NUTRIGENÓMICA Y NUTRIGENÉTICA
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NUTRIGENÓMICA Y NUTRIGENÉTICA, DIFERENCIAS Y EJEMPLOS DE CADA UNA
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NUTRIGENÓMICA Y NUTRIGENÉTICA
- 2. Las herramientas genomicas se usan en 2 diferentes estrategias de investigación de la nutrición molecular: 1.- Es el enfoque basado en hipótesis tradicional: genes y proteínas específicas, cuya expresión está influida por nutrientes 2.- es el enfoque de biología de sistemas: genes, proteínas y señales metabolicas que están asociadas con nutrientes específicos, o regímenes nutricionales y y podría proporcionar biomarcadores moleculares de alerta temprana para los cambios en la homeostasis inducidos por los nutrientes Müller M., & Kersten S., 2003
- 3. Definición: examina el efecto de la variación genética en la interacción entre la dieta y la enfermedad. Su objetivo: es generar recomendaciones sobre los riesgos y los beneficios de las dietas específicas o componentes dietéticos para el individuo. Nutrigenética V. García-Cañas, et al., 2010
- 4. El gen metilentetrahidrofolato reductasa Daniel de Luis et al., 2004
- 5. glutatión S-transferasa M1 Müller M., & Kersten S., 2003
- 6. Examina las señales dietéticas en células específicas, tejidos y organismos, y para comprender cómo influye la nutrición en la homeostasis. También identificar los genes que influyen en el riesgo de enfermedades relacionadas con la dieta en un genoma de gran escala, y para comprender los mecanismos que subyacen a estas predisposiciones genéticas. V. García-Cañas, et al., 2010
- 7. V. García-Cañas, et al., 2010
- 8. Se apoya de: Genoma Conjunto completo de genes de un organismo o sus organelos Transcriptoma Conjunto completo de moléculas de ARNm presentes en una célula, tejido u órgano Proteoma Total de moléculas proteicas presentes en una célula, téjido u órgano Metaboloma Conjunto completo de metabolitos (intermediarios de bajo peso molecular) en una célula, tejido u órgano Lundstrom K., 2013
- 9. Müller M., & Kersten S., 2003
- 10. Genes Nutrimentos Alimentos Suplementos Nutrigenética (polimorfismos) Nutrigenómica (expresión génica) Epigenética Absorción nutrimentos Utilización nutrimentos Tolerancia a alimentos y nutrimentos Requerimiento nutrimentos Diferencias y similitudes de nutrigenómica y nutrigenética Lundstrom K., 2013
- 11. Norheim F, et al., 2012
- 12. Los factores de transcripción son los principales agentes a través de los cuales los nutrientes influyen en la expresión génica. 1.- receptor de ac. Retinoico (RAR) 2.- Receptor X retinoide (RXR) 3.- Receptores de proliferación activa de peroxisomas (PPARs) 4.- Receptor X del higado (LRX) 5.- Receptor de vitamina D (VDR) 6.- Receptores de sales biliares (FXR) Müller M., & Kersten S., 2003
- 13. Müller M., & Kersten S., 2003
- 14. Müller M., & Kersten S., 2003
- 15. Los perfiles de expresión génica se puede utilizar con tres fines distintos de la investigación en nutrición. 1.- proporcionar pistas sobre el mecanismo que se encuentran tras los efectos beneficios o adversos de un determinado nutriente o la dieta. 2.- Ayudar a identificar genes, proteínas o metabolitos importantes que son alterados en el estado previo a la enfermedad y que podrían actuar como "marcadores moleculares". 3.- Ayudar a identificar y caracterizar los mecanismos moleculares básicos de la regulación génica por nutrientes. Lundstrom K., 2013
