ATTIVITÀ FISICA ED EPIGENETICA / PHYSICAL ACTIVITIES AND EPIGENETICS
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
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
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
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
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://eai.enea.it/archivio/patrimonio-culturale/cibo-come-farmaco-naturale-nell2019era-della-nutriepigenomica
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