes em diferentes condições externas. Supõe-se que gêmeos idênticos tenham doenças “comuns”, mas muitas vezes não é o caso: alcoolismo, doença de Alzheimer, transtorno bipolar, esquizofrenia, diabetes, câncer, doença de Crohn e artrite reumatóide podem ocorrer em apenas um gêmeo, dependendo de vários fatores. A razão para isso é deriva epigenética- alterações na expressão genética relacionadas com a idade.

Os segredos da epigenética: como os fatores do estilo de vida afetam os genes

A investigação em epigenética mostrou que apenas 5% das mutações genéticas associadas a doenças são completamente determinísticas; os 95% restantes podem ser influenciados pela nutrição, comportamento e outros fatores ambientais. O programa de estilo de vida saudável permite alterar a atividade de 4.000 a 5.000 genes diferentes.

Não somos simplesmente a soma dos genes com os quais nascemos. É a pessoa que é o usuário, é ela quem controla seus genes. Ao mesmo tempo, não é tão importante quais “mapas genéticos” a natureza lhe deu - o que importa é o que você faz com eles.

A epigenética está na sua infância e ainda há muito a aprender, mas existe conhecimento sobre os principais factores de estilo de vida que influenciam a expressão genética.

1. Nutrição, sono e exercício

Não é surpreendente que a nutrição possa influenciar o estado do DNA. Uma dieta rica em carboidratos processados ​​faz com que o DNA seja atacado por altos níveis de glicose no sangue. Por outro lado, os danos no DNA podem ser revertidos por:

• sulforafano (encontrado no brócolis);
• curcumina (encontrada na cúrcuma);
• epigalocatequina-3-galato (encontrada no chá verde);
• resveratrol (encontrado em uvas e vinho).

Quando se trata de dormir, apenas uma semana de privação de sono afeta negativamente a atividade de mais de 700 genes. A expressão genética (117) é positivamente afetada pelo exercício.

1. Estresse, relacionamentos e até pensamentos

Os epigeneticistas argumentam que não são apenas os factores “materiais”, como a dieta, o sono e o exercício, que influenciam os genes. Acontece que o estresse, o relacionamento com as pessoas e os pensamentos também são fatores significativos que influenciam a expressão genética. Então:

• a meditação suprime a expressão de genes pró-inflamatórios, ajudando a combater a inflamação, ou seja, proteger contra a doença de Alzheimer, cancro, doenças cardíacas e diabetes; Além disso, o efeito dessa prática é visível após 8 horas de treino;
• 400 estudos científicos demonstraram que expressar gratidão, bondade, otimismo e diversas técnicas que envolvem a mente e o corpo têm um efeito positivo na expressão genética;
• A falta de atividade, a má nutrição, as emoções negativas constantes, as toxinas e os maus hábitos, bem como o trauma e o estresse desencadeiam mudanças epigenéticas negativas.

Durabilidade das mudanças epigenéticas e o futuro da epigenética

Uma das descobertas mais emocionantes e controversas é que as alterações epigenéticas são transmitidas às gerações subsequentes sem alterar a sequência genética. Mitchell Gaynor, autor de The Gene Therapy Blueprint: Take Control of Your Genetic Destiny Through Nutrition and Lifestyle, acredita que a expressão genética também é herdada.

A epigenética, diz o Dr. Randy Jirtle, mostra que também somos responsáveis ​​pela integridade do nosso genoma. Anteriormente, acreditávamos que tudo dependia dos genes. A epigenética permite-nos compreender que o nosso comportamento e hábitos podem influenciar a expressão dos genes nas gerações futuras.

A epigenética é uma ciência complexa que tem um enorme potencial. Os especialistas ainda têm muito trabalho a fazer para determinar exactamente que factores ambientais influenciam os nossos genes, como podemos (e se) podemos reverter doenças ou preveni-las da forma mais eficaz possível.

The Lancet, uma importante revista médica, publicou um artigo crítico em 2010 sobre transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH) e hereditariedade.

Os autores deste artigo criticaram fortemente o fato de que farmacêuticos e médicos conservadores deliberadamente e deliberadamente falham na comunicação com o paciente quando se trata de um termo como hereditariedade. Dizem às pessoas que esta doença é hereditária e, portanto, incurável. A ideia desta estratégia é desenvolver a dependência terapêutica, o que é muito conveniente para a indústria farmacêutica vender medicamentos.

Graças à epigenética, sabemos que o TDAH é uma doença epigenética. Em outras palavras, o TDAH não é causado por um fator hereditário fatal (erros no DNA), mas por uma interação reversível dos genes com o ambiente. Isto explica o facto de adultos e crianças com TDAH observarem uma rápida melhoria em todos os sintomas quando mudam a sua dieta.

Genética- uma ciência que descreve a hereditariedade com base em erros irreversíveis no registro do DNA.

Epigenéticaé uma ciência que estuda a influência de fatores externos no funcionamento dos genes. A epigenética estuda a essência do problema, principalmente os erros na reprodução (síntese) de proteínas.