- 16. ¿Porque es importante la nutrigenética y nutrigenómica? Diversidad genómica /grupos étnicos e interindividual que afecta a la biodisponibilidad de nutrientes y el metabolismo. Variación interindividual en la alimentación: cultural, económico, geográfico y el sabor de nutrientes. La malnutrición (deficiencia o exceso): afecta la expresión génica y la estabilidad del genoma. dosis y expresión génica anormal = Patologías 1 2 3 Simopoulos AP. Nutrigenética / Nutrigenómica. Annu Rev. salud pública. 2010
- 17. ¿Cómo se estudia la nutrigenómica? Análisis del DNA: molecular y cromosómico Proteómica Transcriptómica Epigenética Metabolómica DX del estado de salud y / o transcurso de la enfermedad. Respuestas homeostáticas a la exposición nutricional alterada Simopoulos AP. Nutrigenética / Nutrigenómica. Annu Rev. salud pública. 2010
- 18. 1.- Daños a bases individuales (aductos de ADN) medidos por cromatografía 2.- Sitios abásicos en la secuencia de DNA (medible mediante el uso de la sonda de aldehído-reactiva) 3.- Rupturas del DNA (ensayo de cometa) 4.- Reducción de los telómeros (medido por análisis de restricción terminal, PCR cuantitativa) 5.- Ruptura de cromosomas (cariotipos) 5.- Daños en el ADN mitocondrial (generalmente deleciones). Se encuentran en diferentes niveles de validación basadas en la evidencia de la asociación con la nutrición y la enfermedad Dx de daño al DNA y nutrigenómica: Simopoulos AP. Nutrigenética / Nutrigenómica. Annu Rev. salud pública. 2010
- 19. Clínica de salud del genoma (a) determinar los valores de referencia en la dieta para la prevención de daños en el ADN. Bull C, Fenech M, Proc Nutr Soc 2008 Daños en el genoma = Enfermedades del desarrollo y degenerativas Dx y prevención con dieta apropiada
- 20. • La dieta afecta el flujo de la información genética en varios sitios de la regulación: • genómica, transcriptómica, proteómica y metabolómica Enfoques experimentales utilizados en el estudio de nutrigenética y nutrigenómica Ordovas JM, Corella D. Annu Rev Genomics Hum Genet, 2004
- 21. Polimorfismos comunes podrían alterar su función y en última instancia, la respuesta fisiológica a un compuesto alimenticio. Estudios genéticos Garcia-Bailo B, Toguri C, Eny KM, El-Sohemy A, OMICS. 2009 Los efectos biológicos de los nutrientes y bioactivos dependen de una serie de procesos fisiológicos: Absorción, transporte, biotransformación, unión, almacenamiento y excreción, y de los mecanismos de acción celulares, tales como la unión a receptores nucleares o la regulación de factores de transcripción.
- 22. Numerosos estudios han demostrado que los nutrientes alteran la expresión de la información genética: regulación génica transducción de señales alteraciones en la estructura de la cromatina y la función de la proteína ¿Cómo la dieta puede afectar los niveles de expresión génica? Actuando sobre: Factores de transcripción Cambios epigenéticos Elliott RM: Transcriptomics and micronutrient research. Br J Nutr 2008;(suppl 3):S59–S65. Los cambios globales en los perfiles de expresión génica podría representar "firmas moleculares" que reflejan la exposición a los nutrientes específicos
- 23. ESTUDIOS DE ASOCIACIÓN El café y las enfermedades del corazón (¿nutrigenómica o nutrigenética?) Cafeína es metabolizada por el citocromo hepático P450 1A2. Cornelis MC, El-Sohemy A, Kabagambe EK, Campos H: Coffee, CYP1A2 genotype, and risk of myocardial infarction. JAMA 2006; 295: 1135–1141. 1.- La cafeína puede aumentar el riesgo de un ataque al corazón solo en personas que portan el alelo CYP 1A2 1F (metabolizadores «lentos» de cafeína). 2.- Diterpenos presentes en el café sin filtrar y la cafeína parecen aumentar el riesgo de enfermedad cardíaca coronaria. 3.- Un menor riesgo de enfermedad coronaria entre los bebedores moderados de café podría ser debido a los antioxidantes en el café.
