علم تأثير التغذية على صحة الانسان من خلال تعديل الجينات

علم تأثير التغذية على صحة الانسان من خلال تعديل الجينات Nutriepigenomics هو دراسة المغذيات الغذائية وتأثيراتها على صحة الإنسان من خلال التعديلات الوراثية. حيث هناك أدلة كثيرة على أن الاختلالات الغذائية أثناء الحمل والرضاعة ترتبط بالأمراض غير المعدية، مثل السمنة وأمراض القلب والأوعية الدموية والسكري وارتفاع ضغط الدم والسرطان. إذا حدثت اضطرابات أيضية خلال فترات زمنية حرجة للتطور، فإن التغيرات الوراثية الناتجة يمكن أن تؤدي إلى تغيرات دائمة في الأنسجة وأعضاء الجسم أو وظيفة وتؤهب الأفراد للمرض.
 نظرة عامة 
يتعلق علم التخلق بالتغيرات الوراثية في وظيفة الجينات التي تحدث بشكل مستقل عن التغيرات في تسلسل الحمض النووي الأساسي. هناك آليتان جينيتان رئيسيتان متعلقتان في علم التغذية الوراثي nutriepigenomics، هما ميثلة الحمض النووي وتعديل هيستون  DNA methylation and histone modification. مثيلة الحمض النووي في المناطق المروج للجينات عادة ما تؤدي إلى إسكات الجينات وتؤثر على التعبير الجيني. في حين أن هذا النوع من إسكات الجينات مهم للغاية في التطور والتمايز الخلوي، إلا أن مثيلة الحمض النووي الشاذ يمكن أن تكون ضارة وقد تم ربطها بمختلف عمليات الأمراض، مثل السرطان.Berdasco M, Esteller M. Aberrant epigenetic landscape in cancer: How cellular identity goes awry. Dev Cell. 2010 Nov 16;19(5):698-711  . غالبًا ما يتم اشتقاق مجموعات الميثيل المستخدمة في ميثلة الحمض النووي من مصادر غذائية، مثل الفولات والكولين، وتشرح لماذا يمكن أن يكون للغذاء تأثير كبير على أنماط الميثيل والتعبير الجيني.Pozharny Y, Lambertini L, Clunie G, Ferrara L, Lee MJ. Epigenetics in women's health care. Mt Sinai J Med. 2010 Mar;77(2):225-35  . يمكن أيضًا تعزيز إسكات الجينات من خلال عملية من الانزيم histone deacetylases لتقليل تنشيط النسخ. على العكس من ذلك، يستحث أستون هيستون تنشيط النسخ لزيادة التعبير الجيني. يمكن للمكونات الغذائية أن تؤثر على هذه الأحداث اللاجينية، وبالتالي تغيير وظائف التعبير الجيني والقلق مثل التحكم في الشهية، والتوازن الأيضي metabolic balance ، واستخدام السعرات الحرارية.

يمكن استهداف المتواليات الجينية المختلفة لتعديل الجينات. وجد تحليل واسع النطاق في الفئران أن اتباع نظام غذائي مقيد بالبروتين أثناء الحمل نتج عنه تعبير جيني تفريقي في حوالي 1٪ من جينات الجنين التي تم تحليلها (235 / 22,690). على وجه التحديد، شوهد تعبير متزايد في الجينات المشاركة في مسار p53، موت الخلية المبرمج، المنظمين السلبيين لعملية التمثيل الغذائي للخلايا، والجينات المرتبطة بالتحكم اللاجيني.Gheorghe CP, Goyal R, Holweger JD, Longo LD. Placental gene expression responses to maternal protein restriction in the mouse. Placenta. 2009 May;30(5):411-7   وتحدثت دراسات إضافية عن تأثير نظام الحمية PR في الفئران ووجدت تغييرات في مثيلة المروج لكل من مستقبلات الجلوكورتيكويد ومستقبلات البيروكسيسوم المنشطة للناشر (PPAR).Lillycrop KA, Phillips ES, Torrens C, Hanson MA, Jackson AA, Burdge GC. Feeding pregnant rats a protein-restricted diet persistently alters the methylation of specific cytosines in the hepatic PPAR alpha promoter of the offspring. Br J Nutr. 2008 Aug;100(2):278-82   Lillycrop KA, Slater-Jefferies JL, Hanson MA, Godfrey KM, Jackson AA, Burdge GC. Induction of altered epigenetic regulation of the hepatic glucocorticoid receptor in the offspring of rats fed a protein-restricted diet during pregnancy suggests that reduced DNA methyltransferase-1 expression is involved in impaired DNA methylation and changes in histone modifications. Br J Nutr. 2007 Jun;97(6):1064-73   يمكن أن يؤدي التعبير المعدل عن هذه المستقبلات إلى ارتفاع مستويات الغلوكوز في الدم ويؤثر على عمليات أيض الدهون والكربوهيدرات.  كما أن تغذية نظام غذائي للعلاج الطبيعي للفئران الحامل و / أو المرضعة زاد من التعبير عن جلوكوكيناز، وكربوكسيلاز الأسيتيل، و PPARα ، وأكسيداز الأسيلاز.Burdge GC, Lillycrop KA. Nutrition, epigenetics, and developmental plasticity: Implications for understanding human disease. Annu Rev Nutr. 2010 Aug 21;30:315-39   وتفيد التقارير أن التغييرات في التعبير كانت بسبب التنظيم اللاجيني إما لمروج الجين نفسه، أو مروجي عوامل النسخ التي تنظم التعبير الجيني. تشمل الجينات الإضافية التي تم تبينها، سواء عن طريق الدراسات المختبرية أو في الجسم الحي، التي تنظمها الآليات اللاجينية، اللبتين، SOCS3 ، ناقل الجلوكوز (GLUT) -4، POMC ، 11-hyd-hydroxysteroid dehydrogenase type 2، وإفراز هرمون كورتيكوستيروفين من النوع 2. قد يؤدي التعديل اللاجيني لهذه الجينات إلى «البرمجة الأيضية» للجنين ويؤدي إلى تغييرات طويلة الأجل في التمثيل الغذائي واستقرار الطاقة.Tamashiro KL, Moran TH. Perinatal environment and its influences on metabolic programming of offspring. Physiol Behav. 2010 Jul 14;100(5):560-6  

