ATTIVITÀ FISICA ED EPIGENETICA / PHYSICAL ACTIVITIES AND  EPIGENETICS

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr Giuseppe Cotellessa

Il colore dei nostri occhi, il nostro

 comportamento, il fatto che siamo alti o bassi

 può essere completamente spiegato

 dalle caratteristiche genetiche che ci

 rendono “differenti”? Ebbene no, ci sono

 molteplici meccanismi non-genetici che

 influenzano il nostro fenotipo.

L’epigenetica è responsabile, in parte,di questo

 aggiuntivo meccanismo di controllo.

Individui geneticamente identici come

 i gemelli omozigoti o gli animali

 clonati possono mostrare delle metilazioni del

 dna che li rendono fenotipicamente diversi.

Le variazioni epigenetiche ed in

 particolare le metilazioni del DNA potrebbero

 quindi partecipare non solo nelle differenze tra

 gli individui, ma anche tra le popolazioni

 umane. Potrebbero contribuire oltre che nelle

 differenze osservate nell’aspetto fisico, anche

 nelcomportamento, nella risposta ad agenti

 esterni di natura ambientale o farmacologica

 e, non meno importante, nella suscettibilità

 alle diverse malattie.

Gli stimoli esterni come gli xenobiotici tossici,

 l’alimentazione, lo stress e l’esposizione

 ormonale sono conosciuti come fattori che

 inducono le modificazioni epigenetiche.

L’attività fisica è un altro importante fattore

 che sembrerebbe creare mutazioni

 all’epigenoma.

Alcuni studi hanno evidenziato incrementi e

 decrementi delle metilazioni dopo un periodo

 di attività fisica sia a livello del tessuto

 adiposo che di quello muscolare.

Nel tessuto adiposo sono stati individuati 197

 geni per cui la metilazione ha portato ad una

 differente espressione genica.

Tra i tanti geni coinvolti sottolineiamo

 il KCNQ1, un gene che codifica per il canale

 del potassio e che è coinvolto nella patogenesi

 del diabete di tipo 2.

Il gene HDAC4 subisce una ipermetilazione ed

 una simultanea diminuzione della sua

 espressione come conseguenza dell’attività

 fisica, questa ridotta espressione aumenta

 l’attività di GLUT 4 incrementando l’uptake

 di glucosio nell’adipocita e la successiva

 incorporazione del glucosio nei trigliceridi nel

 processo di lipogenesi.

Anche il gene NCOR2 nello stesso modo vede

 una ridotta espressione ed il conseguente

 aumento della lipogenesi.

Questi risultati sono da evidenziare perché

 possono avere una grande importanza clinica,

 gliinibitori dell’HDAC migliorano l’insulino

 resistenza e promuovono la proliferazione, la

 differenziazione e lo sviluppo delle cellule

 β del pancreas ipotizzando quindi un loro uso

 nel trattamento del diabete.

Come il tessuto adiposo, anche il tessuto

 muscolare scheletrico sembrerebbe andare

 incontro a modifiche epigenetiche a seguito di

 un’attività fisica, questa volta le mutazioni

 sembrerebbero essere dose-dipendenti e

 comunque transitorie perché individuate

 nell’immediato post-attività.

La contrazione muscolare attraverso l’attività

 fisica conduce a risposte adattative che

 migliorano l’efficienza metabolica, la capacità

 ossidativa e l’attività contrattile, conseguenze

 dovute dall’alterazione dell’espressione genica

 e dai livelli delle proteine coinvolte.

Sono infatti evidenti diverse ipometilazioni con

 il conseguente potenziamento dell’espressione

 genica e quindi dei livelli proteici di una

 pletora di geni regolatori delle funzioni

 mitocondriali e del dispendio energetico,

 incluso i geni PGC-1α, MEF2A, PPAR-

δ e PDK4.

Tutti questi dati confermano ancora una volta

 l’estrema importanza di svolgere regolarmente

 un’attività fisica. Sono sempre più chiari i

 fattori metabolici, genetici e biochimici che

 riducono, infatti, il rischio di incorrere in

 malattie cardiovascolari, nel diabete di tipo 2,

 nell’insorgenza di diverse tipologie di cancro,

 nella depressione, nell’obesità e nelle malattie

 muscolo scheletriche.