Nutrigenômicaé especialista em epigenética e estuda a influência da nutrição na função genética.

A genética e a epigenética têm, portanto, perspectivas diferentes sobre o problema do paciente. Na genética o paciente é “vítima” da sua doença, neste caso só podemos manter a situação “sob controle”. A epigenética se concentra em fatores causais. Isto significa que quando as condições ambientais mudam, o paciente pode recuperar o controle da sua saúde.

Doenças genéticas e epigenéticas

Uma doença genética causada por um defeito em um gene específico é classificada como doença monogenética. Isto significa que a doença é causada por um único gene defeituoso. Um gene é composto de códigos específicos que chamamos de DNA. Erros (mutações) podem ocorrer nesses códigos. Uma dessas mutações pode estar na raiz de uma doença monogenética hereditária.

Ao contrário das doenças genéticas, os distúrbios epigenéticos não são causados ​​por mutações no DNA, mas surgem sob a influência de fatores ambientais, como alimentos, experiências traumáticas, estresse pré-natal e vários produtos químicos. Em termos moleculares, todos esses fatores ambientais podem ativar ou desativar genes específicos. As doenças genéticas (“erros ortográficos” no registo de ADN) ocorrem em 0,5% de todas as doenças hereditárias. As doenças genéticas são geralmente irreversíveis (por exemplo, síndrome de Down).

As doenças epigenéticas são anomalias na função genética nas quais o DNA permanece intacto. A doença epigenética pode ocorrer de duas maneiras.

1. O primeiro método é congênito (no útero ou quando genes prejudiciais são transmitidos pelo pai ou pela mãe).
2. A segunda forma é uma condição adquirida, em que alguém, por exemplo, desenvolve diabetes tipo 2 devido a um estilo de vida pouco saudável. O segundo método refere-se a influências externas - um fator epigenético, por exemplo, uma dieta desequilibrada ou uso de drogas. Esta categoria também inclui a maioria das doenças mentais e crónicas, que são geralmente reversíveis. Depois que uma pessoa restaura a função genética (por exemplo, usando uma dieta adequada), os sintomas desaparecem.

Transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH) - sobre correção do ponto de vista da medicina integrativa.

Materiais educativos para estudo e aplicação na prática:

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A saúde das nossas crianças: Autismo, Metais Pesados, Síndrome de Hiperatividade. Detalhes

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Dois gêmeos idênticos, geneticamente idênticos, criados no mesmo ambiente, exibiam funções neurológicas muito diferentes. Ambos os gêmeos carregavam a mesma mutação no gene da adrenoleucodistrofia ligada ao X (ALD), mas um gêmeo tinha cegueira, problemas de equilíbrio e perda de mielina no cérebro – características típicas da doença neurológica progressiva e fatal, e como o segundo gêmeo permaneceu saudável . A conclusão dos pesquisadores que relataram esta situação foi que “fatores não genéticos podem ser importantes para diferentes fenótipos de AVD” (Korenke et al., 1996). Para 1996, esta foi realmente uma conclusão muito importante, visto que a atenção da citogenética médica estava focada na sequência de nucleotídeos do DNA. Se as variações fenotípicas não podem ser explicadas pela sequência de nucleotídeos do DNA, então elas podem ser explicadas por fatores externos. Análogo aos gêmeos idênticos discordantes de ALD, descobriu-se que muitos gêmeos idênticos são discordantes para esquizofrenia, apesar das condições ambientais semelhantes em que cresceram (Petronis, 2004). Felizmente, a investigação da última década concentrou definitivamente a atenção nas alterações epigenéticas (modificações da informação genética que não afectam a sequência de nucleótidos no ADN) como uma explicação potencial para fenótipos discordantes em gémeos idênticos e em indivíduos que, por uma razão ou outra, , apresentam alterações idênticas na sequência de DNA (Dennis, 2003; Fraga et al., 2005).

Modificações epigenéticas controlam os padrões de expressão gênica em uma célula. Essas modificações são estáveis ​​e hereditárias, de modo que a célula-mãe do fígado, após se dividir, certamente dará origem a outras células do fígado. No caso de células que não se dividem, como os neurônios, a adaptação de regiões cromossômicas através de modificações na cromatina fornece um mecanismo para manter a informação epigenética e possivelmente medeia uma resposta neuronal reproduzível a estímulos específicos. O epigenótipo (estado epigenético de um locus genômico) é estabelecido com base na presença ou ausência de metilação do DNA, modificações na cromatina e atividades variadas de RNAs não codificantes que requerem esclarecimentos adicionais.

