Sizi şekillendiren yiyecekler: beslenme epigenomunuzu nasıl değiştirebilir Understand article

Tercüme eden: Canbolat Gürses ve Hikmet Geçkil (İnönü Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü). Ne yiyorsanız osunuz – tamamen doğru. Beslenmemiz, genomumuzda küçük değişikliklere sebep olabilir ve kanser ve obezite dahil birçok hastalığın altında bu…

DNA helix
mstroeck / Wikimedia
Commons’un izniyle

Aynadan kendinize baktığınızda, `Vücudumdaki tüm hücreler nasıl aynı DNA’yı taşıyor, organlarım nasıl birbirine benzemez görünüp bu kadar farklı işlevlere sahip olabiliyor?` diye sorabilirsiniz. Epigenetikteki son gelişmelerle bunları anlamaya başlıyoruz. Son bilgilerimiz hücrelerin genetik materyallerini farklı yollarda kullandıklarını göstermektedir. Genler ifade olup veya susarak vücudumuzda göz alıcı seviyedeki farklılaşmayı sağlarlar.

Epigenetik, belirli bir genin ifade (transkripsiyon) ve o genle ilişkili proteine translasyonunun olup olmayacağını belirleyen hücresel işlemleri açıklar. Mesaj, küçük ve geriye dönüşebilen kimyasal modifikasyonlar boyunca kromatine iletilebilir (şekil 1). Örneğin, asetil gruplarının DNA iskele proteinlerine (histonlara) eklenmesi olarak bilinen asetilasyon transkripsiyonu arttırır. Buna karşın, metil gruplarının DNA’nın bazı düzenlenme bölgelerine eklenmesi (metilasyon) ise gen transkripsiyonunu azaltır. Bu modifikasyonlar özellikle diğer düzenleyici mekanizmalarla birlikte gen aktivasyonunun tam zamanında gerçekleşip doğru hücresel farklılaşmanın garantiye alınmasının çok önemli olduğu gelişim sırasında önemli olsalar da, yetişkinlikte de bu olaylar devam ettirir.

Epigenetik modifikasyonlar çevresel uyarıcılara yanıt olarak oluşabilir. Bunlardan en önemlisi beslenmedir. Beslenmenin epigenetiği etkilediği mekanizmalar tam olarak anlaşılamamış olmakla beraber bazı örnekler iyi bilinmektedir.

Resmi büyütmek için üzerine
tıklayın. Şekil 1: Kromatin
yapısını değiştiren epigenetik
modifikasyonlar genellikle
transkripsiyonu arttıran
histon asetilasyonu ve metil
gruplarının sitozine kovalent
bağlanıp kromatin yapısını
daha zor ulaşılabilir (dolayısı
ile transkripsiyonu azaltan)
hale soktuğu DNA
metilasyonunu kapsar. Bu
değişiklikler geriye
dönüşebilir ve çevresel
koşulların veya sinyallarin
değişmesine adapte olmak
için gen aktivasyonuna izin
verir.

This image was updated on the
13 May 2014. Cristina
Florean’ın izniyle

1944-1945 kışı boyunca Hollanda, Alman işgalinin sonucu olarak çok kötü bir kıtlık çekti ve nüfusunun günlük beslenmesindeki kalori alımı 1000 kaloriden daha aza düştü. Kadınlar hamile kalmaya devam ettiler ve bu kötü zamanlarda doğum yaptılar. Bu çocuklar şimdi altmışlarındaki yetişkinlerdir. Son araştırmalar annelerinin rahmindeyken kalori sınırlamasına maruz kalan bu kişilerin kardeşlerinden daha yüksek oranda diyabet, kardiyovasküler hastalıklar ve obesite gibi kronik durumlara sahip olduklarını ortaya koydu. Hastalık riski üzerinde hamilelikteki ilk ayların en büyük etkiye sahip olduğu görülmektedir.

Siz doğmadan gerçekleşen bazı şeyler hayatınızı 60 yıl sonra bile nasıl etkileyebilir? Bu sorunun cevabı, fetüsün besleyicilere yanıt olarak yaptığı epigenetik adaptasyonlarda ortaya çıkmaktadır.