Negli ultimi tempi è cresciuto l’interesse sulla comprensione dei meccanismi epigenetici regolati da fattori nutrizionali, in particolare i composti bioattivi di origine vegetale (presenti in frutta, verdura, spezie e legumi), per i quali la capacità di modulare l’espressione genica è stata dimostrata.

Si è visto che le modificazioni epigenetiche avvengono attraverso almeno tre modalità comprendenti la metilazione o de-metilazione del DNA (l’aggiunta o la rimozione di gruppi metili -CH3 al DNA), le modificazioni chimiche istoniche (gli istoni sono proteine basiche che interagiscono strettamente con il DNA) e l’espressione di microRNA (piccole molecole di RNA non codificante capaci di legarsi agli RNA messaggeri generalmente silenziandoli).

Attraverso questi tre meccanismi di interazione con il genoma, i fattori nutrizionali svolgono un ruolo importante nell’ “accensione/spegnimento” dei geni, regolando quindi l’espressione genica e influenzando, in primis, la funzione delle nostre cellule e, successivamente, la funzionalità dei nostri organi e il nostro stato di salute.

Ci sono dei componenti della dieta capaci di influenzare direttamente o indirettamente lo stato di metilazione del genoma modulando la trascrizione genica e in particolare i donatori di metili (come la metionina, folato, colina e betaina), che possono trasferire un gruppo metile al DNA e agli istoni.

Anche la disponibilità di alcuni cofattori, come zinco e selenio, di vitamina B6 e B12, essenziali per l’attività di enzimi che partecipano al ciclo del folato, incidono in maniera dose-dipendente sullo stato di metilazione del genoma.

Tra gli acidi grassi a corta catena, l’acido butirrico, prodotto dalla flora batterica in seguito alla ingestione di fibre alimentari, è un inibitore dell’attività dell’istone deacetilasi.

Gli acidi grassi polinsaturi n-3 PUFA, conosciuti anche come omega-3, possono influenzare lo stato di metilazione del DNA, la chimica degli istoni e l’espressione dei microRNA. Queste modifiche chimiche si traducono in benefici effetti sulla salute dell’organismo. Una vasta letteratura scientifica documenta che gli omega-3 prevengono malattie cardiovascolari e muscolari, rallentano la crescita tumorale e sono inversamente correlati con il rischio di disturbi neurologici (es. Alzheimer). Hanno inoltre proprietà anti-infiammatorie e anti-aggreganti, favoriscono la lipolisi e inibiscono la lipogenesi.

Diversi minerali sono legati a cambiamenti nei meccanismi epigenetici che regolano l’espressione genica, come il magnesio, i cui bassi livelli sono associati a numerose condizioni patologiche caratterizzate da uno stato di infiammazione cronica, come l’aterosclerosi, l’ipertensione, l’osteoporosi, il diabete e l’obesità. Il cromo è un altro elemento la cui carenza è stata correlata allo sviluppo dell’obesità. Il calcio sembra avere un ruolo nella regolazione del peso corporeo.

Altri micronutrienti, come vitamina C, vitamina E e carotenoidi, sono in grado di diminuire i livelli circolanti di marcatori infiammatori e ossidativi. La vitamina A (acido retinoico) è in grado di influenzare il ciclo cellulare, la vitamina D esplica oltre ad effetti calcemici, anche effetti che includono l’apoptosi, l’antiangiogenesi, l’antiproliferazione, la pro-differenziazione e l’immunomodulazione cellulare.