- 24. Nutrigenética / Nutrigenómica su control y tratamiento del cáncer 1982 Doll y Peto sugirieron que la dieta representa el 30% de riesgo de desarrollar cáncer. Doll R, Peto R. J Natl Cancer Inst 1981; 66: 1191–1308 World Cancer Research Fund, American Institute of Cancer Research, Diet, Nutrition and Prevention of Human Cancer: A Global Perspective, World Cancer Research Fund. Washington, American Institute of Cancer Research, 2007 El Fondo de Investigación Mundial del Cáncer y el Instituto Americano de Investigación del Cáncer : «La dieta contribuye de manera significativa a los cánceres en todo el mundo, pero el porcentaje real es altamente dependiente de la dieta específica consumida y del tipo de cáncer
- 25. Nutrigenómica, epigenética y cancer Epigenética: metilación del ADN, modificaciones de histonas, miRNAs. Estos cambios en el color del pelaje son acompañados por una reducción en el riesgo de cáncer, así como la diabetes y la obesidad. Ratón agutí: Adición de factores de la dieta materna(colina, betaína o ácido fólico), que mejoran la metilación, cambien el fenotipo de la descendencia . Dolinoy DC, Weidman JR, Waterland RA, Jirtle RL: Maternal genistein alters coat color and protects Avy mouse offspring from obesity by modifying the fetal epigenome. Environ Health Perspect 2006; 114: 567–572
- 26. expresión elevada de proteínas p21Cip1/Waf1 y BAX. Myzak MC, Hardin K, Wang R, Dashwood RH, Ho E: Carcinogenesis 2006; 27: 811–819. Sulforafano Butirato de KK amilo Azufre inhibidores de la histona desacetilasa (HDAC) acetilación de histonas
- 27. ¿Cómo el butirato produce sus efectos anti-tumorigénicos? Mecanismo de acción de sus efectos apoptóticos. Fung KY, Lewanowitsch T, Henderson ST, Priebe I, Hoffmann P, McColl SR, Lockett T, Head R. J Proteome Res 2009; 8: 1220–1227. Expresión génica y el análisis proteómico con líneas celulares de cáncer colorrectal Ácido bitúrico
- 28. Respuesta apoptótica del butirato : 139 proteínas implicadas en la respuesta apoptótica de butirato. El butirato afecta a estas funciones celulares: Remodelación del citoesqueleto de actina Mayor respuesta al estrés celular Regulación negativa de la biosíntesis de proteínas Regulación negativa del crecimiento celular Inhibición de la vía glucolítica (efecto Warburg) Michael fenecha, et al., J nutrigenet nutrigenomics. 2011
- 29. Michael fenecha, et al., J nutrigenet nutrigenomics. 2011
- 30. PERSPECTIVAS Metabolómica y Proteómica • Identificar biomarcadores de exposición a diferentes dietas inter-individualmente Información • Incorporar en biobancos para correlacionar dieta-enfermedad. Análisis? • Queda mucho por realizar. Michael fenecha, et al., J nutrigenet nutrigenomics. 2011
- 31. CONCLUSIONES Los patrones de expresión de genes sólo pueden ser útiles en la práctica clínica cuando los patrones son evidentes en una muestra de fácil acceso (por ejemplo, sangre o células bucales) que clara e inequívocamente identifican un problema de salud. Los cambios en la expresión génica pueden ser simplemente una respuesta de adaptación a los cambios homeostático en los modelos dietéticos o factores de estilo de vida asociados (por ejemplo, ejercicio). La nutrigenómica es una ciencia joven, y aunque se han demostrado hallazgos muy relavantes en los últimos años, todavía falta mucho por descubrir y se requieren más estudios para poder hacer posible su práctica en la vida cotidiana.
Notas del editor
- La primera estrategia nos proporcionan datos moleculares detallados sobre la interacción entre la nutrición y el genoma, mientras que la segunda estrategia podría ser más importante para la nutrición humana
- Variación genética entre individuos es también probable que sea un factor determinante fundamental de las diferencias en los requerimientos de nutrientes. La poblacion con un cambio de T por C hace que puedan requerir más folato que aquellos con el alelo de tipo silvestre.
