Epigenetický elixír mládí: Co rozhoduje o tom, jakého věku se dožijeme a v jaké budeme kondici?

Epigenetický elixír mládí: Co rozhoduje o tom, jakého věku se dožijeme a v jaké budeme kondici?

„Tvoji rodiče se oba dožili devadesátky, ty tady určitě budeš do stovky“! Podobné věty můžete slyšet často, jejich platnost je však jen omezená. I když totiž stárnutí s geny úzce souvisí, „tvrdá dědičnost“ se na něm podílí jen z menší části. Daleko větší váhu tu mají vlivy, které nazýváme epigenetické. Délku života, a hlavně svou kondici ve vyšším věku, tak můžeme největší měrou ovlivnit my sami – například svou výživou a životním stylem.

 

Studie na dvojčatech prokázaly, že dědičnost se na délce života podílí jen cca z 20-30%. Daleko větší roli tak hrají vlivy, které označujeme jako epigenetické. Jde o vlivy z oblasti životního stylu (strava, míra pohybu, kouření…) a životního prostředí, které aktivují, či naopak deaktivují jednotlivé geny v naší DNA.

Platí přitom, že míra negativních epigenetických reakcí stoupá s věkem, tedy že s postupujícím stárnutím jsou naše geny stále méně „funkční“. To je fakt, který bohužel změnit nedokážeme. Rychlost, jakou tyto negativní epigenetické změny přibývají, ovšem můžeme ovlivnit poměrně zásadně, a dokonce můžeme i zvrátit některé změny, které již proběhly.

 

Klíčové reakce pro proces stárnutí

Vědci zatím na buněčné úrovni identifikovali řadu procesů, které se stárnutím souvisejí. Zde jsou některé z nich:

Změny v oblasti chromatinu – DNA není v buňkách uložena volně, ale je „namotána“ na bílkovinách jménem histony a společně vytvářejí strukturu nazývanou chromatin. U všech tzv. eukaryotických buněk – od kvasinek po člověka – přitom byl v souvislosti se stárnutím popsán právě úbytek a změny struktury chromatinu, který může mít mj. za následek umlčení genů v dané oblasti.

Produkce sirtuinů – vlivem stárnutí klesá produkce proteinů jménem sirtuiny, které výrazně ovlivňují aktivitu řady důležitých genů (u savců jde zejména o sirtuin SIRT-1). Některé výzkumy naznačují, že změny v produkci sirtuinů úzce souvisejí například s úbytkem paměti.

Modifikace histonů – s věkem klesá tvorba enzymů, které se účastní reakcí jménem modifikace histonů (zejména jde o tzv. acetylaci a metylaci histonů). Tyto reakce jsou přitom klíčové pro to, aby mohl být určitý gen „přečten“, tedy aby podle něj mohlo být vytvářeny bílkoviny.

Metylace genů – jde o nejlépe prozkoumanou epigenetickou reakci související se stárnutím. Jde o reakci v oblasti tzv. promotorů genů (oblast, kde se začíná čtení příslušného genu) – pokud je promotor nadměrně metylován, aktivita genu klesá. Právě metylace se přitom hojně se uplatňuje v různých obdobích života, kdy umlčuje geny, které již v dalších obdobích nebudou potřeba. Ovšem část těchto změn prokazatelně souvisí i se stárnutím. Zajímavé přitom je, že v některých oblastech dochází vlivem stárnutí k hypometylaci (tj. snížené metylaci), zatímco v jiných naopak k metylaci nadměrné, tedy hypermetylaci.

Nekódující RNA – doposud se většina vědeckých studií zaměřovala na tzv. microRNA – krátké úseky nukleových kyselin, které nenesou žádnou genetickou informaci, ale přesto jsou důležitými hráči, protože regulují proces čtení jednotlivých genů. Kromě nich však jsou důležité i dlouhé nekódující řetězce RNA – narušení jejich tvorby se podílí na řadě negativních stavů, ať už jde o nádorová, kardiovaskulární či neurodenegerativní onemocnění, a také na procesu stárnutí. Roli zde ovšem hrají i microRNA, přičemž některé z nich procesy stárnutí urychlují, zatímco jiné naopak podporují dlouhověkost.