Em mamíferos, a metilação do DNA, o sinal epigenético mais estudado, ocorre predominantemente no carbono-5 dos dinucleotídeos CpG simétricos. O estado de metilação do DNA é mantido após a divisão celular através da atividade da DNA metiltransferase 1, que metila dinucleotídeos CpG hemimetilados em células-filhas. As modificações da cromatina envolvem modificações covalentes pós-tradução de caudas salientes de histonas amino-terminais pela adição de acetil, metil, fosfato, ubiquitina ou outros grupos. As modificações de metila podem ser mono-, di- ou tri-metilação. Estas modificações constituem um potencial "código de histonas" subjacente à estrutura específica da cromatina, que por sua vez influencia a expressão de genes vizinhos. Como a cromatina consiste em fitas de DNA compactadas enroladas em histonas, o padrão de dobramento do DNA na cromatina está, sem dúvida, subjacente às mudanças na atividade genética. Embora os códigos das histonas e as estruturas da cromatina possam ser transmitidos de forma estável das células-mãe para as células-filhas, os mecanismos subjacentes à replicação de tais estruturas não são totalmente compreendidos. O epigenótipo exibe plasticidade durante o desenvolvimento embrionário e pós-natal, dependendo de fatores ambientais e experiências de vida (ver abaixo “Interação da epigenética e do meio ambiente”); Assim, não é surpreendente que os epigenótipos possam contribuir não apenas para distúrbios do desenvolvimento embrionário humano, mas também para patologias pós-natais e até mesmo para doenças adultas. Uma classe de moléculas recentemente descoberta que desempenha um papel na sinalização epigenética são as moléculas de RNA não codificantes. Por muitos anos, a classe de RNA não codificador de proteínas (ncRNA) incluía apenas RNA de transporte, ribossômico e spliceossômico. No entanto, devido ao facto de sequências de nucleótidos dos genomas de muitos organismos diferentes terem sido disponibilizadas, bem como graças a estudos de genética molecular entre espécies (de Escherichia coli a humanos), a lista de ncRNAs expandiu-se, e isto levou a a identificação de centenas de pequenos ncRNAs, incluindo RNA nucleolar pequeno (RNA nucleolar pequeno - snoRNA), microRNA (micro RNA - miRNA), RNA de interferência curta (RNA de interferência curta - siRNA) e pequeno RNA de fita dupla. Algumas dessas pequenas moléculas de RNA regulam modificações da cromatina, impressão, metilação do DNA e silenciamento transcricional, que são discutidos em detalhes no capítulo “RNAi e montagem de heterocromatina”.

A primeira evidência definitiva do papel que a epigenética desempenha nas doenças humanas veio com a compreensão da impressão genómica e a descoberta de que alguns genes são regulados por este mecanismo (Reik, 1989). A impressão genômica é uma forma de regulação epigenética na qual a expressão de um gene depende se o gene é herdado da mãe ou do pai. Assim, num locus diplóide impresso há expressão desigual de alelos maternos e paternos. Em cada geração, as marcas de impressão específicas dos pais devem ser apagadas, “reiniciadas” e mantidas, tornando assim os locais de impressão vulneráveis ​​a qualquer tipo de erro que possa ocorrer durante este processo. Tais erros, bem como mutações em genes que codificam proteínas envolvidas na metilação do DNA, na ligação ao DNA metilado e nas modificações das histonas, contribuem para uma classe de distúrbios em rápido crescimento que afetam

Artigo para o concurso “bio/mol/texto”: A epigenética é uma área da ciência moderna em rápido desenvolvimento nos últimos anos. O papel mais óbvio dos mecanismos epigenéticos nos processos de desenvolvimento é quando, das células do embrião inicial, cujo DNA é exatamente o mesmo, surgem muitas células especializadas do organismo adulto que diferem umas das outras. Descobriu-se, no entanto, que este papel não se limita ao desenvolvimento e também pode manifestar-se após a sua conclusão. A pesquisa nos últimos anos mostrou que a saúde humana pode depender em grande parte das condições em que ocorreu o seu desenvolvimento inicial. Também foi revelado que modificações epigenéticas podem ser transmitidas às gerações subsequentes, afetando diversas manifestações fenotípicas em filhos e até netos.

O rápido estudo da epigenética nos aproxima da compreensão dos princípios mais fundamentais da estrutura e funcionamento dos sistemas internos de todos os organismos vivos.

Você sabia que nossas células têm memória? Eles lembram não apenas o que você costuma comer no café da manhã, mas também o que sua mãe e sua avó comeram durante a gravidez. As células lembram bem se você pratica esportes e com que frequência bebe álcool. A memória celular armazena seus encontros com vírus* e o quanto você foi amado quando criança. A memória celular decide se você tem tendência à obesidade e à depressão. E em grande parte graças à memória celular, diferimos dos chimpanzés, embora tenhamos aproximadamente a mesma composição genômica. A ciência da epigenética ajudou-nos a compreender esta característica surpreendente das nossas células.

* - O sistema imunológico faz isso com maestria, retendo anticorpos contra a maioria dos vírus que já invadiram o corpo. São os perfis individuais destes anticorpos que agora podem ser “lidos” através do método ViroScan, e toda a história das batalhas imunitárias pode ser registada usando um microlitro de sangue: “A investigação está a ser conduzida pelo ViroScan. Uma nova abordagem identifica a maioria dos vírus que os humanos encontraram."

