wybrane składniki żywienia a genom człowieka · • rola w regulacji ekspresji genów, ......
TRANSCRIPT
Genom człowieka
Genom jądrowy
Genom mitochondrialny
Bioscience 14, 4015-4034, January 1, 2009
Genom to kompletna informacja genetyczna żywego organizmu
Jądro komórkowe
W jądrze komórkowym jest informacja genetyczna „upakowana” w
chromosomach.
Chromatyna – kompleks DNA z białkami chromosomowymi znajdujący
się w jądrze komórkowym.
Heterochromatyna i euchromatyna
Idiogram człowieka
długość lokalizacja centromerów obecność lub brak przewężeń wtórnych i satelitów rozmieszczenie euchromatyny i heterochromatyny obraz prążków chromosomowych
fragment chromosomu
• TCACAATTTAGACATCTAGTCTTCCACTTAAGCATATTTAGATTGTTTCCAGTTTTCAGCTTTTATGACTAAATCTTCTAAAATTGTTTTTCCCTAAATGTAT
• ATTTTAATTTGTCTCAGGAGTAGAATTTCTGAGTCATAAAGCGGTCATATGTATAAATTTTAGGTGCCTCATAGCTCTTCAAATAGTCATCCCATTTTATACA
• TCCAGGCAATATATGAGAGTTCTTGGTGCTCCACATCTTAGCTAGGATTTGATGTCAACCAGTCTCTTTAATTTAGATATTCTAGTACATACAAAATAATACC
• TCAGTGTAACCTCTGTTTGTATTTCCCTTGATTAACTGATGCTGAGCACATCTTCATGTGCTTATTGACCATTAATTAGTCTTATTTGTTAAATGTCTCAAAT
• ATTTTATACAGTTTTACATTGTGTTATTCATTTTTTAAAAAATTCATTTTAGGTTATATGTATGTGTGTGTCAAAGTGTGTGTACATCTATTTGATATATGTA
• TGTCTATATATTCTGGATACCATCTCTGTTTCATGCATTGCATATATATTTGCCTATTTAGTGGTTTATCTTTTCATTTTCTTTTGGTATCTTTTCATTAGAA
• ATGTTATTTATTTTGAGTAAGTAACATTTAATATATTCTGTAACATTTAATGAATCATTTTATGTTATGTTTAGTATTAAATTTCTGAAAACATTCTATGTAT
• TCTACTAGAATTGTCATAATTTTATCTTTTATATACATTGATATTTTTATGTCAAATATGTAGGTATGTGATATTATGCACATGGTTTTAATTCAGTTAATTG
• TTCTTCCAGATGTTTGTACCATTCCAACATCATTTAAATCATTAAATGAAAAGCCTTTCCTTACTAGCTAGCCAGCTTTGAAAATCCATTCATAGGGTTTGTG
• TTAATATATTTTTGTTCTTTTTTTTCCTTTCTACTGATCTCTTTATATTAATACCTACTGTGGCTTTATATGAAGTCATGGAATAATACGTAGTAAGCCCTCT
• AACACTGTTCTGTTACTGTTGTTATTGTTTTCTCAGGGTACTTTGAAATATTCGAGATTTTATTATTTTTTAGTAGCCTAGATTTCAAGATTGTTTTGACGAT
• CAATTTTTGAATCAATTGTCAATATTTTTAGTAATAAAATGATGATTTTTGATTGGAAATACATTAAATCTATAAGCCAAATTGGAGATTATTGATATATTAA
• CAAAAATGAGTTTTCCAGTCCATGAATGTATGCACATTATAAAATTCATTCTTAAGTATGTCATTTTTTAAGTTTTAGTTTCAGCAGTATATGTTTGTTACAT
• AGGTAAACTCCTGTCATGGGGGTTAGTTGTACAGGTTATTTTATCATCCAGGCATAAAGCCCAGTACCCAGTAGTTATCTTTTCTGCTCCTCTCCCTCCTGTC
• ACCCTCCACTCTCAAGTAGACCCCAGTTTCTGTTGTTCTCTTCTTTGCATTAATGACTTCTCATCATTTAGATTGCACTTGTAAGTGAGAACAGGACGTATGT
• GGTTTTCTACTCCTGTGTTAGTTTGCTAAGGATAACCACCTCCATCTCCATCCATGTTCCCACAAAAGACATGATCTCCTTTTTTATGGCTGCATATTATTCC
• ATGGTATATATGTACCACATTTTCTTTATCCAATCTGTCATTGATGGACATTTAGGTTGTTTCCACATCATTGCCGTTGTAAATACTGCTGCAGTGAATATTC
• GTGTGTATGTCTTTATGGTAGAATGATTTATATTCCTCTGGGTATATTTCCAAGTAATGGGATGGTTGGGTCAAATGGTAATTCTGCTTTTAGCTTTTTGAGG
• AATTGCCATATTGCCTTTCACAACGGTTGAACTAATTTATACTCCCAAGAGTGTATAAGTTGTTCCTTTTTCTCTGCAACCTCGACATCACCTGTTATTTATG
• ACTTTTATATAATAGCCATTCTGCTGGTCTGAGATGGTATCTCATTATGATTTTGATTTGCATTTCTCTAATGCTCAGTGATATTGAGCTTGGCTGCATATAT
• GTCTTCTTTTAAAAATATCTGTTCATGTCCTTTGCCTAATTTATAACGGGGTTGTTTGTTTTTCTCTTGTAAATTTGTTTAAGTTCCTTATAGATTCTAGGTA
• TTAAACCTTTTTTCAGAGGCGTGGCTTGCAAATATTTTCTCCCATTCTATAGGTTGTCTGTTTATTCTGTTGATAGTTTCCCTTGCTGTGCAGAAGCTCTTAA
• CTTTAATTAGATCCGACTTGTCAATTTTTGCTTTGGTCGCAATTGCTTTTGATGTTATTGTCGTGAAATCTTTGCTAGTTCTTAGGTCCAGGATGATATTGCC
RNA
• Obecne w jądrze, cytoplazmie, mitochondriach,
• Rola w regulacji ekspresji genów,
• oraz syntezie białek
Histony – białka chromatyny
Histony rdzeniowe mogą być odwracalnie modyfikowane poprzez:
• metylację
• acetylację,
• fosforylację
Acetylacja