Délka telomerů – na koncích každého chromozomu je část řetězce DNA s určitým pořadím nukleotidů nazývaná telomer. Tato část nenese žádnou genetickou informaci, ale spolu s proteiny, které obklopuje, má za úkol chránit konce chromozomů. Při každém buněčném dělení se ale telomery zkracují, a když jejich délka dosáhne určité kritické hranice, buňka zanikne. Proces zkracování telomerů tedy úzce souvisí se stárnutím. Klíčovou roli přitom hraje enzym telomeráza, která dokáže zkracování zpomalit, ale s věkem její tvorba klesá.

 

A co dědičnost?

Jak už jsme popsali výše, „tvrdá dědičnost“, tedy struktura DNA získaná od rodičů, se na dlouhověkosti podílí jen zhruba ze čtvrtiny. Jak je tedy možné, že některé rodiny jsou vyloženě dlouhověké, zatímco v jiných se až příliš často umírá předčasně?

Od rodičů totiž při početí získáváme nejen jejich geny, ale i část epigenetických změn, které za svého života (do početí) na svých genech nashromáždili, popřípadě sami zdědili po svých předcích. Mnohé epigenetické změny se tak mohou předávat po řadu generací, včetně těch, které souvisejí s dlouhověkostí. Svou roli pak navíc nepochybně hraje i životní styl konkrétní rodiny – stravovací zvyklosti, míra pohybové aktivity apod.

 

Životní styl často rozhoduje

Jak už jsme totiž zmínili výše, jedním z nejdůležitějších epigenetických činitelů je náš životní styl a prostředí, ve kterém žijeme. To utváří řadu epigenetických změn v rámci naší DNA, a mnohé z nich, včetně těch zděděných, dokáže také zvrátit. A co tedy může pomoci?

Velice důležitá je výživa. Nebezpečná je podvýživa, zvláště v dětství, kdy může zkrátit věk dožití nejen příslušného člověka, ale i jeho vnoučat. Negativní vliv má ovšem i přejídání – v našich podmínkách má tak naopak na dobu dožití pozitivní vliv omezení přijímaných kalorií. Důležitá je i skladba stravy – obecně negativní epigenetický vliv má nadměrný příjem sacharidů a nasycených tuků, pozitivně naopak působí řada látek obsažených v rostlinné stravě (zejména v ovoci a zelenině, ale i třeba v olivovém oleji).

Velmi negativně na epigenetické změny související se stárnutím působí nadměrná konzumace alkoholu a také kouření, které výrazně ovlivňuje především metylaci genů. Pozitivní účinek má naopak pravidelná pohybová aktivita.

Zajímavé jsou ovšem i souvislosti stárnutí s naší psychikou. Výzkumy například prokázaly fakt, že některá psychiatrická onemocnění, zejména deprese a bipolární porucha, způsobují epigenetické změny, které urychlují procesy stárnutí. Když se tedy říká, že veselá mysl a pozitivní myšlení jsou předpokladem dlouhého života, je to možná pravdivější, než si připouštíme.

 

Užitečné doplňky stravy

Kromě změn v životním stylu mohou při snaze o prodloužení života a zvýšení jeho kvality pomoci i epigeneticky působící doplňky stravy. Ty obvykle představují látky, které se běžně vyskytují v naší stravě, ovšem ve výrazně koncentrovanější podobě.

Resveratrol – barvivo z červeného vína pomáhá regulovat úroveň metylace genů a modifikace histonů, a zároveň podporuje tvorbu sirtuinů, které pomáhají zpomalovat procesy stárnutí. Resveratrol navíc pomáhá snížit riziko řady onemocnění souvisejících s věkem a díky svému antioxidačnímu působení chrání buňky před oxidativním působením. Pozitivní vliv má navíc i na projevy stárnutí v oblasti pokožky – tedy například i na tvorbu vrásek. Pro ženy v období menopauzy a po ní je navíc důležitý fakt, že resveratrol působí jako fytoestrogen, a tudíž je schopný zmírňovat negativní dopady úbytku tvorby ženských pohlavních hormonů.

EGCG – epigalokatechin galát, obsažený hojně například v zeleném čaji, dokáže velice efektivně regulovat procesy metylace genů, acetylace histonů i regulace pomocí nekódujících RNA. Kromě toho ale také pomáhá regulovat aktivitu enzymu telomerázy, a tím omezuje zkracování telomerů v chromozomech.