Paisagens epigenéticas

A epigenética é uma área bastante jovem da ciência moderna. E embora não seja tão conhecido como sua “irmã” - a genética. Traduzido do grego, o prefixo “epi-” significa “acima”, “acima”, “acima”. Se a genética estuda os processos que levam a mudanças nos nossos genes, no DNA, então a epigenética estuda as mudanças na atividade genética, nas quais a estrutura primária do DNA permanece a mesma. A epigenética é como um “comandante” que, em resposta a estímulos externos (como nutrição, estresse emocional, atividade física), dá ordens aos nossos genes para aumentar ou, inversamente, enfraquecer a sua atividade.*

* — Os processos epigenéticos e fenômenos relacionados são descritos detalhadamente nos artigos: “Desenvolvimento e epigenética, ou a história do Minotauro”, “Relógio epigenético: quantos anos tem o seu metiloma?” , “Sobre todos os RNAs do mundo, grandes e pequenos”, “A sexta base do DNA: da descoberta ao reconhecimento”.

Talvez a definição mais ampla e ao mesmo tempo precisa pertença ao notável biólogo inglês, ganhador do Nobel Peter Medawar: “A genética sugere, mas a epigenética dispõe”.

O desenvolvimento da epigenética como um ramo separado da biologia molecular começou na década de quarenta do século passado. Em seguida, o geneticista inglês Conrad Waddington formulou o conceito de “paisagem epigenética” (Fig. 1), explicando o processo de formação do organismo. Demorou várias décadas até que a epigenética fosse levada a sério como uma nova disciplina científica. Esta situação persistiu por muito tempo porque a epigenética, com as suas conclusões, minou os dogmas estabelecidos na genética. Por exemplo, no que diz respeito à herança de características adquiridas. A situação com a descoberta dos elementos do genoma móvel de B. McClintock, nos quais poucas pessoas quiseram acreditar durante meio século, era quase uma imagem espelhada. Mas depois de uma série de trabalhos de definição realizados na década de 1970 por John Gurdon, Robin Halliday, Boris Vanyushin e outros, a epigenética foi finalmente levada a sério. E recentemente, na virada do milênio, uma série de experimentos brilhantes foram realizados, após os quais ficou claro que os mecanismos epigenéticos de influência no genoma não apenas desempenham um papel crítico no funcionamento dos sistemas do corpo, mas também podem ser herdados. ao longo de várias gerações. Vários laboratórios obtiveram imediatamente evidências que fizeram os geneticistas hesitar.

Figura 1. K.H. Waddington e seu desenho da "paisagem epigenética". A bola no topo representa as células iniciais não especializadas do embrião. Sob a influência de sinais genéticos e epigenéticos, a célula receberá uma trajetória de ontogênese (desenvolvimento) e se tornará especializada - uma célula do coração, do fígado, etc. Desenho do site www.computerra.ru.

Assim, em 1998, R. Paro e D. Cavalli realizaram experimentos com linhagens transgênicas de Drosophila, expondo-as ao calor. Depois disso, as moscas-das-frutas mudaram a cor dos olhos, e esse efeito, sem influência externa, persistiu por várias gerações (Fig. 2). Descobriu-se que o elemento cromossômico Fab-7 transmite herança epigenética durante a mitose e a meiose.

Figura 2. Olhos de duas moscas-das-frutas.
Diferentes cores de olhos são devidas a
mudanças epigenéticas.
Foto de www.ethlife.ethz.ch.

Em 2003, os cientistas americanos da Duke University R. Jirtle e R. Waterland conduziram um experimento com camundongos cutias transgênicos grávidos (camundongos cutias amarelos (Avy)), que tinham pêlo amarelo e predisposição à obesidade (Fig. 3). Eles adicionaram ácido fólico, vitamina B12, colina e metionina à comida dos ratos. Como resultado, surgiram descendentes normais sem anormalidades. Fatores nutricionais, que atuaram como doadores de grupos metil, neutralizaram o gene agouti, que causava desvios, pela metilação do DNA: o fenótipo de sua prole Avy foi alterado devido à metilação dos dinucleotídeos CpG no locus Avy. Além disso, o efeito da dieta persistiu em várias gerações subsequentes: filhotes de camundongos cutias, nascidos normais graças a suplementos nutricionais, deram à luz ratos normais. Embora já tivessem uma dieta normal, não enriquecida com grupos metila.

Figura 3. Ratos experimentais do laboratório de Randy Girtle.
Você pode ver como a cor do pelo dos filhotes muda dependendo
da ingestão materna de doadores de grupos metil - ácido fólico,
vitamina B 12, colina e metionina. Desenhando de.

Depois disso, em 2005, a revista Science publicou o trabalho de Michael Skinner e seus colegas da Universidade de Washington. Eles descobriram que quando o pesticida vinclozolina foi adicionado à dieta de ratas grávidas, a contagem de espermatozoides e a viabilidade de seus filhotes machos caíram drasticamente. E estes efeitos persistiram por quatro gerações. A sua ligação ao epigenoma foi claramente estabelecida: o declínio na função reprodutiva foi correlacionado com alterações na metilação do ADN na linha germinativa.

