Tápanyagok és gének dossziéja - Danone Intézet
A tápanyagok képesek modulálni a specifikus gének expresszióját. Ez a kezdetben adaptív folyamat bizonyos patológiák eredetét képezheti, de a jövőben terápiás célokra is felhasználható.
Az élőlények folyamatos kölcsönhatásban vannak a környezetükkel. A molekuláris biológia legújabb fejleményei azt mutatják, hogy az étel számos gén expressziójára hat, ami a test alkalmazkodását okozza, amely egyénenként változhat.
I - A GEN KIFEJEZÉSE IRÁNYÍTOTT
Egy sejtben a genomot alkotó 50–100 000 gén nem mind egyszerre expresszálódik. Kifejezésük a sejttípustól függ (a tüdősejtek nem expresszálják ugyanazokat a géneket, mint a hepatociták), a sejtdifferenciálódás stádiumától és a környezettől. Ezért egy gén expresszióját ellenőrizni kell. A gén transzkripciójának szabályozása (lásd a keretet) elengedhetetlen kontrollrendszer.
Néhány példa azt mutatja, hogy az olyan tápanyagok, mint a glükóz, a koleszterin, a zsírsavak, módosíthatják az anyagcserében részt vevő fehérjéket (enzimeket, hormonokat) kódoló gének transzkripcióját.
II - A TÁPLÁLKOZÁSI KÖRNYEZET MÓDOSÍTJA A GÉNEK KIFEJEZÉSÉT
Példa glükokinázra és foszfoenol-piruvát-karboxikinázra:
Az emlős májának az a tulajdonsága, hogy megfogja és metabolizálja a portális vénába érkező glükózt. A folyamatban részt vevő enzim, a glükokináz csak olyan egyénnél szükséges, aki rendszeresen felszívja a szénhidrátokat. De a májnak az a tulajdonsága is, hogy de novo szintetizálja a glükózt (glükoneogenezist), amikor a belek már nem szállítják azt. Ezután felszabadítja a folyamatosan rászoruló szervek, például az agy keringésébe. Ezért a glükoneogenezis enzim, a foszfoenol-piruvát-karboxi-kináz (PEPCK) szükséges a glükózbevitel leállításakor. Az 1. ábra a glükokináz és a PEPCK mRNS mennyiségének változását szemlélteti egy gyors szénhidráttartalmú étkezési ciklusban patkánynál. 24 órás éhezés után a PEPCK mRNS-e a májban bőséges, a glükokinázé nem detektálható. A PEPCK génje átíródik, a glükokinázé azonban nem. A máj „glükóztermelő” módban van.
A szénhidrát étkezés elfogyasztása után néhány percen belül a PEPCK mRNS gyorsan csökken és megjelenik a glükokináz mRNS. Ezután a glükokináz gént átírják, de a PEPCK gént már nem. A máj „glükóz-hasznosítási” módban van. Specifikus mechanizmusok felelősek a PEPCK mRNS-ek lebontásáért is.
| A GÉNTŐL A FEHÉRIG | ||||
| A DNS két egymást kiegészítő láncból (vagy szálból) áll, amelyek négy kémiai entitás (nukleáris bázisok: adenin, guanin, citozin és timin) pontos sorrendjében épülnek fel. A gén a DNS egy töredéke, amely a fehérje szintéziséhez szükséges összes információt tartalmazza, néhány száz-néhány ezer nukleáris bázisú lineáris lánc formájában. Amikor egy fehérjét szintetizálni kell, az egyik | A génben lévő DNS-szálakat a polimeráz nevű enzim egyszálú hírvivő RNS-ként (mRNS) másolja és kiegészíti a DNS-szekvenciával. Ez a transzkripció jelensége. Az mRNS átjut a sejtmagból a sejt citoplazmájába, ahol egy nagyon összetett gépezet "olvassa" az mRNS szekvenciáját és alakítja át fehérjévé. Ez a fordítás jelensége. Az mRNS megjelenését általában gén expressziójának nevezik. | |||
Ez a példa szemlélteti genetikai programunk reakcióját a táplálkozási környezetre. Számos más szabályozó rendszer létezik: ezek nem mindegyike magában foglalja a transzkripciót, hanem módosítja egy már létező fehérje aktivitását, és előnye a sebesség (néhány másodperc). Még akkor is, ha egy gén transzkripciója gyorsan modulálható, néhány perc (vagy akár óra) telik el egy gén "bekapcsolása" és a megfelelő fehérje megfelelő mennyiségben történő szintézise között. A génszabályozás tehát ebben az esetben hosszabb távú adaptív szabályozásnak tekinthető, amely felkészíti a szervezetet a táplálkozási események megismétlődésére.
A tápanyagok hatása lehet közvetlen vagy közvetett:
Egysejtű organizmusokban (baktériumok, élesztő) régóta ismert a tápanyagok hormonális közvetítés nélküli közvetlen hatása a génexpresszióra. A többsejtű organizmusokban a tápanyagok hatása már régóta az általuk kiváltott hormonális változásoknak tulajdonítható. Valójában egyes géneket hormonok vezérelnek. A fenti példában a PEPCK gént a glükagon aktiválja és az inzulin gátolja, míg a glükokináz gént az inzulin aktiválja és a glükagon gátolja. Az inzulin a szénhidrát felszívódása során hatékonyan magas és a glükagon alacsony, a koplalás pedig fordítva fordul elő.