Vitamin D3 – jeho deficit je jednou z příčin poklesu zejména mozkových a kognitivních funkcí ve vyšším věku (včetně paměti), zároveň ale zvyšuje riziko vzniku řady chorob souvisejících se věkem (osteoporóza, cukrovka, nemoci srdce a cév či rakovina). S věkem se navíc pravděpodobnost nedostatku vitaminu D3 výrazně zvyšuje.

Genistein – látka obsažená zejména v sójových bobech spojuje epigenetický a estrogenový efekt. Díky tomu je účinná zejména při zpomalení procesu stárnutí u žen v období menopauzy a po ní. U nich také snižuje riziko vzniku chorob, které se stárnutím souvisejí – osteoporózy, nádorových onemocnění, kardiovaskulárních nemocí či Alzheimerovy choroby (více zde: https://www.epivyziva.cz/genistein/)

 

Zdroje informací

Fraga M. F., Ballestar E., Paz M. F., Ropero S., Setien F., Ballestar M. L., Heine-Suñer D., Cigudosa J. C., Urioste M., Benitez J., Boix-Chornet M., Sanchez-Aguilera A., Ling C., Carlsson E., Poulsen P., Vaag A., Stephan Z., Spector T. D., Wu Y.-Z., Plass C., Esteller M., Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102, 10604–10609 (2005).

Muñoz-Najar U., Sedivy J. M., Epigenetic control of aging. Antioxid. Redox Signal. 14, 241–259 (2011).

Kornberg R. D., Chromatin structure: A repeating unit of histones and DNA. Science 184, 868–871 (1974).

Smeal T., Claus J., Kennedy B., Cole F., Guarente L., Loss of transcriptional silencing causes sterility in old mother cells of S. cerevisiae. Cell 84, 633–642 (1996).

Guarente L., Franklin H. Epstein Lecture: Sirtuins, aging, and medicine. N. Engl. J. Med. 364, 2235–2244 (2011).

Haigis M. C., Sinclair D. A., Mammalian sirtuins: Biological insights and disease relevance. Annu. Rev. Pathol. 5, 253–295 (2010).

Oberdoerffer P., Michan S., McVay M., Mostoslavsky R., Vann J., Park S.-K., Hartlerode A., Stegmuller J., Hafner A., Loerch P., Wright S. M., Mills K. D., Bonni A., Yankner B. A., Scully R., Prolla T. A., Alt F. W., Sinclai D. A.r, SIRT1 redistribution on chromatin promotes genomic stability but alters gene expression during aging. Cell 135, 907–918 (2008).

Dang W., Steffen K. K., Perry R., Dorsey J. A., Johnson F. B., Shilatifard A., Kaeberlein M., Kennedy B. K., Berger S. L., Histone H4 lysine 16 acetylation regulates cellular lifespan. Nature 459, 802–807 (2009).

Feser J., Truong D., Das C., Carson J. J., Kieft J., Harkness T., Tyler J. K., Elevated histone expression promotes life span extension. Mol. Cell 39, 724–735 (2010).

Jung M., Pfeifer G. P., Aging and DNA methylation. BMC Biol. 13, 7 (2015).

Bjornsson H. T., Sigurdsson M. I., Fallin M. D., Irizarry R. A., Aspelund T., Cui H., Yu W., Rongione M. A., Ekström T. J., Harris T. B., Launer L. J., Eiriksdottir G., Leppert M. F., Sapienza C., Gudnason V., Feinberg A. P., Intra-individual change over time in DNA methylation with familial clustering. JAMA 299, 2877–2883 (2008).

Bollati V., Schwartz J., Wright R., Litonjua A., Tarantini L., Suh H., Sparrow D., Vokonas P., Baccarelli A., Decline in genomic DNA methylation through aging in a cohort of elderly subjects. Mech. Ageing Dev. 130, 234–239 (2009).

Bormann F., Rodríguez-Paredes M., Hagemann S., Manchanda H., Kristof B., Gutekunst J., Raddatz G., Haas R., Terstegen L., Wenck H., Kaderali L., Winnefeld M., Lyko F., Reduced DNA methylation patterning and transcriptional connectivity define human skin aging. Aging Cell 15, 563–571 (2016).