Os cientistas foram forçados a tirar uma conclusão sensacional: Alterações epigenéticas induzidas pelo estresse que não afetam a sequência de nucleotídeos do DNA podem ser corrigidas e transmitidas às próximas gerações!

O destino não está escrito apenas nos genes

Mais tarde descobriu-se que nos humanos a influência dos mecanismos epigenéticos (Fig. 4, 5) é igualmente grande. Os estudos que serão discutidos a seguir tornaram-se amplamente conhecidos - são mencionados em quase todos os trabalhos científicos sobre epigenética. Cientistas da Holanda e dos Estados Unidos, no final dos anos 2000, examinaram idosos holandeses nascidos imediatamente após a Segunda Guerra Mundial. O período de gravidez de suas mães coincidiu com um período muito difícil, quando estiveram na Holanda, no inverno de 1944-1945. havia fome real. Os cientistas foram capazes de estabelecer: o estresse emocional severo e a dieta das mães sem fome tiveram o impacto mais negativo na saúde dos futuros filhos. Nascidos com baixo peso à nascença, tinham várias vezes mais probabilidades de desenvolver doenças cardíacas, obesidade e diabetes na idade adulta do que os seus compatriotas nascidos um ou dois anos mais tarde (ou antes).

Uma análise do seu genoma mostrou a ausência de metilação do DNA precisamente nas áreas onde garante a preservação da boa saúde. Assim, em idosos holandeses cujas mães sobreviveram à fome, a metilação do gene do factor de crescimento semelhante à insulina 2 (IGF-2) foi significativamente reduzida, razão pela qual a quantidade de IGF-2 no sangue aumentou. E esse fator, como se sabe, tem uma relação inversa com a expectativa de vida: quanto maior o nível de IGF no organismo, menor a vida.

Figura 4. Estrutura da cromatina e mecanismos de modificações epigenéticas. A cromatina é um complexo de proteínas e nucleotídeos que garante armazenamento confiável e funcionamento normal do DNA. Em nossas células, a embalagem do DNA é como um depósito de bijuterias. Caso contrário, é impossível encaixar uma hélice de DNA com dois metros de comprimento em um pequeno núcleo celular. A fita de DNA é enrolada em uma volta e meia em torno de numerosas “contas” chamadas nucleossomos. Esses nucleossomos, por sua vez, consistem em diversas proteínas especiais, histonas. As histonas têm “caudas” - protuberâncias proteicas que podem ser alongadas ou encurtadas por enzimas especiais. O comprimento dessa “cauda” afeta diretamente o nível de atividade dos genes localizados próximos a ela. Desenhando de.

Os cientistas neozelandeses P. Gluckman e M. Hanson conseguiram formular uma explicação lógica para a relação entre a quantidade de comida que uma mãe ingere durante a gravidez e a saúde da criança. Em 2004, seu artigo foi publicado na revista Science, no qual formularam a “hipótese de incompatibilidade”. De acordo com isso, em um organismo em desenvolvimento, no nível epigenético, pode ocorrer uma adaptação preditiva às condições ambientais esperadas após o nascimento. Se a previsão se confirmar, aumenta as chances de sobrevivência do organismo no mundo onde viverá; caso contrário, a adaptação vira desadaptação, ou seja, uma doença. Por exemplo, se durante o desenvolvimento intrauterino o feto recebe quantidade insuficiente de alimento, ocorrem nele alterações metabólicas destinadas a armazenar recursos alimentares para uso futuro, “para um dia chuvoso”.

Se houver realmente pouca comida após o nascimento, isso ajuda o corpo a sobreviver. Se o mundo em que uma pessoa se encontra se revelar mais próspero do que o previsto, esta natureza “económica” do metabolismo pode levar à obesidade e à diabetes tipo 2 em fases posteriores da vida. Esta é a opção que vemos com mais frequência hoje.

Figura 5. Estrutura cristalina de raios X de um nucleossomo. As histonas são mostradas em amarelo, vermelho, azul e verde. Desenhando de.

Em geral, podemos afirmar com segurança que o período de gravidez e os primeiros meses de vida são os mais importantes na vida de todos os mamíferos, inclusive os humanos. Todos os dados disponíveis hoje afirmam que é neste período que são lançadas todas as bases da saúde não só física, mas também mental de uma pessoa. E a influência desse período inicial da vida é tão grande que só desaparece na velhice, moldando - de uma forma ou de outra - o destino de uma pessoa. Como bem disse o neurocientista alemão Peter Sporck, “na velhice, a nossa saúde é por vezes muito mais influenciada pela dieta da nossa mãe durante a gravidez do que pela comida no momento actual da vida”. É difícil de acreditar, mas os fatos indicam isso claramente.