Epigenetik değişikliklerin tam olarak nasıl ortaya çıktığı tam net değilse de, rahimde açlığa maruz kalan insanların açlığa maruz bırakılmayan kardeşlerine göre insulin metabolizması ile ilişkili bir genlerinde (insulin benzeri büyüme faktörü II geni) daha düşük derecede metilasyon olduğu keşfedilmiştir (Heijmans ve ark., 2008). Bunun bazı şaşırtıcı sonuçları vardır: epigenetik değişiklikler teoride geriye dönüşümlü olmalarına rağmen, embriyonik gelişim boyunca faydalı değişimlerde rol oynayan bazı modifikasyonlar yetişkinlik çağında da devam ederler ve faydadan çok zarar verebilirler. Bu değişikliklerin bazıları nesiller boyunca sürdürülebilir ve maruz kalan kadınların torunlarını dahi etkileyebilir (Painter ve ark., 2008).

Şekil 2: İki kraliçe bal arısı
larvası kendi kendilerinin
kraliçe hücrelerindeki
kraliyet jölesinde yüzüyor.
Kraliçe larvalar kraliçe
fenotipinin gelişimini
tetikleyen kraliyet jölesiyle
özel olarak beslenerek
üremeleri sağlanıyor. 

Resim Waugsberg’in izniyle /
Wikimedia Commons

Erken beslenmenin epigenetik üzerindeki etkileri bal arıları arasında açıkça görülmektedir. Kısır işçi arıların doğurgan kraliçeden farklı olmalarının nedeni genetik değil, larva döneminde izledikleri beslenme biçimidir (şekil 2). Kraliçe olmaları için seçilen larvalar, işçi arılar tarafından salgılanan kraliyet jölesiyle özel olarak beslenirler. Bu jöle, arının verimli olmasıyla sonuçlanan gen programını çalıştırır.

Başka çarpıcı bir örnek ise farelerdeki gelişim sırasında beslenmenin epigenetiği nasıl etkilediğidir. Aktif agouti genine sahip bireyler sarı kürke sahip olup, obez olma eğilimindedirler. Ancak bu gen, DNA metilasyonuyla susturulabilir. Eğer bir hamile agouti faresi metil grupları salabilen ilave besleyicileri tüketirse (örn., folik asit veya kolin), yavruların agouti genleri metile olur ve böylece bu genler inaktif (suskun) kalırlar. Bu yavrular hala agouti genini taşımalarına rağmen, agouti fenotipini kaybetmişlerdir: yani kahverengi kürke sahiptirler ve obeziteye eğilimi göstermezler (şekil 3).

Resmi büyütmek için
üzerine tıklayınız. Şekil 3:
Agouti fare modeli. Fenotip,
annenin hamileliği sırasındaki
beslenmesine bağlıdır.
A: Normal olarak agouti
geni sarı kürkle ve obeziteye
eğilimle ilişkilidir. B: Fakat,
metil grupları sağlayan
besinlerle beslenen anneden
doğan farelerde bu gen
metillenmiş ve böylece
inaktif olduğundan bu
bireyler ince yapılı ve
kahverengi kürk
fenotipindedirler.

Resim Cristina Florean’ın izniyle

Folik asidin yetersiz alımı insanlarda spina bifida ve diğer nörolojik tüp defektleri gibi gelişimsel buzukluklara da neden olur. Bu problemlerden korunmak için hamile ve hamile kalmayı düşünen kadınlara folik asit takviyesi geniş ölçüde önerilmektedir (bakınız Hayes ve ark., 2009).

Peki ya yetişkinlerin hayatlarındaki beslenmenin epigenetik üzerindeki etkisi nedir? Besinlerdeki çoğu bileşen, insanlarda epigenetik değişikliklere yol açma potansiyeline sahiptir. Örneğin, brokoli ve diğer turpgillerden sebzeler histon asetilasyonunu arttırabilen izotiyosiyanatlar içerirler. Öte yandan soya, DNA metilasyonunu bazı genlerde azalttığı düşünülen izoflavon jenisteinin bir kaynağıdır. Yeşil çayda bulunan polifenol bileşiği epigallocatechin-3-gallate, DNA metilasyonunun inhibisyonu dahil birçok biyolojik aktiviteye sahiptir. Hint safranında (Curcuma longa) bulunan safran (kurkumin) DNA metilasyonunu inhibe etmek ve histon asetilasyonunu düzenlemek gibi genler üzerinde bir seri etkiye sahiptir. Şekil 4 epigenetik olarak aktif moleküllerin diğer örneklerini göstermektedir.

İspanyada’ki meyve marketi
Marcel Theisen’in izniyle /
Wikimedia Commons

Bu bileşikler hakkında şimdiye kadar toplanan çoğu veri in vitro deneylerden elde edilmiştir. Saflaştırılmış moleküller, hücre hatları üzerinde test edilmiştir ve epigenetik hedefler üzerindeki etkileri ölçülmüştür. İlgili yiyecekleri yemenin organizma üzerinde de hücre modellerindekine benzer ve saptanabilir etkiler ortaya koyup koyamadıkları henüz kanıtlanmayı beklemektedir (Gerhauser, 2013).

