Early Epigenetic Nutrition ‘Memory’ Could Program You for Obesity Later in Life

Η πρώιμη επιγονιδιακή διατροφή «Μνήμη» θα μπορούσε να σας προγραμματίσει για την εμφάνιση παχυσαρκίας αργότερα στη ζωή.Για δεκαετίες, γνωρίζουμε πόσο σημαντικό ρόλο διαδραματίζει η σωστή διατροφή κατά τα πρώτα στάδια της ζωής. Οι διατροφικές εμπειρίες στην αρχή της ανάπτυξης μπορούν να θέσουν το θεμέλιο για πολλά πράγματα, συμπεριλαμβανομένου του σωματικού βάρους και μπορεί να συμβάλλουν στην ανάπτυξη της παχυσαρκίας καθώς μεγαλώνουμε. Πρόσφατη έρευνα υποστηρίζει την ιδέα ότι η κακή διατροφή στην αρχή της εγκυμοσύνης ή όταν το μωρό θηλάζει μπορεί να αποθηκευτεί ως μοριακή επιγενετική «μνήμη» στο γονιδίωμα του παιδιού και ενδεχομένως να δημιουργήσει μεταβολικές ασθένειες αργότερα στη ζωή.

Πολλές μελέτες αποκαλύπτουν μια σύνδεση μεταξύ επιγενετικών σημείων, όπως η μεθυλίωση του DNA ή η τροποποίηση των ιστονών, και την ανθρώπινη παχυσαρκία. Νέα έρευνα στο Nature Communications διερεύνησε μια μορφή επίμονης επιγενετικής μνήμης που μπορεί να διαδραματίσει ρόλο στον αναπτυξιακό προγραμματισμό της παχυσαρκίας.

Ως ένας από τους πιο σύνθετους και ταχύτερα αναπτυσσόμενους τομείς της έρευνας στη βιολογική επιστήμη, μια μεγάλη ποικιλία μελετών ασχολείται με τις αποχρώσεις της επιγενετικής μνήμης της διατροφής. Οι ερευνητές έχουν αποδείξει την κληρονομικότητα και τη μετάδοση επιγενετικών σημάτων σε γενιές, αλλά άλλοι έχουν δείξει ότι η επιγενετική μεταφορά της διατροφικής μνήμης τελειώνει στα πρώτα εγγόνια. Το αμφισβητούμενο θέμα απαιτεί περαιτέρω έρευνα, αλλά πολλές μελέτες έχουν αρχίσει να φωτίζουν τους τρόπους με τους οποίους οι πρώιμες επιλογές ζωής μπορούν να επηρεάσουν επιγενετικά την υγεία μας και την υγεία των παιδιών μας αργότερα.

Η επιγενετική έρευνα έδειξε ότι η ψυχική καταλληλότητα ενός παιδιού μπορεί να επηρεαστεί από τη διατροφή του πατέρα του ακόμη και πριν την σύλληψη και ότι η μεσογειακή διατροφή κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης θα μπορούσε να μειώσει επιγενετικά τον κίνδυνο της νόσου του παιδιού. Ακόμα, υπάρχουν πολλά περισσότερα που περιμένουν να αποκαλυφθούν.

Μια ομάδα ερευνητών από το ιατρικό και οδοντιατρικό πανεπιστήμιο του Τόκιο (TMDU) προσθέτει στη συλλογή μελετών σχετικά με την επιμονή επιγενετικών σημείων με την πάροδο του χρόνου. Προηγουμένως, ανακάλυψαν ότι τα λιπίδια του γάλακτος τα οποία απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια της γαλουχίας μετά τη γέννηση από την μητέρα δρουν ως συνδέτες που ενεργοποιούν τον πυρηνικό υποδοχέα PPARa ή τον ενεργοποιημένο από πολλαπλασιαστή υπεροξειδίου υποδοχέα a.

Οι υποδοχείς που ενεργοποιούνται από τον πολλαπλασιαστή του περοξυσώματος (PPARs) εμπλέκονται στη ρύθμιση πολλών βιολογικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένου του μεταβολισμού των λιπιδίων και της γλυκόζης, της συνολικής ενεργειακής ομοιόστασης και των φλεγμονωδών αποκρίσεων. Αυτός ο συγκεκριμένος ρυθμιστής μεταγραφής, ΡΡΑRa, παίζει βασικό ρόλο στο μεταβολισμό του λίπους στο ήπαρ και στα ποντίκια, είναι απαραίτητος για την πρόληψη της μη αποθήκευσης μεγάλων ποσοτήτων λίπους στο ήπαρ.