A epigenética ajudou a tirar uma conclusão muito importante: literalmente, toda a vida futura da criança dependerá do que a mãe comeu durante a gravidez, do estado psicológico em que ela se encontrava e de quanto tempo ela dedicou ao bebê nos primeiros anos após seu nascimento. . Neste momento, as bases de tudo estão lançadas.

Metilação do DNA

Figura 6. Metilação da base citosina do DNA. Diagrama de citosina metilada. Oval verde com seta a principal enzima de metilação é mostrada - DNA metiltransferase (DNMT), círculo vermelho- grupo metil (-CH 3). Desenho do site www.myshared.ru.

O mecanismo mais estudado de regulação epigenética da atividade gênica é o processo de metilação, que consiste na adição de um grupo metil (um átomo de carbono e três átomos de hidrogênio, -CH3) às bases citosina do DNA encontradas no dinucleotídeo CpG (Fig. 6). ). Já se sabe que a metilação do DNA em eucariotos é específica da espécie, e em invertebrados o grau de metilação do genoma é muito baixo em comparação com vertebrados e plantas. As bases para a compreensão das funções da metilação foram lançadas há meio século pelo professor B.F. Vanyushin e seus colegas. Embora se acredite comumente (e muito corretamente) que a metilação “desliga” um gene, impedindo que as proteínas reguladoras entrem em contato com o DNA, o fenômeno oposto também foi descoberto. Às vezes, a metilação do DNA é um pré-requisito para a interação com proteínas - foram descritas proteínas especiais de ligação a m5CpG.

A metilação do DNA tem o maior significado prático de todos os mecanismos epigenéticos, uma vez que está diretamente relacionada à dieta, ao estado emocional, à atividade cerebral e a outros fatores. Então vale a pena falar sobre isso com mais detalhes. E começaremos com a dieta.

Hoje já se sabe que muitos produtos alimentícios contêm componentes que de certa forma afetam os processos epigenéticos. Quase todas as mulheres sabem que é muito importante consumir ácido fólico suficiente durante a gravidez. A epigenética ajuda-nos a compreender a importância excecional deste ácido na dieta: afinal, trata-se de metilação do ADN. O ácido fólico, juntamente com a vitamina B12 e o aminoácido metionina, é um doador (“fornecedor”) de grupos metil necessários para a metilação normal. A metilação está diretamente envolvida em muitos processos associados ao desenvolvimento e formação de todos os órgãos e sistemas da criança: inativação do cromossoma X no embrião, e na impressão genómica, e na diferenciação celular*. Conseqüentemente, ao tomar ácido fólico, a futura mãe tem boas chances de ter um filho saudável e sem anomalias.

* - Isso está escrito em detalhes nos artigos sobre “biomolécula”: “A misteriosa jornada do RNA não codificante Xist ao longo do cromossomo X” e “Histórias da vida do cromossomo X de uma lombriga hermafrodita”.

A vitamina B12 e a metionina são quase impossíveis de obter em uma dieta vegetariana, pois são encontradas principalmente em produtos de origem animal. E a deficiência de vitamina B12 e metionina causada pelas dietas de jejum de uma mulher grávida pode ter consequências mais desagradáveis ​​​​para a criança. Foi descoberto recentemente que a falta dessas duas substâncias na dieta, assim como do ácido fólico, pode causar uma violação da divergência cromossômica no feto. E isso aumenta muito o risco de ter um filho com síndrome de Down, o que costuma ser considerado um simples acidente trágico. Diante destes fatos, a responsabilidade dos pais aumenta muito e agora será difícil atribuir tudo a um acidente.

Sabe-se também que a desnutrição e o estresse durante a gravidez alteram para pior a concentração de vários hormônios no corpo da mãe e do feto: glicocorticóides, catecolaminas, insulina, hormônio do crescimento, etc. o embrião (remodelação da cromatina) nas células do hipotálamo e da glândula pituitária. O que isto significa? O fato de o bebê nascer com uma função distorcida do sistema regulador hipotálamo-hipófise. Por causa disso, ele será menos capaz de lidar com estresses de natureza muito diferente: infecções, estresse físico e mental, etc. É bastante óbvio que, ao comer mal e ao se preocupar durante a gravidez, a mãe faz do seu filho ainda não nascido um perdedor, vulnerável por todos os lados.

Plasticidade do epigenoma: perigos e oportunidades

Descobriu-se que, tal como o stress e a desnutrição, a saúde fetal pode ser afetada por inúmeras substâncias que distorcem os processos normais de regulação hormonal (Fig. 7). Eles são chamados de “desreguladores endócrinos” (destruidores). Essas substâncias, via de regra, são de natureza artificial: a humanidade as obtém industrialmente para suas necessidades. O exemplo mais marcante e negativo talvez seja o bisfenol A, que tem sido utilizado há muitos anos como endurecedor na fabricação de produtos plásticos. É encontrado em todos os recipientes plásticos usados ​​atualmente na indústria alimentícia: garrafas plásticas de água e bebidas, recipientes para alimentos e muito mais. O bisfenol A está presente em latas de alimentos e bebidas enlatadas (revestimento das latas), bem como em obturações dentárias.

