Epigenetic

Expresia genetica

Posted March 8, 2018

Acest articol este un articol destul de tehnic, cu multi termeni de genetica, asa incat voi face intai o descriere a acestor termeni medicali, urmand apoi in a detalia continutul propriu zis al acestui articol.

Definitii termeni

Genotip

Genotipul include informatia genetica a unei celule, organism sau individ, reprezintand totalitatea informatiei genetice existente intr-o celula diploida.

Genotipul se stabileste in momentul fecundarii ovulului de catre spermatozoid si constituie zestrea genetica a oului (zigotului) nou format, prin contributia genetica mostenita de la celor doi parinti.

Conform Dex, GENOTIP, genotipuri, este constitutia ereditara a unui organism reprezentata de totalitatea fondului de gene prezent in genomul sau. (Ref 1)

Fenotip

Genotipul mostenit impreuna cu factorii ambientali contribuie la fenotipul (Ref 2) unui individ. Fenotipul rezulta din exprimarea variantelor genetice ale organismului sub influenta factorilor de mediu.(Ref3)

Fenotipul reprezinta totalitatea caracterelor morfologice, functionale, biochimice si psihice ale unui organism, reprezentand rezultatul observabil manifest al interactiunii dintre fondul genetic individual si complexul factorial extern (totalitatea factorilor externi care ar putea influenta evolutia unui individ). Genotip + Mediu = Fenotip (Ref 4)

Variante genetice si expresia genetica

Intrucat expresia unei gene este dependenta de factorii de mediu, ne putem astepta la rezultate variabile pentru proteinele cu functie enzimatica.

Etapele de diagnostic pe acest protocol de lucru sunt:

Prin panelul de teste genetice se evidentiaza prezenta mutatiilor genetice (MTHFR, COMT, PAI-1 etc)
Prin testele de activitate functionala se verifica functia enzimatica a enzimei ce prezinta mutatiile de trombofilie, testate la primul pas.

Verificarea prezentei mutatiilor genetice eu consider ca este doar primul pas, acestea trebuie verificate ulterior pentru a vedea efectul lor biologic, metabolic.

Al doilea pas, evaluarea activitatii functionale a proteinei respective, completeaza diagnosticul genetic si aduce informatii la momentul prezent despre cum functioneaza calea metabolica respectiva ca intreg.

In acest fel, se poate administra un tratament corect, personalizat si adaptat pentru persoana respectiva, NU PE BAZA MUTATIILOR GENETICE, CAT PE BAZA EXPRIMARII LOR FENOTIPICE.

Voi detalia functia functia enzimei MTHFR (metil tetra hidrofolat reductaza).

PAI-1

PAI-1 este o proteina codificata de gena SERPIN1, este principala componenta a sistemului plasminogen, care este upregulat in inflamatie si cancer. Rolul fiziologic al PAI-1 este de principal inhibitor endogen al activatorului de plasminogenul tisular (tPA). (Ref 5)

Se cunosc doua tipuri de mutatii: PAI-1 4G/5G (insertie deletie) si PAI-1 844 AG.

Prezenta variantelor alelice de tip 4G in forma homozigota poate conduce la aparitia in circulatie de pana la 6 ori valoarea normala a concentratiei/activitatii PAI-1 (Ref 6, 7) iar in forma heterozigota a unei PAI-1 cu activitate de pana la 3 ori fata de normal.

Consider ca este oportuna testarea la persoanele purtatoare de mutatii PAI-1 si a activitatii PAI plasmatice, pentru a avea un tablou de diagnostic complet, SI de genotip SI de fenotip pentru enzima PAI-1.

In acest context de evaluare atat a prezentei mutatiei, cat si a efectului biologic pentru respectiva mutatie, nu exista indicatie de tratament la persoanele cu mutatie PAI-1 4G care au activitate PAI-1 plasmatica nedetectabila.

