GENETICA ED ALIMENTAZIONE:

05/03/2009
GENETICA ED ALIMENTAZIONE:
PROSPETTIVE PER INTERVENTI PRECOCI DI
EDUCAZIONE ALIMENTARE
Dr. Maria Chiara Bassi
OUTLINE
QUALE RELAZIONE NUTRIZIONE E GENETICA?
• Che cos’è l’epigenetica?
• Origine embrionale della salute e di alcune malattie
• Epigenetica e regolazione genica
( effetto dell’alimentazione intrauterina e nella prima infanzia sulla metilazione
del DNA)
• Domande emergenti: come la dieta influenza L’EPRESSIONE del DNA e quali
sono i rapporti fra epigenetica e nutrizione.
• Quali regioni del DNA sono sensibili?
CHE COS’E’ L’EPIGENETICA?
EPI- DAL GRECO “epi” (sopra)
EPIGENETICA: “SOPRA” LA GENETICA, ovvero “SOPRA” IL DNA
ALTERAZIONI MITOTICHE EREDITABILI A CARICO DEL POTENZIALE DI ESPRESSIONE DEI
GENI CHE NON SONO CAUSATE DA CAMBIAMENTI NELLA SEQUENZA NUCLEOTIDICA
LE
ALTERAZIONI
EPIGENETICHE
NON
COINVOLGONO
ALCUNA
MODIFICAZIONE DELLA SEQUENZA NUCLEOTIDICA PRIMARIA DEL DNA
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GENOTIPO
FETAL PROGRAMMING
FENOTIPO ADULTO
EFFETTI TRANSGENERAZIONALI
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IL DNA è IL MATERIALE GENETICO
COMPOSIZIONE E STRUTTURA
IN CHE FORMA SI TROVA IL DNA NEL NUCLEO?
• CI SONO 3 BILIONI DI NUCLEOTIDI
• SI STIMA CHE IL DNA DI UNA CELLULA SE “STIRATO” POSSA
ASSUMERE LA LUNGHEZZA DI CIRCA 2 METRI
• COME RIESCE A STARE IN UN NUCLEO DELLE DIMENSIONI DI CIRCA
10-100μm?
DIVISO IN SEZIONI DISCRETE: CROMOSOMI
ALTAMENTE CONDENSATO AVVOLTO E RIAVVOLTO A PROTEINE
(ISTONI, NUCELOSOMI…..)
DNA E PROTEINE FORMANO LA CROMATINA
CONDENSATO IN CROMOSOMI ALL’INTERNO DEL NUCLEO
ALTERAZIONI NEL PROFILO DI METILAZIONE SONO LEGATI
AD ALCUNE MALATTIE
ALTERAZIONI NEL PROFILO DI METILAZIONE E CELLULE CANCEROSE:
• IPOMETILAZIONE DEL DNA PORTA A “silenziamento”
•(mancata espressione) DI TUMOR-SUPPRESSOR GENES
• IPOMETILAZIONE DEL DNA PORTA A “instabilità genetica”
HUMAN IMPRINTING DISORDERS
(PRADER-WILLI/Angelman syndrome, Beckwith-wiederman syndrome…)
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I DNA METHYLATION PROFILES POSSONO ESSERE
MODIFICATI DALL’ESPOSIZIONE A CERTI AMBIENTI QUALI:
PERCHE’ LA METILAZIONE RISENTE DELLO STATO
NUTRIZIONALE?
• RISENTE DELLA CARENZA DI FOLATI, VIT B12, ZINCO,
• NUTRIENTI (LIVELLO DI FOLATI)
• RISENTE DI UNO STATO INFIAMMATORIO
(DIABETE, OBESITA’ SINDROME METABOLICA)
• TOSSINE, VELENI
• RISENTE DELLA CARENZA DI SULFIDRIL AMINOACID, GLUTATIONE
• LIPIDI
• RISENTE DELLO STATO OSSIDATIVO DELLA CELLULA
(METABOLISMO GLUCIDICO, LIPIDICO)
• SENESCENZA
• IL GENE DELL’INSULINE LIKE GROWTH FACTOR (IGFII/H19)
SUBISCE IMPRINTING(Gauguier D., et al. 1990. Inheritace of
diabetes mellitus as consequences of gestational hyperglycemia in
rats. Diabetes 39: 734-739.