Figura 7. Componentes moleculares do desenvolvimento de anormalidades sob a influência de “disruptores endócrinos”: bisfenol A (A) E ftalatos (B). Desenhando de. Clique na imagem para visualizá-la em tamanho real.

Os efeitos negativos mesmo de pequenas concentrações de BPA são muitos e variados, e sua prevalência é tal que hoje é quase impossível encontrar uma pessoa sem BPA no corpo. É constantemente encontrado não apenas no sangue, mas também no leite materno e no sangue do cordão umbilical de mulheres grávidas. Além disso, no líquido amniótico (líquido que envolve o embrião), a concentração de bisfenol A é várias vezes superior ao seu conteúdo no soro sanguíneo da mãe. Em 2003-2004 Pesquisadores americanos do Centro de Controle e Prevenção de Doenças obtiveram os seguintes resultados sobre a prevalência do bisfenol A: das 2.517 pessoas examinadas, 92% tinham bisfenol na urina, e sua concentração era significativamente maior no organismo de crianças e adolescentes, que ainda têm organismos com “sistemas de purificação” mal formados.

É óbvio que, de uma forma ou de outra, como resultado do contato dos alimentos com o plástico, alguma parte do bisfenol entra no corpo humano. As consequências desse “enriquecimento” estão atualmente sob estudo ativo. Mas já estão a surgir factos alarmantes.

Assim, biólogos da Harvard Medical School - Katherine Rakowski e seus colegas - descobriram a capacidade do bisfenol A de inibir a maturação do óvulo e, assim, levar à infertilidade. O bisfenol aumentou muito a incidência de anomalias cromossômicas nos ovos. A conclusão dos cientistas foi inequívoca: “Como o contacto com esta substância ocorre em todo o lado, os médicos precisam de saber que o bisfenol A pode causar perturbações significativas no sistema reprodutor”.

Seus colegas da Universidade de Columbia revelaram outro fato alarmante em experimentos com animais. Eles descobriram a capacidade do bisfenol A de apagar diferenças entre os sexos e estimular o nascimento de filhos com tendências homossexuais. Sob a influência do bisfenol, a metilação normal dos genes que codificam os receptores de estrogênio, hormônios sexuais femininos, foi interrompida. Por conta disso, os camundongos machos nasceram com caráter “feminino” - dóceis e calmos. A diferença no comportamento de homens e mulheres desapareceu. O Professor F. Champaign e os seus colegas foram forçados a dizer: “Mostrámos que a exposição a baixas doses de BPA causa danos epigenéticos permanentes no cérebro, o que pode estar subjacente aos efeitos duradouros do BPA na função cerebral e no comportamento – particularmente no sexo cruzado. populações.” diferenças.”

Outros estudos mostram que o bisfenol A tem atividade estrogênica muito forte (não é à toa que é chamado de “xenoestrogênio onipresente”) e é capaz de alterar o perfil de metilação e, portanto, a atividade de alguns genes (por exemplo, Hoxa10) durante desenvolvimento embrionário. As consequências disso para a saúde humana podem ser as mais desfavoráveis ​​​​- na idade adulta aumenta o risco de desenvolver certas doenças (obesidade, diabetes, distúrbios reprodutivos, etc.).

Mas, felizmente, também existem contra-exemplos. Assim, sabe-se que o consumo regular de chá verde pode reduzir o risco de câncer, uma vez que contém a substância epigalocatequina-3-galato, que pode ativar genes que suprimem o crescimento tumoral por meio da desmetilação de seu DNA. Um modulador de processos epigenéticos muito popular nos últimos anos é a genisteína, contida em produtos de soja. Muitos investigadores associam diretamente o teor de soja na dieta dos asiáticos à sua menor suscetibilidade a certas doenças relacionadas com a idade.

O personagem é o destino?

A epigenética também nos ajudou a compreender porque é que algumas pessoas são resilientes e optimistas, enquanto outras são propensas ao pânico e à depressão*. Como é habitual no mundo científico, os primeiros experimentos foram realizados com animais. Essa série de trabalhos ficou amplamente conhecida e ficou conhecida como “lambendo e arrumando”. Biólogos canadenses da Universidade McGill - Michael Meaney e seus colegas - começaram a estudar a influência dos cuidados maternos em ratos nos primeiros meses de vida dos filhotes. Dividindo os filhotes em dois grupos, eles retiraram uma parte da ninhada das mães imediatamente após o nascimento. Não recebendo cuidados maternos na forma de lambidas, todos esses filhotes cresceram “inadequados”: nervosos, insociáveis, agressivos e covardes.

* - Mais informações sobre isso podem ser encontradas nos artigos sobre “biomolécula”: “Desenvolvimento e epigenética, ou a história do minotauro” e “Epigenética do comportamento: como a experiência da sua avó afeta seus genes”.