Laborator

Activitatea enzimei PAI-1 se poate testa in Romania in prezent la laboratoarele:

Synlab: 1344 PAI 1 – inhibitorul activatorului de plasminogen1(PAI)*
Synevo: Inhibitorul Activatorului Plasminogenului Pai – Activitate

Concentratia de antigen PAI se poate testa la:

Regina Maria: Inhibitorul Activatorului Plasminogenului Pai/ Antigen

Factori care influenteaza expresia genetica a genei PAI-1

Dintre factorii care influenteaza expresia PAI-1 mentionez:

inhibitia exercitata de SIRT1 (Ref 8): supraexpresia SIRT1 a dus la reversia expresia PAI-1 crescute in celulele senescente HUVEC (human umbilical vein endothelial cells) si SIRT1 este capabil sa se lege de promoterul PAI-1 si sa modifice epigenetic promoterul.
factori de transcriptie, de ex. Kruppel-Like Factors (KLF) (Ref 9):
- KLF2 are o expresie crescuta in endoteliul vascular si are efect antiinflamator si antitrombotic prin:
  - inhibarea expresia PAI-1
  - stimularea expresiei eNOS si Trombomodulin.
- stimularea expresiei PAI-1 de catre LDL oxidat (Ref 9) prin suprimare a expresiei KLF2 la nivel endotelial, prin inducerea DNMT1 si stimularea legarii MeCP2, care este un represor epigenetic de promoterul KLF2 si astfel de crestere a expresiei PAI-1.
inhibitia data de medicamente, cum este acidul valproic (Ref 10)
PAI-1 este reactant de faza acuta (Ref 11) si astfel expresia lui creste ca raspuns in situatiile cu:
- citokine proinflamatorii
- factori de crestere
- angiotensina II
- hipoxie.
lipoproteinele si glucoza cresc expresia PAI-1 (Ref 11), inclusiv sindromul metabolic
INSULINA este cel mai important factor care moduleaza activitatea PAI-1, impreuna cu varsta si stilul de viata (Ref 12), PAI-1 este crescut la pacientii cu obezitate si rezistenta la insulina
exista si variatie circadiana a PAI-1, cu concentratie maxima dimineata si minima seara (Ref 13).

MTHFR

Enzima MTHFR este codificata de gena cu acelasi nume si are rolul de a cataliza doua reactii:

reactia forward cu sinteza de metilfolat (5metil tetra hidro folat) din 5,10 metilen tetra hidro folat, in prezenta cofactorilor B2 si B3
reactia backward cu sinteza de BH4.

Functia enzimei MTHFR pe reactia forward este influentata de urmatorii factori de mediu:

factori cu rol stimulator: acizii grasi omega 3 si aport scazut de metionina (aminoacid din carne)
factori cu rol inhibitor: acid folic, dihidrofolat, SAM, radicali liberi de oxigen, sulfasalazin, fenitoin, cell danger response.

Expresia genetica pentru genotipul MTHFR poate sa fie scazuta prin mecanismele:

administrare de acid folic sau
carenta nutritionala de B2 si B3 (cofactori).

Expresia genetica pentru genotipul MTHFR poate sa fie stimulata cu cresterea sintezei proprii de metilfolat prin mecanismele:

aport de acizi grasi esentiali omega 3 – recomand uleiul de peste arctic Eqology
scaderea aportului de metionina (aminoacid din carne)
evitarea completa a acidului folic
evitare medicamente ce scad suplimentar nivelul folatilor: sulfasalazin, antiepileptice, etc.

Deci, verificarea punctuala strict a prezentei mutatiei MTHFR 677, fara evaluarea complexa a tuturor factorilor de mediu ce influenteaza calea metabolica unde participa enzima MTHFR (ciclul folatilor) este doar primul pas intr-un diagnostic complet si complex.

Este o abordare incompleta si superficiala sa se faca :

diagnostic genetic de identificare a mutatiilor SNP (ex. MTHFR 677) urmat de tratament de suplimentare cu folati
FARA evaluarea complexa a caii metabolice si
FARA verificarea EXPRESIEI GENETICE.

Ca analize de laborator indicate in monitorizarea mutatiei MTHFR 677 se pot face testele de mai jos, si nu numai:

Concentratia serica de folati serici
- test nespecific pentru metilfolat intrucat testul sumeaza toate tipurile de folat seric (acid folic seric nemetabolizat UMFA, metilfolat, acid folinic, tetra-hidro-folat etc). Este bine sa fie facut pre-conceptional, intrucat se recomanda un tratament de suplimentare cu folat cu cel putin 3luni pre-conceptie si se foloseste acest test pentru a verifica tratamentul.
- exemple de laboratoare (lista nu este completa): Synlab, Bioclinica, Synevo, Medcenter, Medlife.
Concentratia de folat eritrocitar
- arata statusul concentratiei de folat intracelular, mult mai relevant si specific decat cel seric, arata concentratia de metilfolat intracelular.
- exemple de laboratoare: Synlab, Bioclinica.
Concentratia serica de homocisteina
- trebuie repetata regulat pentru a o mentine in jur de intervalul optim 6-7 micromol/L.
- exemple de laboratoare pentru homocisteina serica: Synlab, Synevo, Medcenter.
Hemograma cu urmarirea indicilor eritrocitari : hemoglobina, hematocrit pentru a verifica o eventuala anemie; VEM (volumul eritrocitar mediu), numar plachete (trombocite)
Concentratia de acizi grasi omega 3 si raportul intre acizii grasi omega 6 si omega 3 – EQ Omega 3 Test Kit.

Referinte

Aging si anti-aging

Posted November 11, 2014

Aging si anti-aging

Dupa o pauza de scris pe blog destul de lunga din mai multe motive, printre care cursuri de educatie medicala continua si blocaj de scris (aici vreau sa multumesc prietenei si colegei mele de la cursul MIB online Elena Gabriela Badea care m-a incurajat sa scriu), revin cu articolul de azi cu care vreau sa incep sa vorbesc mai mult despre aging si anti-aging.

Pe pagina de facebook a TEDT, am mai postat cateva informatii legate de terapia anti-aging la nivel cutanat, dar cu articolul de azi as vrea sa incep sa scriu mai mult si mai in detaliu despre acest subiect, venind si cu solutii la indemana ca metode anti-aging.

Definitie

Ce inseamna anti-aging?

Conform Wikipedia ⁽¹⁾, medicina de tip anti-aging este “studiul incetinirii sau reversiei proceselor de imbatranire pentru extinderea duratei de viata“.

Fenomenele asociate imbatranirii nu se cunosc in intregime, in prezent sunt cateva teorii propuse ca mecanisme prin care are loc senescenta ⁽²⁾ la nivel molecular, celular, de tesut, organ si organism.

Mai jos am prezentat pe scurt cateva din teoriile ^{(3), (4)} propuse ca mecanisme ale proceselor de imbatranire. Aceste mecanisme pot functiona concomitent.

Teoria radicalilor liberi

Radicalii liberi sunt molecule care au in stratul extern orbital al atomului un radical liber ⁽⁵⁾.

Moleculele radical liber sunt specii extrem de reactive care determina:

o reactie de oxidare la molecula acceptoare
vor lua de la molecula acceptoare un electron (sau un atom de hidrogen) pentru a-si completa sarcina electrica donandu-i in schimb radicalul liber.

Exemple de radicali liberi de oxigen sunt moleculele de superoxid, oxid nitric, radical hidroxil, iar ca radical liber de azot molecula de peroxinitrit.

Radicalii liberi de oxigen lezeaza bazele din acizii nucleici, lanturile de aminoacizi din proteine si legaturile duble din acizii grasi nesaturati determinand stres oxidativ. Ca exemplu de stresul oxidativ la nivel neuronal, acesta este asociat cu imbatranire cerebrala accelerata si schizofrenie ⁽⁶⁾.

Organismul are capacitatea de a prelua radicalii liberi si de a-i neutraliza prin cateva enzime, dintre care: catalaza, superoxid dismutaza, glutation peroxidaza sau prin alte molecule ne-ezimatice, ca si Coenzima Q10 .

De asemenea, prin alimentatie organismul primeste anti-oxidanti de tip vitamina C sau vitamina E.

Teoria utilizarii insulinei

Este indicat sa se consume alimente cu indice glicemic scazut (alimente neprocesate, asigurarea unui cantitati de fibre alimentare zilnic) pentru a preveni cresterile abrupte ale concentratiei de insulina in sange, pentru a preveni diabetul, rezistenta la insulina si sindromul metabolic.

Rezistenta la insulina este asociata cu cresterea mortalitatii la persoanele in varsta, prin cresterea riscului de boli cardiovasculare aterosclerotice, dementa, cancer ⁽⁷⁾.

Grasimea abdominala este asociata cu nivele crescute de insulinemie si cu rezistenta la insulina. Scaderea greutatii corporale si exercitiile aerobe imbunatatesc sensibilitatea la insulina si toleranta la glucoza ⁽⁸⁾.