 نيوتريابي جينوميك والتنمية 
تعد فترة التطور التي يحدث فيها عدم التوازن في التغذية مهمة جدًا في تحديد الجيناتالمرتبطة بالأمراض التي ستتأثر وستؤثر على صحة الانسان. للأعضاء المختلفة في جسم الانسان مراحل نمو حرجة، والنقطة الزمنية التي يتعرضون فيها للخطر سوف تحضر الأفراد لأمراض محددة.Hanley B, Dijane J, Fewtrell M, Grynberg A, Hummel S, Junien C, Koletzko B, Lewis S, Renz H, Symonds M, Gros M, Harthoorn L, Mace K, Samuels F, van Der Beek EM. Metabolic imprinting, programming and epigenetics - a review of present priorities and future opportunities. Br J Nutr. 2010 Jul;104 Suppl 1:S1-25   لا يمكن التعبير عن Epigenetic modifications التي تحدث أثناء التطور إلا في وقت لاحق من الحياة حسب وظيفة الجين function of the gene. ، بينما تشير معظم الدراسات إلى فترات ما قبل الولادة وما حولها كاسباب زمنية حرجة، فقد أظهرت بعض الأبحاث أن المدخول التغذوي nutritional intake خلال مرحلة البلوغ يمكن أن يؤثر أيضًا على الجينوم.

 مرحلة ما قبل الولادة 

اللدونة التنموية (Developmental plasticity) هي العملية التي يتكيف فيها الأجنة مع بيئتهم. والتي يمكن أن تؤدي الإشارات البيئية، بما في ذلك المكونات الغذائية الموجودة في بيئة الرحم، إلى إحداث تغييرات كبيرة في التعبير عن الجينوم من خلال التعديلات الجينية.  يمكن أن تتسبب استجابات الجنين التنموية اللدنة (Fetal developmental plastic responses) في حدوث تغيرات في كتلة الجسم الخالية من الدهون والغدد الصماء وتدفق الدم وتحميل الأوعية الدموية، وتؤدي إلى زيادة خطر الإصابة بأمراض مختلفة في مرحلة البلوغ.
 انخفاض الوزن عند الولادة 
إن تعرض الجنين لعدد من العناصر والمركات منها الكالسيوم والفولات والمغنيسيوم والبروتين المرتفع أو المنخفض والزنك، كلها لها علاقة بالوزن عند الولادة.  بحثت العديد من الدراسات في العلاقة بين الوزن عند الولادة وخطر الإصابة بالأمراض، ووجدت أن انخفاض الوزن عند الولادة يرتبط بشكل كبير بأمراض القلب التاجية والسكتة الدماغية والسكري من النوع الثاني. الأهم من ذلك، حدثت هذه الارتباطات بعد التعديل لعوامل نمط الحياة، مما يعني وجود أساس وراثي لظهور المرض.Simmons R. Epigenetics and maternal nutrition: Nature v. nurture. Proc Nutr Soc. 2010 Nov 29:1-9  يرتبط إفراز الأنسولين الضعيف بانخفاض الوزن عند الولادة ويمكن أن يؤدي إلى مقاومة الأنسولين مع تراكم الأطفال للدهون في الجسم.Jensen CB, Storgaard H, Dela F, Holst JJ, Madsbad S, Vaag AA. Early differential defects of insulin secretion and action in 19-year-old caucasian men who had low birth weight. Diabetes. 2002 Apr;51(4):1271-80  وجدت الدراسات التي أجريت على الفئران المتخلفة عن النمو داخل الرحم (IUGR) أن تثبيط النمو يمكن أن يؤدي إلى انخفاض التعبير عن عامل النسخ Pdx1 ، وهو أمر ضروري للتمايز ووظيفة خلايا بيتا البنكرياسية.Park JH, Stoffers DA, Nicholls RD, Simmons RA. Development of type 2 diabetes following intrauterine growth retardation in rats is associated with progressive epigenetic silencing of Pdx1. J Clin Invest. 2008 Jun;118(6):2316-24  إن انخفاض histone acetylation عند المروج القريب لـ Pdx1 هو المسؤول عن تقليل التعبير Pdx1، وبالتالي ينتج عنه سلسلة من الاحداث histone deacetylation و methylation والتي يمكن أن تؤدي إلى داء السكري من النوع 2.

 البدانة 

 حمض الفوليك 

 مرحلة قرب الولادة 
 صحة العظام 
التطور العصي
 السكري النوع الثاني 
 مرحلة البلوغ 

 انظر أيضا 
 علم التخلق
 Genome مجموع مورثي
 علم الأوبئة الجزيئي
 Nutritional epidemiology علم الأوبئة الغذائية
 مراجع 

تصنيف:تغذية
تصنيف:جينات الكروموسوم البشري
تصنيف:جينومات متسلسلة
تصنيف:علم التخلق