Todos os filhotes do grupo que recebeu cuidados maternos completos desenvolveram-se como os ratos deveriam: enérgicos, bem treinados e socialmente ativos. Qual é a razão para uma diferença tão marcante? Por que o cuidado materno teve influência decisiva no desenvolvimento das características mentais da prole? A análise de DNA ajudou a responder a essas perguntas.

Ao examinar o DNA dos ratos, os cientistas descobriram que os filhotes que não foram lambidos pelas mães experimentaram mudanças epigenéticas negativas em uma área do cérebro chamada hipocampo. O número de receptores para hormônios do estresse foi reduzido no hipocampo. E foi justamente por isso que se observou uma reação inadequada do sistema nervoso aos estímulos externos: a glândula pituitária deu um comando para a produção excessiva de hormônios do estresse. Em outras palavras, aquelas situações que foram toleradas com calma por ratos comuns causaram estresse inapropriadamente forte nos filhotes que não receberam cuidados maternos.

Acontece que tudo o que foi descrito acima aplica-se absolutamente ao desenvolvimento humano. Numerosos estudos foram realizados com crianças privadas de cuidados parentais ou expostas a alguma forma de violência na primeira infância. Todas essas crianças, sem exceção, cresceram posteriormente com uma ou outra função distorcida do sistema nervoso. E essas distorções foram fixadas epigeneticamente nas células cerebrais. Todas essas crianças eram caracterizadas por uma reação inadequada até mesmo a estímulos fracos que normalmente eram percebidos por crianças prósperas. Tudo isso formou na idade adulta uma tendência ao alcoolismo, ao vício em drogas, ao suicídio e outras ações inadequadas. É por isso que os primeiros anos após o nascimento são decisivos na formação do comportamento social e lançam todas as bases do caráter. Quanto tempo os pais dedicam ao bebê durante esse período determinará todo o seu futuro: se ele será psicologicamente estável, sociável e bem-sucedido, ou se será propenso a depressão e distúrbios.

É claro que a influência do epigenoma também se estende aos processos associados ao envelhecimento. Com a idade, pode-se observar uma diminuição geral da metilação, incluindo as regiões misteriosas do genoma que constituem quase metade de toda a sequência do DNA - os elementos genéticos móveis (MGE). Foram descobertas há meio século pela Prémio Nobel Barbara McClintock como sequências que, ao contrário dos genes normais, podem mover-se ao longo do ADN de uma forma surpreendente*. Excessivamente ativados com a idade devido à desmetilação, os MGEs desestabilizam o genoma, causando rearranjos cromossômicos indesejados.

Além disso, com a idade, tornam-se claras alterações na metilação de genes associados a doenças relacionadas à idade: aterosclerose, hipertensão, diabetes, doença de Alzheimer, etc. Além disso, foi descoberta uma ligação direta entre alterações no epigenoma com a produção de espécies reativas de oxigênio, bem como com a função de uma das proteínas que recebe muita atenção dos gerontologistas: a proteína p66Shc, batizada pelo Acadêmico V.P. Skulachev “um mediador da morte programada do organismo”. E, portanto, o conhecimento da base epigenética das alterações relacionadas com a idade pode trazer-nos benefícios significativos na luta pelo prolongamento da vida e pelo envelhecimento saudável.

Resultados e perspectivas

O estudo dos mecanismos epigenéticos ajudou a compreender uma verdade muito importante: o destino humano é formado em grande parte não por previsões astrológicas, mas pelo comportamento da própria pessoa e de seus pais. A epigenética mostra claramente que muito na vida depende de nós e que temos o poder de mudar as nossas vidas para melhor.

A epigenética também confunde as fronteiras entre os humanos e o meio ambiente. Obviamente, ninguém pode sentir-se seguro enquanto se pratica o uso em larga escala de produtos químicos perigosos. Os pesticidas vinclozolina e metoxicloro, que são utilizados na agricultura e actuam como “desreguladores endócrinos”, o mercúrio dos resíduos industriais e o bisfenol A do plástico em decomposição penetram no solo e na água dos rios e mares. E então, junto com a comida e a água, entram no corpo humano. E esta é uma ameaça real para a humanidade.

Mas também há boas notícias. Ao contrário da informação genética relativamente estável, as “marcas” epigenéticas podem ser reversíveis sob certas condições. E isso permite desenvolver estratégias e métodos fundamentalmente novos para combater as doenças mais comuns: métodos que visam eliminar * aquelas modificações epigenéticas que surgiram nos humanos sob a influência de fatores desfavoráveis. Não é por acaso que alguns cientistas chamam o século atual de século da epigenética. Ao estudar a história do desenvolvimento das ciências naturais, da biologia e da genética em particular, pode-se ter a impressão de que todos os anos anteriores foram uma grande etapa preparatória, um acúmulo de forças antes de descobertas verdadeiramente superimportantes. E hoje provavelmente estamos no limiar dessas descobertas.

* - Como isso pode ser implementado (e já está sendo implementado) está descrito no artigo "Comprimidos para o epigenoma"