Jak epigenetyka może wydłużyć Nam życie?

Epigenetyka to obszar nauki badający zmiany w ekspresji genów, które nie wynikają ze zmian w sekwencji DNA, ale wpływają na to, jak te geny są odczytywane przez komórki. Oznacza to, że choć nasze DNA jest stałe, to mechanizmy epigenetyczne mogą modyfikować sposób, w jaki nasze geny się zachowują – wyciszać jedne, a aktywować inne. Te zmiany mogą być wywoływane przez różne czynniki środowiskowe, takie jak dieta, styl życia, toksyny, a nawet stres. Wpływ epigenetyki na zdrowie i długość życia jest coraz lepiej rozumiany, co rodzi nadzieje na zastosowanie tych odkryć w medycynie prewencyjnej, a także w leczeniu chorób przewlekłych i poprawie jakości życia [1].

Czym jest epigenetyka?

Epigenetyka zajmuje się mechanizmami, które regulują aktywność genów bez zmiany sekwencji DNA. W praktyce oznacza to, że niektóre geny mogą zostać „włączone” lub „wyłączone” pod wpływem zmian epigenetycznych. Te zmiany są kontrolowane przez różne procesy chemiczne, z których najważniejsze to metylacja DNA i modyfikacje histonów, które można uzyskać m.in. poprzez spożywanie odpowiednich ziół i roślin.

• Metylacja DNA polega na dodaniu grupy metylowej (-CH3) do cząsteczki DNA, co zwykle prowadzi do wyciszenia genu. Jeśli gen zostanie „wyciszony” przez metylację, komórka nie produkuje białka, za które ten gen odpowiada. Jest to mechanizm powszechnie zaangażowany w regulację ekspresji genów związanych z procesami starzenia czy nowotworzenia.
• Modyfikacje histonów – Histony to białka, wokół których owinięte jest DNA. Modyfikacje chemiczne histonów, takie jak acetylacja czy fosforylacja, mogą wpływać na to, jak ściśle DNA jest owinięte wokół histonów, co z kolei determinuje, czy dany gen zostanie odczytany [2].

Epigenetyka a choroby i długość życia

Zmiany epigenetyczne mogą wpływać na zdrowie w różnorodny sposób. Niektóre zmiany mogą promować długowieczność i chronić przed chorobami, podczas gdy inne mogą zwiększać ryzyko ich wystąpienia. Co istotne, zmiany epigenetyczne mogą być dziedziczne, co oznacza, że styl życia naszych rodziców może wpływać na nasze zdrowie. To nowatorskie spojrzenie na genetykę, które pokazuje, że dziedziczymy nie tylko geny, ale również „instrukcje” dotyczące ich aktywacji.

• Nowotwory – W kontekście nowotworów, zmiany epigenetyczne odgrywają istotną rolę. Nieprawidłowa metylacja genów supresorowych nowotworów (genów, które hamują rozwój raka) może prowadzić do ich wyciszenia, co sprzyja rozwojowi nowotworów, szczególnie w przypadku raka piersi oraz prostaty. W przypadku raka piersi, progresja guza oraz status receptora hormonalnego został powiązany z profilem metylacji. Wzorce epigenetyczne raka prostaty powiązano ze statusem receptora androgenowego oraz odpowiedzią na terapię. Z drugiej strony, epigenetyka może oferować narzędzia terapeutyczne – odwracanie tych zmian może przywrócić funkcję genów hamujących rozwój choroby [3].
• Starzenie – Proces starzenia jest w dużym stopniu zależny od epigenetyki. Badania wykazują, że z wiekiem rośnie liczba zmian epigenetycznych w naszych komórkach. W miarę starzenia się organizmu, pewne geny zostają wyciszone, a inne nadmiernie aktywowane, co prowadzi do zaburzeń funkcji komórkowych, stanów zapalnych i osłabienia regeneracji tkanek. Nieprawidłowy stan chromatyny w komórkach, które są starsze prowadzi również do wprowadzania nowych elementów transpozycyjnych do genomu oraz niestabilności genowej, w tym również mutacji DNA [3].