- En estudio de la incidencia de carcinoma hepatocelular en Sudán, se observo que no había una relación estrecha entre el riesgo de desarrollar la enfermedad y el consumo de mantequilla de maní contaminada con aflatoxinas en el pueblo sudanés con genotipo nulo a la glutatión S-transferasa M1 que la que había en aquellos que carecen de este genotipo.
- Los nutrientes dietéticos van a trabajar como señales que son detectadas por los sistemas de sensores celulares que influyen en la expresión de genes y la expresión de la proteína y, posteriormente, la producción de metabolitos. Por lo tanto, los patrones de expresión de genes, expresión de la proteína y la producción de metabolitos en respuesta a nutrientes particulares o regímenes nutricionales pueden ser vistos como señales dietéticas.
- La combinación de la nutrición molecular y la nutrigenomica, con el uso de la herramientas de la biología molecular en modelos de ceélulas o animales transgenicos como son el uso de RNAi, construcciones adenovirales de transdominantes negativos y sistemas de expresión de genes inducibles (el uso de sistemas de expresion inducible con tetraciclina Tet-ON), se utilizará para modular los niveles de expresión y la funcionalidad de los sistemas de sensores de nutrientes permitiendo así el descubrimiento de genes blanco de los nutrientes y la caracterización de mecanismos que subyacen a la deteccion de nutrientes. Ayudandose tambien de la transcriptomica, la proteomica, la metabolomica para la identificación de biomarcadores que permitirán intervención dietética temprana para revertir la aparición de enfermedades relacionadas con la dieta y para recuperar la homeostasis.
- La estructura molecular de un nutriente determina las vías de señalización específicas que se active. Pequeños cambios en la estructura pueden tener una influir sobre las vías señalización que activen. Los ácidos grasos poliinsaturados omega-3 tienen un efecto positivo sobre la arritmia cardíaca, (ácido esteárico y ácido palmítico) no lo hacen. Además, los ácidos grasos omega-16 C18 insaturados (ácido oleico y ácido linoleico) disminuyen los niveles plasmáticos de lipoproteína de baja densidad (LDL) colesterol
- Las sales biliares son metabolitos del colesterol que se forman en los hepatocitos y secretada a través de la membrana canalicular por el transportador de casete de unión a ATP (ABC) ABCB11 . Las sales biliares son importantes componentes de la bilis, y son necesarias para la digestión de lípidos en el tracto intestinal. Sin embargo , en concentraciones elevadas , estos detergentes potentes son citotóxicos . El receptor FXR de la hormona nuclear es el sensor de nutrientes que regula la respuesta a los niveles elevados de ácidos biliares . A través de este receptor, los ácidos biliares aumentan la expresión de numerosos genes que están involucrados en el metabolismo de los lípidos , incluyendo la proteína de unión de ácidos biliares, PPARα, proteína de transferencia de fosfolípidos , la apolipoproteína E (APOE), APOCII y la bomba de exportación de sales biliares (ABCB11). En general, el aumento de la expresión de estos genes inhibe la síntesis de ácidos biliares y estimula el transporte de ácidos biliares fuera de la célula , a través de ABCB11 , en los canalículos biliares.
- Estudios indican que los ácidos grasos poli-insaturados reprimen la expresión hepática de varios genes implicados en la síntesis de ácidos grasos. Uno de los tres isotipos PPAR - PPARα - está presente sobre todo en el hígado y es importante durante la privación de alimentos y el ayuno. Durante el ayuno, los ácidos grasos libres se liberan del tejido adiposo. Estos ácidos grasos entonces viajan hasta el hígado, donde son sometidos a la oxidación parcial o completa. Sin embargo, estos ácidos grasos también se unen PPARα, que entonces aumenta la expresión de un conjunto de genes a través de la unión a secuencias específicas en sus regiones promotoras (Estas secuencias de ADN se denominan PPREs elementos proliferadores del peroxisoma a respuestas hormonales). Los genes pueden tener una expresión aumentada indirectamente, a través de los genes que están directamente afectados por PPARα. Los genes diana de PPARα están involucrados en numerosos procesos metabólicos en el hígado, incluyendo la oxidación de ácidos grasos y la cetogénesis, la síntesis de la apolipoproteína, el metabolismo de aminoácidos, la proliferación celular.