Christensen B. C., Houseman E. A., Marsit C. J., Zheng S., Wrensch M. R., Wiemels J. L., Nelson H. H., Karagas M. R., Padbury J. F., Bueno R., Sugarbacker D. J., Yeh R.-F., Wiencke J. K., Kelsey K. T.,Aging and environmental exposures alter tissue-specific DNA methylation dependent upon CpG island context. PLOS Genet. 5, e1000602 (2009).

Horvath S., DNA methylation age of human tissues and cell types. Genome Biol. 14, R115 (2013).

Jintaridth P., Mutirangura A., Distinctive patterns of age-dependent hypomethylation in interspersed repetitive sequences. Physiol. Genomics 41, 194–200 (2010).

Zampieri M., Ciccarone F., Calabrese R., Franceschi C., Burkle A., Caiafa P., Reconfiguration of DNA methylation in aging. Mech. Ageing Dev. 151, 60–70 (2015).

Cedar H., Bergman Y., Programming of DNA methylation patterns. Annu. Rev. Biochem. 81, 97–117 (2012).

Weidner C. I., Wagner W., The epigenetic tracks of aging. Biol. Chem. 395, 1307–1314 (2014).

Esteller M., Non-coding RNAs in human disease. Nat. Rev. Genet. 12, 861–874 (2011).

Szafranski K., Abraham K. J., Mekhail K., Non-coding RNA in neural function, disease, and aging. Front. Genet. 6, 87 (2015).

Kato M., Chen X., Inukai S., Zhao H., Slack F. J., Age-associated changes in expression of small, noncoding RNAs, including microRNAs, in C. elegans. RNA 17, 1804–1820 (2011).

Greer E. L., Maures T. J., Ucar D., Hauswirth A. G., Mancini E., Lim J. P., Benayoun B. A., Shi Y., Brunet A., Transgenerational epigenetic inheritance of longevity in Caenorhabditis elegans. Nature 479, 365–371 (2011).

Lim J. P., Brunet A., Bridging the transgenerational gap with epigenetic memory. Trends Genet. 29, 176–186 (2013).

Lee C., Longo V., Dietary restriction with and without caloric restriction for healthy aging. F1000Res.5, pii: F1000 (2016).

Hubbard B. P., Sinclair D. A., Small molecule SIRT1 activators for the treatment of aging and age-related diseases. Trends Pharmacol. Sci. 35, 146–154 (2014).

Pearson K. J., Baur J. A., Lewis K. N., Peshkin L., Price N. L., Labinskyy N., Swindell W. R., Kamara D., Minor R. K., Perez E., Jamieson H. A., Zhang Y., Dunn S. R., Sharma K., Pleshko N., Woollett L. A., Csiszar A., Ikeno Y., Le Couteur D., Elliott P. J., Becker K. G., Navas P., Ingram D. K., Wolf N. S., Ungvari Z., Sinclair D. A., de Cabo R., Resveratrol delays age-related deterioration and mimics transcriptional aspects of dietary restriction without extending life span. Cell Metab. 8, 157–168 (2008).

Fries, G.R. et al. (2017). Accelerated epigenetic aging and mitochondrial DNA copy number in bipolar disorder. Translational Psychiatry, 7(12).

Laura K.M. Han et al. (2018). Epigenetic Aging in Major Depressive Disorder American Journal of Psychiatry, 2018; 175 (8)

Zhang, Y. (2017). DNA methylation signatures in peripheral blood strongly predict all-cause mortality. Nature Communications, 8: 14617.

Cantó C, Auwerx J. Targeting sirtuin 1 to improve metabolism: all you need is NAD(+)? Pharmacol Rev. 2012 Jan; 64(1):166-87.

Angelika Pointner, Ulrich Magnet, Elena Tomeva, Elisabeth Dum, Christina Bruckmueller, Christine Mayer, Eva Aumueller and Alexander Haslberger. EGCG Containing Combined Dietary Supplement Affects Telomeres and Epigenetic Regulation. Journal of Nutrition and Food Science. January 17, 2017.

Meghan Meehan and Sue Penckofer. The Role of Vitamin D in the Aging Adult. J Aging Gerontol. 2014 Dec; 2(2): 60–71.

Neese SLWang VCDoerge DRWoodling KAAndrade JEHelferich WGKorol DLSchantz SL. Impact of dietary genistein and aging on executive function in rats. Neurotoxicol Teratol. 2010 Mar-Apr;32(2):200-11.

Zanechat odpověď
Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.