Zalety epigenetyki

Epigenetyka oferuje fascynujące możliwości zarówno w kontekście poprawy zdrowia, jak i prewencji chorób. Oto główne zalety, jakie niesie ze sobą rozwój tej dziedziny:

1. Prewencja chorób: Zrozumienie, jakie czynniki środowiskowe i styl życia wpływają na epigenom (zbiór zmian epigenetycznych), pozwala na skuteczniejszą prewencję chorób. Na przykład zdrowa dieta, regularna aktywność fizyczna i unikanie stresu mogą korzystnie wpływać na nasz epigenom, zmniejszając ryzyko zachorowania na choroby przewlekłe, takie jak nowotwory, cukrzyca czy choroby serca oraz osteoporoza [4].
2. Spersonalizowana medycyna: Dzięki badaniom nad epigenetyką możliwe jest bardziej precyzyjne dostosowanie terapii do indywidualnych potrzeb pacjenta. Na przykład, badania nad metylacją genów mogą pomóc w przewidywaniu, jak pacjent zareaguje na konkretną terapię przeciwnowotworową, co umożliwia dostosowanie leczenia do unikalnych cech biologicznych danej osoby. Wynika to z faktu, że metylacja DNA posiada możliwość regulowania wzorców ekspresji genów [5].
3. Wpływ na długowieczność: Epigenetyka dostarcza dowodów na to, że nasze nawyki mogą wpływać na długość życia. Informacje związane z epigenetyką jednocześnie wskazują brakujące elementy w wyjaśnieniu procesu starzenia, co widoczne jest na przykładzie dwóch identycznych, genetycznych osobników. W przypadku ludzi będą to bliźnięta jednojajowe, natomiast w królestwie zwierząt, jako przykład można wskazać królowe pszczół oraz pszczoły robotnice, w przypadku ich długości życia zauważalny jest wpływ dryfu epigenetycznego w trakcie ich życia. Różne bodźce w tym dieta oraz styl życia, które wiążą się z dryfem epigenetycznym, a w następstwie podczas procesu starzenia prowadzi do dryfu transkrypcyjnego i niestabilności genomicznej.  Zmiany epigenetyczne mogą zarówno przyspieszać, jak i opóźniać procesy starzenia, co oznacza, że zdrowy styl życia może prowadzić do wydłużenia życia [3].

Wady i zagrożenia epigenetyki

Epigenetyka, mimo swoich obiecujących perspektyw, niesie ze sobą także pewne ryzyka i wyzwania:

1. Trudność w przewidywaniu skutków: Epigenetyka jest niezwykle złożona, a niektóre zmiany mogą mieć nieprzewidywalne lub odległe w czasie skutki. Na przykład, narażenie na toksyny w młodym wieku może prowadzić do zmian epigenetycznych, które dopiero po latach przyczynią się do rozwoju chorób.
2. Dziedziczenie epigenomu: Zmiany epigenetyczne mogą być przekazywane z pokolenia na pokolenie. Oznacza to, że złe nawyki żywieniowe, stres lub ekspozycja na toksyny mogą wpłynąć nie tylko na nasze zdrowie, ale także na zdrowie naszych dzieci i wnuków [6].
3. Możliwość manipulacji: Wiedza o epigenetyce może być wykorzystywana do manipulowania genami, co rodzi poważne etyczne dylematy. Choć potencjalnie mogłoby to pomóc w leczeniu niektórych chorób, istnieje ryzyko, że te technologie zostaną wykorzystane w sposób nieetyczny.

Jak epigenetyka wpływa na jakość i długość życia?

Styl życia ma ogromny wpływ na epigenetykę, a przez to na jakość i długość życia. Czynniki takie jak dieta, aktywność fizyczna, poziom stresu i ekspozycja na środowisko mają zdolność modyfikowania naszego epigenomu, co może przekładać się na zdrowie lub rozwój chorób.

Dieta ma możliwość wpływania na zmiany epigenetyczne, substancje, które spożywamy przyczyniają się do ukierunkowania leczenia oraz mają właściwości zapobiegania pewnym chorobom. Spożywanie niektórych produktów np. zielonej pietruszki, soi, warzyw kapustnych, winogrona czy zielonej herbaty wiąże się z mechanizmami epigenetycznymi związanymi z ochroną przed nowotworami oraz procesem starzenia. Związek między dietą epigenetyczną oraz zmniejszeniem występowania tych chorób wskazały badania (Ayissi et al., 2014). Związki, które należą do diety epigenetycznej to sulforafan (SFN), który jest w warzywach krzyżowych, genisteina znajdująca się w soi, resweratrol obecny w winogronie oraz w zielonej herbacie znajduje się galusan epigallokatechiny-3 (EGCG).