Numerose ricerche condotte in vitro e su modelli animali hanno evidenziato l’efficacia di composti bioattivi di origine vegetale nel trattamento di vari disordini metabolici. Tra questi vi sono la genisteina della soia, la curcumina della curcuma, l’epigallocatechina-3-gallato (EGCG) del tè verde, la quercetina (presente in cipolle, vino), il resveratrolo dell’uva, il sulforafano delle piante crucifere, il diallil-disolfuro dell’aglio, il licopene dei pomodori, la luteolina (presente in carote, finocchio, peperoni e sedano), l’apigenina (presente nelle foglie di sedano e prezzemolo), il garcinolo (Garcinia indica), la buteina (Rhus verniciflua), l’acido rosmarinico (presente in rosmarino, origano, salvia, etc), l’acido anacardio (oli di guscio di anacardi). Questi composti bioattivi di origine vegetale sono inoltre associati alla capacità di modificare l’espressione di alcuni geni coinvolti nella risposta infiammatoria. Essi inoltre, migliorano i parametri relativi allo stress ossidativo, il profilo lipidico e la sensibilità all’insulina, diminuiscono l’adipogenesi, sono associati a minor rischio di obesità e mostrano effetti positivi nella prevenzione e nel trattamento del cancro. In particolare tè verde, resveratrolo, curcumina e n3-PUFA sembrano avere una potente azione attraverso i microRNA nel proteggere le cellule dal danno al DNA, considerata la principale causa dell’invecchiamento cellulare e la predisposizione alla trasformazione tumorale. I microRNA sono coinvolti nella riparazione del danno al DNA (DD/DDR) e modulati dai composti bioattivi, tè verde (EGCG), curcumina (CRC), resveratrolo (RSV) e acidi grassi omega-3 (n3-PUFAs), in cellule umane. I microRNA sono modulati da tutti e quattro i composti e sono fondamentali regolatori della espressione di geni coinvolti nei processi di invecchiamento e tumorogenesi..

ENGLISH

The color of our eyes, our behavior, the fact

 that we are tall or low can be fully explained

 by the genetic characteristics that make us

 "different"? Well, no, there are multiple non-

genetic mechanisms that affect our phenotype.

Epigenetics is responsible in part for this

 additional control mechanism.

Genetically identical individuals such as

 homozygous twins or cloned animals may

 exhibit DNA methylation that makes them

 phenotypically different.

Epigenetic variations and, in particular, DNA

 methylation could then participate not only in

 differences between individuals but also

 among human populations. They could

 contribute in addition to the differences

 observed in the physical aspect, including in

 behavior, response to external agents of an

 environmental or pharmacological nature and,

 no less important, in susceptibility to the

 various diseases.

External stimuli such as toxic xenobiotics,

 nutrition, stress and hormonal exposure are

 known as factors that induce epigenetic

 modifications.

Physical activity is another important factor

 that would seem to create mutations in the

 epigenoma.

Some studies have shown increases and

 decreases in methylation after a period of

 physical activity both in adipose tissue and

 muscle tissue.

In the adipose tissue, 197 genes have been

 identified for which methylation has led to a

 different gene expression.

Among the many genes involved, we

 emphasize KCNQ1, a gene encoding the

 potassium channel and involved in the Type 2

 diabetes pathogenesis.

The HDAC4 gene undergoes hypermethylation

 and a simultaneous decrease in expression as a

 result of physical activity, this reduced

 expression increases GLUT4 activity by

 increasing the glucose uptake in the adipocyte

 and the subsequent incorporation of glucose

 into triglycerides in the process of lipogenesis.

Also, the NCOR2 gene in the same way sees a

reduced expression and consequent increase in

 lipogenesis.

These results are to be highlighted because they

 can be of great clinical significance, HDAC

 gliinhibitors enhance insulin resistance and

 promote the proliferation, differentiation and

 development of pancreatic β cells, thus

 hypothesizing their use in treating diabetes.

Like adipose tissue, even skeletal muscle tissue

 seems to be experiencing epigenetic changes

 as a result of physical activity, this time the

 mutations seem to be dose-dependent and, in

 any case, transient because they are identified

 in the immediate post-activity.

Muscle contraction through physical activity

 leads to adaptive responses that improve

 metabolic efficiency, oxidative capacity and

 contractile activity, consequences due to gene

 expression alteration and protein levels

 involved.

Indeed, various hypomethylations are evident

 with the consequent enhancement of gene

 expression and hence protein levels of a

 plethora of regulatory mitochondrial function

 and energy expenditure genes, including PGC-

1α, MEF2A, PPAR-δ and PDDK4 genes.

All of these data confirm once again the

 extreme importance of regular physical

 activity. Metabolic, genetic and biochemical

 factors are becoming clearer, in fact, reducing

 the risk of developing cardiovascular disease,

 type 2 diabetes, the onset of various types of

 cancer, depression, obesity and skeletal muscle

 disorders .

In recent times, interest in understanding the

 epigenetic mechanisms regulated by

 nutritional factors, in particular bioactive

 compounds of plant origin (present in fruits,

 vegetables, spices and legumes) has increased,

 for which the ability to modulate gene

 expression is Has been demonstrated.