Ενεργοποιηση των ΡΡΑRα μέσω προσδεμάτων των λιπιδίων του γάλακτος, γονίδια β-οξειδώσεως λιπαρών οξέων στο μεταγεννητικό ήπαρ ποντικού τα καθιστούν φυσικώς απομεθυλιωμένα. Η μεθυλίωση του DNA είναι ένας δημοφιλής επιγενετικός μηχανισμός γνωστός για τη διακοπή και τη μείωση της έκφρασης των γονιδίων. Η χορήγηση ενός συνθετικού ΡΡΑRα προσδέματος (Wy) σε μητρικούς ποντικούς κατά τη διάρκεια της περιγεννητικής περιόδου οδήγησε σε μεγαλύτερη μείωση στην μεθυλίωση του DNA αυτών των γονιδίων στο ήπαρ των απογόνων των ποντικών. Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν ότι ο Wy ευρισκετο στο μητρικό γάλα των μητέρων αλλά και στους απογόνους της.

Με αυτά τα ευρήματα, η ομάδα χρησιμοποίησε αναλύσεις μεθυλιώσεως DΝΑ γενωμικού γονιδιώματος για να διερευνήσει εάν η κατάσταση μεθυλίωσης των γονιδίων στόχων PPARa επιμένει από την πρώιμη ζωή έως την ενηλικίωση. Πράγματι, ανακάλυψαν ότι μερικά από αυτά τα γονίδια τα οποία ενεργοποιήθηκαν με ενεργοποιημένο με ΡΡΑRα -εξαρτώμενο από ΡΡΑRα απομεθυλίωση DΝΑ -κατά την περιγεννητική περίοδο, συνέχισαν καθώς οι ποντικοί μετατράπηκαν σε ενήλικες.

Μεταξύ των ερευνηθέντων γονιδίων, τα οποία οι ερευνητές ανέφεραν ως «επιγενετικά γονίδια μνήμης», επικεντρώθηκαν στον αυξητικό παράγοντα των ινοβλαστών 21 (FGF21). Ο FGF21 είναι πεπτιδική ορμόνη που παίζει καθοριστικό ρόλο στη ρύθμιση της ομοιόστασης της ενέργειας.

Ο Koshi Hashimoto, MD, PhD, αναπληρωτής καθηγητής στο τμήμα προληπτικής ιατρικής και μεταβολισμού στην TMDU, εξήγησε: «Παρέχουμε την πρώτη απόδειξη ότι η απομεθυλίωση του εξαρτώμενου από ΡΡΑRα γονίδιο Fgf21 λαμβάνει χώρα στο μεταγεννητικό ήπαρ ποντικού και στην ενηλικίωση και ασκεί μακροχρόνιες επιδράσεις στο μέγεθος της απόκρισης γονιδιακής έκφρασης σε περιβαλλοντικούς παράγοντες, οι οποίοι μπορεί να οφείλονται εν μέρει στην παχυσαρκία που προκαλείται από τη διατροφή ».

Ουσιαστικά, μόλις διαπιστωθεί η κατάσταση μεθυλίωσης του DNA του FGF21 στην πρώιμη ζωή, μπορεί να επηρεάσει την παχυσαρκία στην ενηλικίωση. Οι ερευνητές προτείνουν ότι η περίοδος θηλασμού είναι ένα κρίσιμο χρονικό διάστημα για την εμφάνιση απομεθυλίωσης FGF21 εξαρτώμενης από PPARα ως αποτέλεσμα του μητρικού περιβάλλοντος.

Ο ανώτερος συγγραφέας Yoshihiro Ogawa, MD, PhD, δήλωσε: "Προτείνουμε ότι η μεθυλίωση του FGF21 αντιπροσωπεύει μια μορφή επιγενετικής μνήμης που επιμένει στην ενηλικίωση και μπορεί να έχει κάποιο ρόλο στον αναπτυξιακό προγραμματισμό της παχυσαρκίας".

Με την περαιτέρω έρευνα μπορούμε να συνεχίσουμε να ξεδιπλώνουμε το μυστήριο της θρεπτικής επιγενετικής μνήμης και να πλησιάσουμε στην κατανόηση του πώς οι πρώιμες εμπειρίες από τη ζωή μπορούν να μας οδηγήσουν σε θετικά ή αρνητικά αποτελέσματα υγείας πολύ αργότερα στη ζωή.