- 1.- Cambios muy específicos en la expresión de genes que podrían explicar los efectos beneficiosos o adversario de muchos nutrientes. Por ejemplo, el efecto beneficioso de los ácidos grasos poli-insaturados en los niveles plasmáticos de LDL podría estar relacionada con cambios específicos en la expresión de genes que están involucrados en el metabolismo del colesterol.
- La Transcriptómica es el estudio del conjunto de ARN (ARNr, ARNt, ARNm, ARNi, miARN) que existe en una célula, tejido u órgano. La proteómica es el estudio y caracterización de todo el conjunto de proteínas expresadas de un genoma (proteoma). La metabolómica es el conjunto de ciencias y técnicas dedicadas al estudio completo del sistema constituido por el conjunto de moléculas que constituyen los intermediarios metabólicos,metabolitos, hormonas y otras moléculas señal, y los metabolitos secundarios, que se pueden encontrar en un sistema biológico. De estos biomarcadores, sólo el daño del ADN es un biomarcador claro de la patología fundamental de que puede ser mitigado por la promoción de la apoptosis de las células genéticamente aberrantes o mediante la reducción de la tasa de acumulación de daños en el ADN.
- Aductos del DNA= tales como la adición de un radical hidroxilo a la guanina causada por el estrés oxidativo)
- El establecimiento de una base genética para gustos o aversiones de alimentos podría conducir a la elaboración de productos alimentarios dirigidos a genotipos específicos o poblaciones étnicas, y puede explicar algunas de las discrepancias entre los estudios sobre alimentos con el riesgo de enfermedades crónicas [ 20 ]. Es difícil describir a umami. En general se define como un sabor particular de la comida oriental relacionado con alimentos altos en glutamato monosódico. Es suave y duradero, induce a la salivación y se encuentra en la carne, verduras (hongos, tomates maduros, espinaca, apio), té verde, carne y pescados.
- El cambio de la obesidad en estos animales es notable debido a la epidemia de obesidad en todo el mundo. Estos hallazgos deberían servir de justificación para atención adicional a las interrelaciones bioenergético-epigenéticos, especialmente aquellos que son modificados por factores dietéticos.
- El gen p21 codifica a una proteína que es inhibidora de una quinasa dependiente de ciclina, uniéndose e inhibiendo los complejos CDK2 y CDK4.4 Por ello, funciona como un regulador del progreso del ciclo celular a nivel de la fase G1. Bax regulador de la apoptosis
- La apoptosis y la proliferación de líneas celulares de cáncer de colon en respuesta a butirato [ 95 ]. Líneas celulares de cáncer colorrectal (HT29, SW480, HCT116, Caco2, Lim1215 y T84) fueron tratados con el aumento de las concentraciones de butirato durante 48 h. En todos los casos, se encontró butirato para inducir la apoptosis e inhibir la proliferación de las células, con la excepción de la línea celular T84. En la línea celular T84, butirato inducida mínima / no apoptosis y tuvo un mínimo efecto sobre la proliferación. * P <0,05, ** p <0,01, *** p <0,001 en comparación con las células no tratadas utilizando ANOVA con test post hoc de Tukey. Líneas celulares de cáncer colorrectal (HT29, SW480, HCT116, CaCo2, Lim1215 y T84) se obtuvieron de la American Type Culture Collection (Manassas, Virginia, EE.UU.). La apoptosis y la proliferación se midió después de la exposición a butirato de 48 h de acuerdo con los métodos descritos anteriormente [ 95 , 96 ]. El análisis estadístico se realizó mediante el paquete de software Prism v4.0.
- Queda, sin embargo, una serie de desafíos relacionados con la manipulación de muestras y procesamiento, así como la interpretación de datos que hay que superar