Imbatranirea este asociata cu nivele crescute de hemoglobina glicozilata ⁽⁹⁾.

Inflamatia

Inaintarea in varsta aduce nivele cronice crescute de markeri proinflamatori de tip TNFalfa si IL6. Factori de mediu precum fumatul, infectiie, obezitatea contribuie la activitatea sistemica pro-inflamatorie care este asociata cu mortalitate si morbiditate crescuta ⁽¹⁰⁾.

Cu rol anti-inflamator este exercitiul fizic care ofera protectie impotriva mortalitatii generale prin scaderea riscului de boala cardiovasculara si diabet tip 2 ⁽¹¹⁾.

Telomerele si senescenta replicativa

Telomerele sunt zonele de lant ADN nefunctional de la capetele cromozomilor care asigura capacitatea de diviziune celulara. Lungimea lor se scurteaza cu fiecare diviziune, astfel incat la aproximativ 40 si 60 de diviziuni celulare (in functie de tipul de celula) se ajunge la limita maxima de diviziune, limita Hayflick ⁽¹²⁾, dupa care celula nu se mai poate regenera si intra in senescenta replicativa sau in apoptoza.

Lungimea telomerelor este direct proportionala cu numarul ramas de diviziuni care mai pot fi facute de celula respectiva, de aceea sunt denumite “ceasul mitotic” ⁽¹³⁾.

Dupa ce lungimea telomerelor s-a consumat, daca celula nu a intrat in senescenta replicativa, va continua sa se divida cu pierdere de ADN functional cu fiecare divizune efectuata, astfe incat celula respectiva va functiona din ce in ce mai aberant. Lungimea scurta a telomerelor este asociata cu risc crescut de mortalitate prin boli degenerative ⁽¹⁴⁾.

Factorii endogeni care scurteaza telomerele sunt varsta, inflamatia, stresul oxidativ, obezitatea, fumatul, stilul de viata sedentar, consumul exagerat de alcool, stresul mental⁽¹⁵⁾.

Dintre factorii care protejeaza telomerele mentionez antioxidantii endogeni⁽¹⁵⁾ si exercitiul fizic intens ⁽¹⁶⁾.

Fenomenele epigenetice si demetilarea ADN

Epigenetica ⁽¹⁷⁾ este studiul modificarilor genetice, transmisibile ereditar, independente de ADN, fara modificari la nivelul secventei de nucleotide, stabile. Include metilarea ADN-ului, controlul expresiei genice, modificarile la nivelul proteinelor histone pe care este compactat ADN-ul inactiv.

Prin metilarea unei secvente de ADN se obtine inactivarea ei, iar prin de-metilarea ei se obtine activarea ei.

Prin controlul demetilarii/metilarii genelor se asigura astfel sinteza sau nu a proteinelor necesare in celula.

Un exemplu in care actioneaza acest mecanism este in inactivarea epigenetica a expresiei genice de melatonina (asocierea dintre functionarea ceasului biologic cu cel circadian), in cazul persoanelor in varsta care au dificultati de adormire ⁽¹⁸⁾, ⁽¹⁹⁾.

Afectarea mitocondriala

Mitocondria este un organit intracitoplasmatic implicat in productia de energie (molecule de ATP) prin cuplarea metabolismului oxidativ aerob (respiratia) cu enzimele ATP sintetaza. Mitocondria este singurul organit celular care contine ADN (mtDNA), in afara de nucleu.

Un procent de 0.2-2% din oxigenul folosit de mitocondrie va esua in afara lantului respirator formand specii reactive de oxigen (superoxid). ⁽²⁰⁾, ⁽²¹⁾.

Radicalii liberi rezultati din mitocondrie vor oxida proteine celulare, lipide si ADN, oxidarea avand maxim de intensitate chiar in mitocondrie ⁽²²⁾.

Afectarea proteinelor

Proteinele sunt lanturi lungi de aminoacizi (polipeptide) a caror structura poate fi modificata prin oxidarea de catre radicalii liberi sau prin glicare, avand drept consecinta modificarea functiei.

Glicarea este o reactie ne-enzimatica de cuplare a unui aminoacid cu un carbohidrat simplu, cu formarea unei duble legaturi intre cele doua molecule (baza Schiff) care va duce la re-aranjarea dublei legaturi la a doilea atom de carbon din carbohidrat cu formarea unui produs ireversibil (Amadori sau AGE=advanced glycation end product).