Source: Yuan, X., Ogawa, Y. et al. (2018). Epigenetic modulation of Fgf21 in the perinatal mouse liver ameliorates diet-induced obesity in adulthood. Nature Communications, 9(1).

Reference: Tokyo Medical and Dental University. Epigenetic Modulation of Fgf21 Gene in Early-Life Ameliorates Adulthood Diet-Induced ObesityTMDU Press Release. 6 Mar 2018. Web.

For decades, we’ve known how important it is to receive proper nutrition during early stages of life. Nutritional experiences in the beginning of development can set the stage for many things, including body weight, and can even affect the risk of obesity as we get older. Recent research supports the idea that poor nutrition at the beginning of pregnancy or while a baby is nursing can be stored as molecular epigenetic “memory” on the child’s genome, potentially setting them up for metabolic diseases later in life.

Numerous studies reveal a connection between epigenetic marks, such as DNA methylation or histone modification, and human obesity. New research in Nature Communications investigated a form of persistent epigenetic memory that may play a role in the developmental programming of obesity.

As one of the most complex and fastest-growing areas of research in biological science, a wide array of studies delves into the nuances of epigenetic memory of nutrition. Researchers have demonstrated the inheritance and transmission of epigenetic marks across generations, but others have shown that the epigenetic transfer of nutrition memory ends before great-grandchildren. The contentious topic still requires further research, but numerous studies have begun to illuminate the ways in which early life choices might epigenetically influence our health and the health of our children later on.

Epigenetic research has shown that a son’s mental fitness could be influenced by his father’s diet even before the child is conceived and that the Mediterranean diet during pregnancy could epigenetically reduce a kid’s disease risk. Still, there is much more waiting to be uncovered.

A group of researchers from Tokyo Medical and Dental University (TMDU) add to the collection of studies on the persistence of epigenetic marks over time. Previously, they discovered that milk lipids which are released during lactation after a mother gives birth act as a ligand that activates the nuclear receptor PPARα, or peroxisome proliferator-activated receptor alpha.

Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) are ligand-activated transcription factors involved in regulating many biological processes, including the metabolism of lipids and glucose, overall energy homeostasis, and inflammatory responses. This particular transcription regulator, PPARα, plays a key role in liver fat metabolism and, in mice, is essential to preventing the liver from storing large amounts of fat.

Want to know how different foods epigenetically influence health? Check out our e-book Epigenetics in Life: What We Eat, which cites over 20+ epigenetic studies.

By activating PPARα via milk lipid ligands, fatty-acid β-oxidation genes in the postnatal mouse liver become naturally demethylated. DNA methylation is a popular epigenetic mechanism known for switching genes off and reducing their expression. Administering a synthetic PPARα ligand (Wy) to mother mice during the perinatal period led to a greater reduction in DNA methylation of these genes in the liver of the mice offspring. The researchers confirmed that Wy was present in the breast milk of the mothers and ingested by her children.

SEE ALSO:   Can Your Age Influence the Epigenetic Effects of Exercise?

With these findings in mind, the team utilized genome-wide DNA methylation analyses to explore whether the methylation status of PPARα target genes persists from early life to adulthood. Indeed, they found that a few of these genes which underwent ligand-activated PPARα-dependent DNA demethylation during the perinatal period persisted as the mice turned into adults.

Among the genes investigated, which the researchers referred to as “epigenetic memory genes”, they focused on fibroblast growth factor 21 (FGF21). FGF21 is a peptide hormone which plays a critical role in regulating energy homeostasis.

Koshi Hashimoto, MD, PhD, an Associate Professor in the Department of Preemptive Medicine and Metabolism at TMDU, explained: “We provide the first evidence that the PPARα-dependent gene Fgf21 demethylation occurs in the postnatal mouse liver, and once established it persists into adulthood and exerts long-term effects on the magnitude of gene expression response to environmental cues, which may account in part for the attenuation of diet-induced obesity.”

Essentially, once DNA methylation status of FGF21 is established in early life, it could affect obesity in adulthood. The researchers suggest that the suckling period is a critical window of time for PPARα-dependent FGF21 demethylation to occur as a result of maternal environment.

Senior author Yoshihiro Ogawa, MD, PhD, said, “We propose that FGF21 methylation represents a form of epigenetic memory that persists into adulthood, and it may have a role in the developmental programming of obesity.”

With further research we can continue to unravel the mystery of nutritional epigenetic memory and get closer to understanding how early life experiences may set us