• Sulforafan jest izotiocyjanianem, znajdującym się przykładowo w brokule posiada właściwości antyproliferacyjne oraz proapoptotyczne oraz działa jako inhibitor HDAC, regulując tym niektóre geny związane z rakiem [8].
• Związki polifenolowe jak galusan epigallokatechina-3 występująca w zielonej herbacie wykazuje zależność z hamowaniem nowotworów takich jak rak piersi, prostaty, jelita grubego, jamy ustnej i inne. Suplementacja polifenoli wraz z dietą wpływa na regulację funkcji komórkowych przez modulację ekspresji miRNA (Milenkovic et al., 2012).
• Resweratrol należy do polifenoli stilbenowych, który posiada właściwości przeciwzapalne, przeciwnowotworowe i przeciwutleniające. Mimo, że resweratrol nie posiada tak silnych właściwości w hamowaniu metylotransferazy DNA jak galusan epigallokatechiny-3, mimo to zapobiega wyciszaniu niektórych supresorów nowotworów jak BRCA1.
• Geinsteina to fitoestrogen, który jest izoflawanem, stanowiących największą grupę związków polifenolowych. Dany związek wykazuje właściwości chemioprewencyjne w kilku typach raka. W leczeniu raka przełyku genisteina wykazuje częściowe odwrócenie hipermetylacji DNA oraz reaktywacją p16 czyli białka, które powoduje spowolniania podziału komórek oddziałując jako supresor nowotworów oraz RARB i CCND2, będące genami supresorowymi [10]

Dieta bogata w przeciwutleniacze, witaminy z grupy B (takie jak kwas foliowy), a także produkty roślinne, może wspierać korzystne zmiany epigenetyczne. Niektóre składniki odżywcze wspomagają metylację DNA, co pomaga w utrzymaniu prawidłowej regulacji genów.

• Natka pietruszki

Pietruszka jest prawdziwą skarbnicą różnych związków bioaktywnych, takich jak flawonoidy, karotenoidy i witaminy. Te związki potrafią oddziaływać z naszym DNA lub białkami, które regulują ekspresję genów.

Apigenina to jeden z flawonoidów występujących w pietruszce, który wykazuje silne działanie przeciwutleniające i przeciwzapalne. Badania wskazują, że apigenina może wpływać na ekspresję genów związanych z procesami zapalnymi i nowotworowymi.

Niektóre badania sugerują, że składniki obecne w pietruszce mogą wpływać na proces metylacji DNA, który jest jednym z kluczowych mechanizmów epigenetycznych. Metylacja DNA może zarówno aktywować, jak i dezaktywować geny, wpływając na różne procesy w organizmie.

Efekty spożywania pietruszki mogą być wzmacniane przez obecność innych składników w diecie, takich jak witamina B12, kwas foliowy czy magnez, które również odgrywają ważną rolę w procesach epigenetycznych.

• Aktywność fizyczna: Regularny ruch zmniejsza ryzyko chorób przewlekłych poprzez korzystny wpływ na epigenom. Ćwiczenia mogą aktywować geny odpowiedzialne za procesy naprawy komórkowej, a także hamować geny odpowiedzialne za stany zapalne [11]. Brak aktywności fizycznej oraz siedzący tryb życia wiąże się z wyższym ryzykiem wystąpienia raka piersi, zauważono to w badaniu obserwacyjnym [12].
• Unikanie toksyn: Ekspozycja na szkodliwe substancje, takie jak dym papierosowy, zanieczyszczenia powietrza, pestycydy, pleśnie czy chemikalia w żywności, może wywołać zmiany epigenetyczne, które sprzyjają rozwojowi chorób przewlekłych, w tym nowotworów [13].

Co można zrobić z epigenetyką?

Wiedza o epigenetyce pozwala nam wpływać na nasze zdrowie poprzez modyfikowanie codziennych nawyków. Oto, jak można wykorzystać tę wiedzę:

1. Zmiana stylu życia: Zdrowe odżywianie, regularna aktywność fizyczna, unikanie toksyn oraz dbanie o zdrowie psychiczne mogą wspierać korzystne zmiany epigenetyczne i zapobiegać wielu chorobom przewlekłym, np. nowotworom. [11,12].
2. Spersonalizowane badania i terapie: Dzięki testom epigenetycznym możliwe jest ocenienie ryzyka rozwoju określonych chorób oraz dostosowanie diety, suplementacji lub stylu życia w celu zmniejszenia tego ryzyka [13].
3. Odwracanie negatywnych zmian: Badania pokazują, że niektóre negatywne zmiany epigenetyczne mogą być odwracalne poprzez zdrowe nawyki i spożywanie pokamów. To daje nadzieję na poprawę zdrowia nawet u osób, które przez lata prowadziły niezdrowy tryb życia [13].

Jaki mamy wpływ na epigenetykę?

