Dosar nutrienți și gene - Institutul Danone

Nutrienții sunt capabili să moduleze expresia genelor specifice. Acest proces inițial adaptativ ar putea fi la originea anumitor patologii, dar ar putea fi utilizat și în viitor în scopuri terapeutice.

Ființele vii sunt în interacțiune constantă cu mediul lor. Progresele recente în biologia moleculară arată că alimentele acționează asupra expresiei unui număr de gene, determinând adaptarea organismului, care poate varia de la o persoană la alta.

I - EXPRIMAREA UNEI GENE ESTE CONTROLATĂ

Într-o celulă, 50 până la 100.000 de gene care alcătuiesc genomul nu sunt toate exprimate în același timp. Expresia lor este dependentă de tipul celulei (celulele pulmonare nu vor exprima aceleași gene ca și hepatocitele), stadiul diferențierii celulare și mediul înconjurător. Prin urmare, expresia unei gene trebuie controlată. Reglarea transcrierii (a se vedea caseta) acestei gene este un sistem esențial de control.

Unele exemple arată că substanțele nutritive precum glucoza, colesterolul, acizii grași pot modifica transcripția genelor care codifică proteinele (enzime, hormoni) implicate în metabolismul lor.

II - MEDIUL NUTRITIV MODIFICĂ EXPRIMAREA GENELOR

Exemplu de glucokinază și fosfoenolpiruvat carboxicinază:
Ficatul unui mamifer are proprietatea de a captura și metaboliza glucoza care ajunge în vena portă. O enzimă implicată în acest proces, glucokinaza este necesară doar la o persoană care absoarbe în mod regulat carbohidrații. Dar ficatul are și proprietatea de a sintetiza de novo glucoza (gluconeogeneza) atunci când intestinul nu o mai eliberează. Apoi îl eliberează în circulație pentru organele care au nevoie de el în mod continuu, cum ar fi creierul. Prin urmare, fosfenolpiruvatul carboxicinazei (PEPCK), o enzimă gluconeogeneză, este necesară atunci când este oprit aportul de glucoză. Figura 1 ilustrează modificarea cantității de glucokinază și ARNm PEPCK într-un ciclu rapid de masă cu carbohidrați la un șobolan. După 24 de ore de post, mARN-urile PEPCK sunt abundente în ficat, cele ale glucokinazei nedetectabile. Gena pentru PEPCK este transcrisă, dar nu și pentru glucokinază. Ficatul se află în modul „producție de glucoză”.

La câteva minute de la consumul unei mese cu carbohidrați, mARN-urile PEPCK scad rapid și apar mARN-urile glucokinazei. Gena glucokinazei este apoi transcrisă, dar gena PEPCK nu mai este. Ficatul se află într-un mod de „utilizare a glucozei”. Mecanismele specifice sunt, de asemenea, responsabile pentru degradarea ARNm-urilor PEPCK.

DE LA GENE LA PROTEINE
ADN-ul este alcătuit din două lanțuri complementare (sau catene) alcătuite din succesiune într-o ordine precisă a patru entități chimice (baze nucleice: adenină, guanină, citozină și timină). O genă este o bucată de ADN care conține toate informațiile necesare pentru sinteza unei proteine, sub forma unui lanț liniar de câteva sute până la câteva mii de baze nucleice. Atunci când o proteină trebuie sintetizată, una dintre	catene de ADN dintr-o genă sunt copiate de o enzimă numită polimerază ca ARN mesager monocatenar (ARNm) și complementare secvenței ADN. Acesta este fenomenul transcrierii. ARNm trece din nucleu în citoplasma celulei unde o mașinărie foarte complexă va „citi” secvența ARNm și o va traduce în proteină. Acesta este fenomenul traducerii. Apariția ARNm-ului său se numește, în general, expresia unei gene.

Acest exemplu ilustrează răspunsul programului nostru genetic la mediul nutrițional. Există multe alte sisteme de reglare: nu toate implică transcrierea, ci modifică activitatea unei proteine deja existente și au avantajul vitezei (câteva secunde). Chiar dacă transcrierea unei gene poate fi modulată rapid, durează câteva minute (sau chiar ore) între „pornirea” unei gene și sinteza proteinei corespunzătoare în cantitate suficientă. Prin urmare, reglarea genelor poate fi considerată în acest caz ca o reglare adaptivă pe termen mai lung, care pregătește organismul pentru repetarea evenimentelor nutriționale.

Efectul nutrienților poate fi direct sau indirect:
În organismele unicelulare (bacterii, drojdie), se cunoaște de mult efectul direct, fără releu hormonal, al nutrienților asupra expresiei genetice. La organismele multicelulare, efectul nutrienților a fost mult timp atribuit schimbărilor hormonale pe care le induc. De fapt, unele gene sunt controlate de hormoni. În exemplul de mai sus, gena PEPCK este activată de glucagon și inhibată de insulină, în timp ce gena glucokinazei este activată de insulină și inhibată de glucagon. Insulina este efectiv ridicată și glucagon scăzută în timpul absorbției de carbohidrați și invers apare în timpul postului.