Exemple de carbohidrati implicati in formarea acestor produsi sunt: glucoza, galactoza, fructoza, riboza ⁽²³⁾.

Cred ca cel mai cunoscut exemplu este formarea complexului de Hemoglobina glicozilata la cei cu diabet, unde nu are o importanta de diagnostic de moment (cum este glicemia), ci arata evolutia bolii in timp, astfel incat este un marker de diabet mai bun.

Afectarea acizilor nucleici

Acidul dezoxiribonucleic (ADN) contine informatia genetica dupa care opereaza functionarea si metabolismul celular.

Lantul ADN este compus din 4 baze azotate (Adenina, Timina, Citozina, Guanina), deoxiriboza si de fosfat.

Lantul ARN Acidul ribonucleic este compus din aceleasi 4 baze azotate, cu exceptia Timinei care este inlocuita de Uracil.

Lantul ADN serveste ca si model pentru sinteza lantului complementar de ADN si pentru sinteza ARN .

Lantul ADN poate fi lezat prin mutatii sau prin oxidare directa cu interferarea expresiei genice ⁽²⁴⁾. Celula are enzime care repara modificarile la nivelul ADN (polimeraze, helicaze, topoizomeraze)⁽²⁵⁾, iar cand acestea sunt depasite intervine apoptoza celulara sau moartea programata a celulei respective pentru prevenirea mentinerii de celule nefunctionale cu risc de evolutie spre cancer.

Influenta mediului inconjurator – toxine, stress

Cu varsta, organismul acumuleaza toxine care vor afecta starea de sanatate globala:

plumbul, asociat cu cresterea mortalitatii ⁽²⁶⁾
produsii rezultati din glicare – proteine, lipide, ADN
chimicale de tip DDT care se acumuleaza de preferinta in celulele adipoase si se elimina foarte lent
fumatul accelereaza scurtarea telomerelor din celulele epitaliale din tractul respirator ⁽²⁷⁾
poluarea din aerul respirabil este asociata cu hipertensiune ⁽²⁸⁾

Stresul psihic este asociat cu scaderea lungimii telomerelor si senescenta celulara:

studiul Social Environment and Biomarkers of Aging Study (SEBAS) ⁽²⁹⁾
stresul psihologic cronic, de tip abuz de catre partenerul de viata ⁽³⁰⁾
stresul cronic de tip posttraumatic⁽³¹⁾

Concluzii

Exista aspecte care ne sunt in afara controlului (mecanismele genetice, expunerea la poluarea atmosferica etc), dar exista si aspecte care tin de stilul de viata, tin de responsabilitatea fiecaruia de a avea un organism sanatos, de a se auto-ingriji, de a adopta obiceiuri sanatoase si de a renunta la obiceiurile toxice.

Daca ai ajuns pana aici cu lecturarea articolului, te astept cu comentarii in fereastra de mai jos.

Multa sanatate,

Iosefina Speers

Epigenetic

Expresia genetica

Definitii termeni

Genotip

Fenotip

Variante genetice si expresia genetica

PAI-1

Laborator

Factori care influenteaza expresia genetica a genei PAI-1

MTHFR

Referinte

Aging si anti-aging

Aging si anti-aging

Definitie

Teoria radicalilor liberi

Teoria utilizarii insulinei

Inflamatia

Telomerele si senescenta replicativa

Fenomenele epigenetice si demetilarea ADN

Afectarea mitocondriala

Afectarea proteinelor

Afectarea acizilor nucleici

Influenta mediului inconjurator – toxine, stress

Concluzii

Referinte

Grup MTHFR Romania

Group Advanced TRS

Grup Eqology

Epigenetic

Definitii termeni

Genotip

Fenotip

Variante genetice si expresia genetica

PAI-1

Laborator

Factori care influenteaza expresia genetica a genei PAI-1

MTHFR

Referinte

Aging si anti-aging

Definitie

Teoria radicalilor liberi

Teoria utilizarii insulinei

Inflamatia

Telomerele si senescenta replicativa

Fenomenele epigenetice si demetilarea ADN

Afectarea mitocondriala

Afectarea proteinelor

Afectarea acizilor nucleici

Influenta mediului inconjurator – toxine, stress

Concluzii

Referinte

Footer

Grup MTHFR Romania

Group Advanced TRS

Grup Eqology