Регуляція активності генів через харчування дієту. Фізіологічні основи

Дитячий вік характеризується значними змінами в дієті дитини. Далі сну сайті будуть опубліковані статті присвячені питанням впливу цих змін на експресію генів у клітинах скелетних м`язів (як приклад кінцевої точки дії у людини) і кишечнику (місце «взаємодії» організму дитини з їжею).

На відміну від інших органів кишечник дитини погано захищений від змін у характері харчування. У плода кишечник стерильний, і харчування плоду має гемотрофного характер. Після народження дитини його кишечник взаємодіє з досить складною за складом їжею, що містить різні інгредієнти в мінливих концентраціях. У міру дорослішання дитини склад споживаної ним їжі стає більш складним.

зміна експресії генів - Та галузь медицини, якої останнім часом присвячується все більшу кількість досліджень. Розуміння того, що експресія генів є важливим аспектом виникнення багатьох захворювань (і не тільки спадкових), привело дослідників до думки про можливість розробки нових терапевтичних підходів. В останні роки найбільшу увагу було приділено питанням переваг, які можна отримати при зміні експресії генів за допомогою впровадження нового генетичного матеріалу в клітину.

але експресію генів можна змінити і іншими засобами, наприклад зміною молекулярного оточення клітини. Використання природного відповіді клітини на зміну її молекулярного оточення являє собою новий, досить варіабельний спосіб зміни експресії генів. Були запропоновані багато методи зміни навколишнього середовища клітини, але ніяка дія не змінює її так, як варіабельність дієти. Отже, майбутнє харчування як інструменту терапії може бути пов`язано з його здатністю впливати на регуляцію генів.
У цих статтях на нашому сайті обговорюються деякі наукові підходи, що становлять основу для можливої розробки нових засобів терапії в майбутньому.

Імовірність того, що дитина доживе до репродуктивного віку і старше, визначається в цілому здатністю його організму відповідати на зовнішні впливи. Це стосується кожного органу людини. Багато органів і системи мають два рівня відповіді на зовнішні впливи. Один з них - швидкий відповідь, який може вимірюватися секундами з моменту впливу будь-якого подразника.

прикладами швидкого реагування клітин можуть служити скорочення м`язових волокон у відповідь на нейрональне імпульс або розпад глікогену печінки у відповідь на гіпоглікемію. Така відповідь не передбачає зміни експресії генів. Клітини підтримують себе в статусі «готовності», синтезуючи білки, активність яких швидко змінюється у відповідь на зовнішній вплив. Крім швидкої відповіді існує і повільну відповідь, що знаходиться під генетичним контролем.

Наприклад, при підвищенні фізичного навантаження відзначається збільшення м`язової маси. Це обумовлено зміною активності ферментів, необхідних для задоволення зрослих метаболічних потреб. Подібно до цього, постійна взаємодія печінки з лікарськими препаратами стимулює експресію ферментів, які каталізують їх розпад.

Відомі лише деякі зовнішні стимули, важливіші, ніж зміни дієти. Метаболічні процеси, що лежать в основі швидкої відповіді клітин на варіабельність дієти, були вивчені у людини та інших ссавців. Незважаючи на це, залишаються маловивченими ті механізми, завдяки яким відбуваються зміни в експресії генів у відповідь на стимуляцію змінами в дієті. Це викликає подив, оскільки дослідження нутритивного змін у бактерій лягло в основу розуміння деяких з найбільш фундаментальних механізмів експресії генів.

першим дослідженням феномена генної регуляції було вивчення індукції протеїнів, що беруть участь в транспорті і гідролізі лактози (лактозна оперон), при додаванні лактози до культури бактерій. Дані спостереження породили цілий ряд досліджень, що стосуються інших регуляторних генів бактерій і одноклітинних еукаріотичних організмів, наприклад дріжджових грибів. Іншим прикладом взаємодії нутрієнтів і генів є підвищення експресії бактеріальних генів, що регулюють вироблення триптофану в тих випадках, коли відзначається недолік цієї амінокислоти (триптофанового оперон).

Прогрес у вивченні взаємодії нутрієнтів і генів в клітині не настільки очевидний з двох причин. По-перше, молекулярні механізми, що контролюють експресію генів, в цих клітинах більш складні, ніж у бактерій. По-друге, досить складно визначити ті метаболіти компонентів їжі, які відповідальні за індукцію таких змін. У цьому розділі будуть розглянуті деякі з останніх досягнень у вивченні ролі харчування в експресії генів у людини і деяких інших ссавців.

зміни дієти в кінцевому підсумку впливають на стан багатьох клітин людського організму, проте епітелій шлунково-кишкового тракту першим відчуває на собі будь-яка зміна харчування. У зв`язку з цим велика частина таких статей на нашому сайті буде присвячена обговоренню того, яким чином нутритивні фактори можуть змінювати експресію генів в епітеліальних клітинах кишечника. Також буде зроблено акцент на важливості взаємодії між нутрієнтами і генами для фізіології людини.

І нарешті, з огляду на, що дієта може бути потенційним способом впливу на різні захворювання, будуть розглянуті можливості нутритивной терапії в дитячому віці в світлі її ефекту щодо експресії генів.

Фізіологічне значення нутритивной регуляції експресії генів

- Задоволення потреби органу в певних нутрієнтів
- Управління створенням запасів нутрієнтів, необхідних іншим органам
- Продукція гормонів, необхідних для всього організму в цілому
- Пряма взаємодія з навколишнім організм середовищем на рівні шлунково-кишкового тракту

Відео: Суспільство і старіння сучасний погляд 1 я лекція

У різних ситуаціях може відзначатися диференційоване вплив нутрієнтів на експресію генів. По-перше, гени можуть бути схильні до процесу підвищення експресії з метою більш повного забезпечення яким-небудь компонентом їжі, дефіцит якого відчуває в даний момент організм. Прикладами білків, які можуть бути стимульовані за допомогою нутрієнтів, є переносники (транспортери) нутрієнтів і ферменти, що беруть участь в їх метаболізмі.

По-друге, при надлишку будь-якого нутриента може змінюватися експресія генів, необхідних для створення запасу в організмі саме цього компонента їжі. По-третє, нутрієнти регулюють секрецію гормонів, контролюючих сталість метаболічних процесів. Наприклад, для того щоб підтримати постійний рівень глюкози, у відповідь на збільшення вуглеводного навантаження підвищується синтез інсуліну. І, нарешті, їжа, будучи частиною нашого середовища проживання, являє собою певну проблему для клітин, які безпосередньо з нею контактують. В першу чергу це стосується епітелію шлунково-кишкового тракту. Здатність цих клітин змінювати експресію їх генів у відповідь на зміни в дієті є один із способів, за допомогою яких епітелій кишечника контролює кишкову середу.

Відео: Відкритий вебінар "безпечне схуднення"

Були виявлені певні фундаментальні характеристики тих механізмів, які складають основу кожного з перерахованих аспектів взаємодії нутрієнтів і генів. Ці характеристики мають на увазі специфічну взаємодію між клітиною і будь-яким нутрієнтом (так званий sensing) і механізм, за допомогою якого ця взаємодія трансформується в зміна експресії генів (механізм сигнальної трансдукції). Суть цих процесів до теперішнього часу вивчена мало, проте деякі аспекти молекулярної біології, що стосуються двох цих функцій, будуть висвітлені в подальших статтях на нашому сайті.