• Przyłączenie grupy acetylowej –COCH3 dotyczy reszt lizynowych
w N-końcowym fragmencie histonu
• powoduje zmiany w strukturze nukleosomu rozluźnienie struktury chromatyny i jej większą aktywność transkrypcyjną;
• podobnie fosforylacja białek histonowych
Metylacja DNA
przyłączanie grup metylowych (-CH3) do zasad azotowych nukleotydów,
w szczególności do cytozyny lub do adeniny (w pozycji 6)
powoduje zmiany funkcji genów bez zmiany ich sekwencji
powoduje zamknięcie danego obszaru chromatyny
może być podtrzymywana podczas podziałów komórkowych
Składniki żywienia wpływają na poziom metylacji - cholina
- kwas foliowy
- metionina
- witamina A
- arseny
- błonnik
- selen
- cynk
- alkohol
Mechanizm metylacji
• Cytozyna
DNMT
• 5-metylocytozyna
Składniki żywienia modyfikują genom
- Antocyjany
- Flawonoidy
- Izoflawony soi
- polifenole zielonej herbaty
- czosnek siarczek diallilu – zwiększa acetylację histonów
(włączanie genów przeciwnowotworowych)
Link at all., 2010
Składniki żywienia modyfikują genom
HAT, histon acetylotransferazy; HDAC, deacetylaza histonowa; DNMT, DNA metylotransferazy, KMT, lizyna metylotransferazy; KDM, lizyna demetylazy; Me-CpG, Metylocytozyny; R, transkrypcja represor;, transkrypcja aktywator, Ac, acety, Me, metylu.
(Berghe, 2012)
Składniki żywności modyfikują genom
• Karmienie myszy ciężarnych agouti
• potomstwo było genetycznie identyczne
• Dieta zawierająca kwas foliowy i dodatki bogate w grupy metylowe - ciemne
• W grupie otrzymujących karmę ubogą w grupy metylowe – maść żółta, podatność na otyłość, cukrzycę i nowotwory (Waterland, Jirtle, 2003; 2007)
Niedobór kwasu foliowego - wady cewy nerwowej Tetrahydrofolian metionina NN-metyleno- Tetrahydrofolian syntaza metioniny reduktaza metyleno- tetrahydrofolianu N-metyleno-tetrahydrofolian homocysteina
Mutacja – zmiana genetyczna w zapisie informacji genetycznej (genomie) Prowadzi do zmiany cechy organizmu (fenotypu)
Czynniki fizyczne powodujące mutacje:
• Promieniowanie jonizujące, promieniowanie X, γ
• Prowadzi do powstawania wysoko reaktywnych wolnych rodników, które reagując z zasadami azotowymi, prowadzą do zerwania nici DNA
• Działanie niespecyficzne:
skutki: pęknięcia nici DNA: niszczenie cukrów i zasad azotowych; kowalencyjne połączenia między białkami i DNA
• promieniowanie światło UV Powoduje powstawanie kowalencyjnych połączeń pomiędzy sąsiednimi zasadami azotowymi (tzw. dimery), które uniemożliwiają replikację Działanie mutagenne: dimery tymidynowe, fotoprodukty • ciepło błędy w replikacji: punktowe i chromosomowe
aminokwasy, kreatynina + CUKIER R.MAILLARDA IQ, CHINOLINA, PIRYDYNA, CHINOKSALINA HCA BIAŁKA, TŁUSZCZ PYROLIZA benzo[α]piren, WWA 1,2,5,6-dwubenzoantracen
Policykliczne węglowodory aromatyczne aktywacja P450 monooksygenazy czynniki hamujące inicjacje epoksydy dihydrodiole chinony Addukty DNA Faza II koniugacja
WWA Wielonienasycone Węglowodory Aromatyczne
HCA Heterocykliczne aminy • Powstają w trakcie grilowania
• Białka (kreatyna, kreatynina) rozkładają się do amoniaku i reaktywnych HCA
• 277°C – 110 ng HCA / g wołowiny • 197°C – 10,5 ng HCA / g wołowiny • < 125°C, gotowanie – znikome ilości
HETEROCYKLICZNE AMINY AROMATYCZNE CYP P450 N-hydroksylacja HYDROKSYAMINOPOCHODNE SULFOTRANSFERAZY estryfikacja, sulfonacja ADDUKTY DO DNA delecje, substytucje, pęknięcia DESTABILIZACJA GENETYCZNA GENOTOKSYCZNOŚĆ