IL DNA METHYLATION PATTERN E’ EREDITABILE
DA CELLULA A CELLULA
IL PATTERN DI METILAZIONE E’ TRASMISSIBILE
GENOMIC IMPRINTING: I GENI SOGGETTO DI “IMPRINTING” MANTENGONO
NELLE GENERAZIONI LO STESSO PATTERN DI ESPRESSIONE
• L’IMPRINTING E’ DETERMINATO
COMPLETAMENTE DALL’EPIGENETICA
• L’IMPRINTING E’ SENSIBILE A
IMPUT NUTRIZIONALI
• L’IMPRINTING E’ CRITICO PER LA
SALUTE RIPRODUTTIVA UMANA
DNA METHYLATION E’ UNA SORTA DI MEMORIA EPIGENETICA
From Constancia et al., (2004) Nature 432:53-57
L’IMPRINTING EPIGENETICO E’ ACQUISITO DAI GAMETI
L’IMPRINTING
ILLUSTRA
L’EREDITABILE E
REVERSIBILE
CARATTERISTICA
DELLA MEMORIA
EPIGENETICA
IMPRENTED GENES E PASSAGGIO GENERAZIONALE
Epigenetic imprints sono acquisiti anche dai gameti
madre
ADESSO
L’imprinting avviene
durante la
formazione
dei gameti quando i
genitori si trovavano
nell’utero materno
padre
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IMPRENTED GENES E PASSAGGIO GENERAZIONALE
Epigenetic imprints sono acquisiti anche dai gameti
• AMBIENTE
• STILE DI VITA
• DIETA
(APPORTO DI FOLATI,
OBESITA’ MATERNA
DENUTRIZIONE MATERNA
• COSA HA MANGIATO LA NONNA
DURANTE LA GAVIDANZA,
A CHE AMBIENTE ERA ESPOSTA
Può avere ripercussioni sulla
salute futura del nascituro
• IL PRIMO SVILUPPO
EMBRIONALE E’
ESTREMAMENTE SENSIBILE A
CAMBIAMENTI EPIGENETICI
DOVUTI ALL’ AMBIENTE E AI
NUTRIENTI
placenta
Trasporto e filtro al passaggio
di sostanze
Produzione di ormoni
(lattogeno placentare, GH)
Utilizzo di substrati per il suo
metabolismo (50% del glucosio
e ossigeno, può condizionare la
crescita fetale)
IMPRINTED GENES COMPAIONO CON L’EVOLUZIONE CON LA COMPARSA DELLA PLACENTA
Prevenzione: dieta appropriata in gravidanza
Prevenzione : allattamento materno
Preconcepimento: preparare l’organismo, ridurre obesità, acido folico,
dieta ecquilibrata
• Bilanciamento dei nutrienti ottimale
1° trimestre: divisioni cellulari, sviluppo di organi
nutrienti critici: proteine, ac. folico, vit.B12, Zn
• Miglior profilo lipidico
• Calorie sufficienti ma non eccessive
2°-3° trimestre: 90% della crescita nella seconda metà della gravidanza
nutrienti critici: proteine, Fe, Ca, Mg, Vit B, omega 3
Macronutrienti
Proteine, carboidrati, grassi
Vitamine
A,B,C,B6,B12, folati
Metabolismo e integrità dei tessuti
Minerali
Ca, Fe, Mg, Zn
Struttura di organi e tessuti
• Incremento ponderale più lento rispetto all’allattamento
artificiale
Energia, struttura di tessuti e organi
Che cosa c’è di unico nel latte materno?
LA SCIENZA DELLA NUTRIZIONE
ha lo scopo di capire il ruolo dei nutrienti e di altri componenti
della dieta nello stato di salute o malattia dell’uomo lungo
tutto il ciclo di vita
vita..
conoscenze di
base
(caratterizzazione dei
nutrienti, biochimica
e fisiologia del loro
metabolismo, delle
vie di segnale e del
loro ruolo
nell’omeostasi)
studio degli
errori del
metabolismo
presenti fin dalla
nascita
comprensione dei
primi meccanismi di
interazione
gene--nutriente
gene
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The fetal insulin hypotesis :basso peso alla nascita associato a diabete e
malattie cardiovascolari
Insulino-resistenza o ridotta secrezione
di insulina da causa epigenetica
Ridotta crescita fetale
Insulino-resistenza nell’adulto
Suscettibilità a diabete di tipo 2
e malattia cardiovascolare
Hattersley AT, Tooke JE. Lancet 1999;353:1789-92
Thrifty phenotype hypothesis
Catch up (crescita compensatoria)
(ipotesi del fenotipo risparmiatore)
Aumenta il rischio cardiovascolare
Periodo fetale: malnutrizione materna
Ridotta disponibilità alimentare
La crescita rapida può condizionare un’alterata
composizione corporea a favore della massa grassa
(Il periodo critico per la crescita muscolare è in utero)
Si associa a cambiamenti metabolici e ormonali
persistenti
riduzione dimensioni corporee
riduzione della secrezione di insulina e aumento della resistenza periferica
all’insulina per far fronte alle carenze alimentari
Periodo postnatale
Ridotta disponibilità alimentare
Normale disponibilità alimentare
Normale tolleranza glucidica
Ridotta tolleranza glucidica
diabete, obesità
Soto N. J Clin Endocrinol Metab 2003;88:3645
Hales &Barker. Diabetologia 1992;35:595
I modelli sperimentali
Macrosomia fetale
diabete materno, iperglicemia
Restrizione
proteica
materna
Restrizione
dietetica
materna
globale
Aumento
grassi
materni
Esposizione
prenatale al
desametasone
iperinsulinemia fetale
Stress
prenatale
Diabete
materno
eccessiva crescita fetale
aumento della massa grassa
Resistenza
insulinica
Ipertensione
Profilo lipidico
alterato / obesità
SINDROME METABOLICA
predisposizione a intolleranza glucidica, obesità
Commonality of phenotypeEarly
in animal
models of programming?
Life Origins of Health and Disease. Wintour E. 2006
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Lifespan
Healthspan
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