Na epigenetykę mamy realny wpływ poprzez styl życia. Chociaż genetyka daje nam pewien „plan”, epigenetyka oraz nutriepigenetyka pozwala nam na jego modyfikację. Nasze codzienne decyzje dotyczące diety, aktywności fizycznej, snu i unikania toksyn mogą zmieniać ekspresję genów, co bezpośrednio wpływa na nasze zdrowie. Przykładem może być zmniejszenie ryzyka zachorowania na raka przez zdrowe odżywianie, regularny ruch i unikanie palenia tytoniu. To pokazuje, że nawet mając predyspozycje genetyczne do niektórych chorób, możemy wpływać na to, czy one faktycznie się rozwiną.

Dlatego warto pamiętać, aby włączyć do swojej diety, takie pokarmy jak zielona pietruszka, warzywa kapustne, winogrona, zieloną herbatę, czy suplementację sulforafanu, resweratrolu, czy geinsteiny.

Podsumowanie

Epigenetyka to przełomowa dziedzina nauki, która pokazuje, jak nasz styl życia może wpływać na geny i długość życia. Zrozumienie mechanizmów epigenetycznych otwiera drogę do bardziej precyzyjnej medycyny, prewencji chorób i poprawy jakości życia. Zmiany epigenetyczne mogą zarówno wydłużyć, jak i skrócić nasze życie, w zależności od tego, jakie decyzje podejmujemy na co dzień. Świadome dbanie o zdrowie i wprowadzenie pozytywnych nawyków może pomóc nam nie tylko żyć dłużej, ale także lepiej.

Autorka: farmaceutka Julia Kuc 

Bibliografia:

1. Bollati V, Baccarelli A. Environmental epigenetics. Heredity 2010 105:1. 2010;105(1):105-112. doi:10.1038/hdy.2010.2
2. Li Y. Modern Epigenetics Methods in Biological Research. Methods. 2020;187:104. doi:10.1016/J.YMETH.2020.06.022
3. Pal S, Tyler JK. Epigenetics and aging. Sci Adv. 2016;2(7). doi:10.1126/SCIADV.1600584
4. Saul D, Kosinsky RL. Epigenetics of Aging and Aging-Associated Diseases. Int J Mol Sci. 2021;22(1):401. doi:10.3390/IJMS22010401
5. Horvath S. Erratum to DNA methylation age of human tissues and cell types [Genome Biology, 14, R115, (2013)]. Genome Biol. 2015;16(1):1-5. doi:10.1186/S13059-015-0649-6/FIGURES/4
6. Scorza P, Duarte CS, Hipwell AE, et al. Research Review: Intergenerational Transmission of Disadvantage: Epigenetics and Parents’ Childhoods as the First Exposure. J Child Psychol Psychiatry. 2018;60(2):119. doi:10.1111/JCPP.12877
7. Ayissi VBO, Ebrahimi A, Schluesenner H. Epigenetic effects of natural polyphenols: A focus on SIRT1-mediated mechanisms. Mol Nutr Food Res. 2014;58(1):22-32. doi:10.1002/MNFR.201300195
8. Meeran SM, Patel SN, Tollefsbol TO. Sulforaphane causes epigenetic repression of hTERT expression in human breast cancer cell lines. PLoS One. 2010;5(7). doi:10.1371/JOURNAL.PONE.0011457
9. Milenkovic D, Deval C, Gouranton E, et al. Modulation of miRNA expression by dietary polyphenols in apoE deficient mice: a new mechanism of the action of polyphenols. PLoS One. 2012;7(1). doi:10.1371/JOURNAL.PONE.0029837
10. Qin W, Zhu W, Shi H, et al. Soy isoflavones have an antiestrogenic effect and alter mammary promoter hypermethylation in healthy premenopausal women. Nutr Cancer. 2009;61(2):238-244. doi:10.1080/01635580802404196
11. Di Liegro CM, Schiera G, Proia P, Di Liegro I. Physical Activity and Brain Health. Genes (Basel). 2019;10(9). doi:10.3390/GENES10090720
12. Dixon-Suen SC, Lewis SJ, Martin RM, et al. Physical activity, sedentary time and breast cancer risk: a Mendelian randomisation study. Br J Sports Med. 2022;56(20):1157-1170. doi:10.1136/BJSPORTS-2021-105132
13. Tiffon C. The Impact of Nutrition and Environmental Epigenetics on Human Health and Disease. International Journal of Molecular Sciences 2018, Vol 19, Page 3425. 2018;19(11):3425. doi:10.3390/IJMS19113425