Ancak epidemiyolojik çalışmalar, bu yiyeceklerden bazılarını çok miktarda tüketen toplumlarda bazı hastalıklara yatkınlığın daha az olduğunu göstermektedir (Siddiqui ve ark., 2007). Oysa, bu bileşiklerin çoğu epigenetik etkilere sahip olmanın yanı sıra diğer biyolojik işlevleri de etkilemektedir. Bir besin, farklı biyolojik aktiviteler gösteren çok sayıda molekül içerebilir ve bunların epigenetik aktivite ve vücut üzerindeki ortalama etkisi arasında direkt ilişkiyi bulmak zor olabilir. Son olarak, tüm yiyecekler sindirim sistemimizde pek çok değişimler geçirir ve böylece aktif bileşiklerin ne kadarının gerçekte moleküler hedeflerine ulaştıkları net değildir.

Geniş kapsamlı etkilerinin sonucu olarak, epigenetik değişiklikler bazı kanserler ve nörolojik hastalıklar dahil çoğu hastalığın gelişimine katılmaktadır. Hücreler malignant veya kanserli hale dönüştükçe, epigenetik değişimler tümör baskılayıcı genleri de inaktive edebilir ve dolayısı ile onların etkinliği ortadan kaldırılarak aşırı hücre çoğalması engellenebilir (Esteller, 2007). Bu epigenetik değişimler geriye dönüşlü olduğundan, bu yıkıcı değişimleri telafi edebilecek ve tümör gelişiminden koruyacak özellikle beslenmeyle ilgili kaynaklardan yeni moleküllerin keşfine büyük ilgi vardır.

Hepimiz meyve ve sebzelerce zengin bir beslenmenin günlük yaşamımız için sağlıklı olduğunu biliyoruz. Fakat bundan daha da önemlisi, bu tür bir beslenmenin uzun ve sağlıklı yaşamımızdaki önemlerinin gittikçe daha da iyi anlaşılmasıdır.

Download

Download this article as a PDF

References

 

Resources

Author(s)

Cristina Florean doktora derecesini Padua ve Bordeaux üniversitelerinden biyomedikal bilimler alanında aldı. Doktora çalışmaları boyunca Alzheimer hastalığı ve ilaç tarama optimizasyonu üzerinde çalıştı. University of Udine’de bir yılını kanser ve epigenetik enzimler üzerinde çalışarak harcadı ve şu anda Lüksemburg’daki Laboratory of Molecular and Cellular Biology of Cancer’de (Laboratoire de Biologie Moleculaire et Cellulaire du Cancer) doktora sonrası çalışmalarını yürütmektedir. İlgilendiği çalışma konuları kansere karşı ilaç adayları olarak epigenetik aktivite sergileyen doğal bileşikler ve karsinogenesisle bağlantılı epigenetik olaylardır.


Review

Makale, hamilelik boyunca beslenme ve histon asetilasyonu (transkripsiyonu arttırır) ve metilasyonu (transkripsiyonu azaltır) mekanizmalarından kaynaklanan gen ifade değişiklikleri arasında bir bağ kuruyor. Makale insanlar, fareler ve bal arılarındaki örnekleri kullanarak bazı besinlerin eksikliğinin çocuklardaki gelişimi etkileyebileceğini ortaya koyuyor. Ayrıca yetişkinlerin yaşamında beslenmenin epigenetik üzerindeki rolüyle ilgileniyor ve sağlık üzerinde olumlu etkileri olan birkaç besini listeliyor.

Öğrencilerin yeme alışkanlıklarının muhtemel sonuçlarının farkındalığını arttırmak için, bu makale sağlıklı beslenme seçeneklerinin abur-cubur yiyeceklerle kıyaslanması için temel olarak kullanılabilir.

Makale gen ifadesi hakkındaki bazı temel konuları derleyen bir derste kullanılabilir.

Potansiyel sorular:

  • Histonların yapı ve fonksiyonu nedir?
  • Gen ifadesi düzenlenmesinin ana mekanizmaları nelerdir?
  • Genotip, fenotip ifadesini nasıl değiştirir?
  • Çevresel koşullar (iç veya dış) gen ifadesini nasıl etkiler?
  • Diyabet, beslenme alışkanlığı ile bağlantılı hastalıklara güzel bir örnektir. Diyabetin nedenlerini açıklayabilir misiniz?

Monica Menesini, Liceo Scientifico Vallisneri Lucca, Italy




License

CC-BY-NC-ND