It has been seen that epigenetic modifications

 occur through at least three modes including

 DNA methylation or de-methylation (addition

 or removal of methyl-CH3 groups to DNA),

 histone chemical modifications (histones are

 basic proteins that interact closely With DNA)

 and the expression of microRNA (small non-

coding RNA molecules capable of binding to

 RNA messengers generally by silencing them).

Through these three interaction mechanisms

 with the genome, nutritional factors play an

 important role in triggering / deactivating

 genes, thereby regulating gene expression and

 influencing, in the first instance, the function

 of our cells and, subsequently, the

 functionality of our organs and our state of

 health.

There are some components of the diet that can

 directly or indirectly influence the state of

 methylation of the genome by modulating

 gene transcription and in particular methyl

 donators (such as methionine, folate, choline

 and betaine) that can transfer a methyl group

 to DNA and To the histones.

Also the availability of certain cofactors, such

 as zinc and selenium, of vitamin B6 and B12,

essential for the activity of enzymes involved

 in the folate cycle, have a dose-dependent

 effect on the state of methylation of the

 genome.

Among short-chain fatty acids, butyric acid,

 produced by bacterial flora following ingestion

 of dietary fiber, is an inhibitor of the activity of

 the dehydrogenase.

Polyunsaturated fatty acids, n-3 PUFAs, also

 known as omega-3, may affect DNA

 methylation status, histone chemistry, and

 microRNA expression. These chemical

 modifications result in beneficial effects on the

 health of the body. A vast scientific literature

 documents that omega-3 prevents

 cardiovascular and muscular illnesses, slowing

 tumor growth, and are inversely related to the

 risk of neurological disorders (eg Alzheimer's

 disease). They also have anti-inflammatory

 and anti-aggregating properties, promote

 lipolysis and inhibit lipogenesis.

Several minerals are linked to changes in gene-

regulating epigenetic mechanisms such as

 magnesium, whose low levels are associated

 with numerous pathological conditions

 characterized by a chronic state of

 inflammation such as atherosclerosis

, hypertension, osteoporosis , Diabetes and

 obesity. Chromium is another element whose

 deficiency has been related to the development

 of obesity. Calcium seems to play a role in

 regulating body weight.

Other micronutrients, such as vitamin C,

 vitamin E, and carotenoids, are able to

 decrease circulating levels of inflammatory

 and oxidative markers. Vitamin A (retinoic

 acid) is able to influence the cell cycle, vitamin

 D exfits in addition to calcemic effects,

 including effects that include apoptosis,

 antiangiogenesis, antiproliferation, pro-

differentiation and cellular immunomodulation.

Numerous in vitro and animal models have

 shown the efficacy of bioactive compounds of

 plant origin in the treatment of various

 metabolic disorders. Among them are genistein

 of soy, turmeric curcuma, epigallocatechin-3-

gallate (EGCG) of green tea, quercetin (present

 in onions, wine), resveratrol of grapes,

 sulphurphan of cruciferous plants, Garlic

 (Garcinia indica), butylene ((garcinia indica),

 garlic (garcinia indica), garlic (garcinia

 indica), garlic (garcinia indica), butylene

 (carnose, fennel, pepper and celery) Rhus

 verniciflua), rosemary acid (rosemary,

 oregano, sage, etc), anacardium acid (cashew

 nuts). These bioactive compounds of plant

 origin are also associated with the ability to

 modify the expression of some genes involved

 in the inflammatory response. They also

 improve oxidative stress parameters, lipid

 profile and insulin sensitivity, decrease

 adipogenesis, are associated with lower risk of

 obesity and have positive effects on cancer

 prevention and treatment. In particular green

 tea, resveratrol, curcumin and n3-PUFA seem

 to have a powerful action through microRNAs

 in protecting cells from DNA damage,

 considered the main cause of cell aging and

 predisposition to tumor transformation.

 MicroRNAs are involved in the repair of DNA

 damage (DD / DDR) and modulated by

 bioactive compounds, green tea (EGCG),

 curcumin (CRC), resveratrol (RSV) and

 omega-3 fatty acids (n3-PUFAs) human.

 MicroRNAs are modulated by all four

 compounds and are crucial regulators of the

 expression of genes involved in aging

 processes and tumorogenesis.

Da:

http://www.nutrifun.it/2013/09/02/attivita-fisica-ed-epigenetica/

http://eai.enea.it/archivio/patrimonio-culturale/cibo-come-farmaco-naturale-nell2019era-della-nutriepigenomica