04/06/2010

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NUTRIGENÒMICA

Marc Permanyer Bosser

3-06-2010

Definició i contextualització

La nutrigenómica és la ciència que examina la resposta dels individus als components del menjar usant tecnologies post-genòmiques; transcriptòmica, proteòmica, metabolòmica, etc…

L’objectiu a llarg termini és entendre com tot el cos respon al menjar usant una aproximació integrada anomenada “biologia de sistemes”.

La gran avantatge és que els estudis permeten examinar persones (poblacions, sub-poblacions, individus), menjar, estil de vida sense idees preconcebudes.

Les tecnologies post-genòmiques com ara la seqüenciació massiva del genoma humà permeten mesurar com el què mengem interacciona amb el nostre cos, i més específicament, amb els nostres gens, proteïnes i metabolisme.

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Definicions:

Nutrigenòmica: el efecta de la dieta en la estabilitat del DNA i l’expressió gènica.

Nutrigenètica: l’efecte de les diferències genètiques entre individus en la seva resposta a patrons de dieta específics.

Nutritranscriptòmica: L’estudi genòmic a gran escala dels nivells d’expressió de mRNA en una cèl.lula o en una població de cèl.lules donades unes determinades condicions nutricionals.

Nutriproteòmica: L’anàlisis a gran escala de l’estructura i funció de proteïnes com de interaccions entre proteïnes per tal de identificar dianes moleculars dels components de la dieta.

Nutrimetabolòmica: la resposta metabòlica completa davant d’un estímul nutricional.

Biologia de sistemes: l’aproximació integrada a l’estudi dels sitemes biològics a nivell de cèl.lules, òrgans, o organismes, a través de mesurar i integrar dades genòmiques, proteòmiques i metabolòmiques.

Què és la NuGO, European Nutrigenomics Organitzation?

Una red d’especialistes en nutrigenòmica a nivell europeu, avalada per part de la Comissió Europea amb el distintiu de “red d’exel.lència investigadora”.El projecte va començar al gener del 2004 i té durada fins el decembre del 2009, però amb continuitat més enllà.L’objectiu que es proposa és sobreposar-se a la fregmentació de la recerca, donant als investigadors d’Europa la possibilitat de treballar junts.Hi col.laboren 23 organitzacions de 10 països diferents.

http://www.nugo.org

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Organització Mundial de la Salut (OMS):

“Los cambios de la economía alimentaria mundial se han reflejado en los hábitos alimentarios; por ejemplo,hay mayor consumo de alimentos muy energéticos con alto contenido de grasas, en particular grasassaturadas, y bajos en carbohidratos no refinados.” Estas características se combinan con la disminución delgasto energético que conlleva un modo de vida sedentario”

“Debido a estos cambios en los hábitos alimentarios y el modo de vida, las ENT (enfermedades notransmissibles) crónicas- incluidas la obesidad, la diabetes mellitus, las enfermedades cardiovasculares, lahipertensión y los accidentes cerebrovasculares y algunos tipos de cáncer - son causas cada vez másimportantes de discapacidad y muerte prematura en los países tanto en desarrollo como reciéndesarrollados y suponen una carga adicional para unos presupuestos sanitarios nacionales yasobrecargados.”

“La nutrición está pasando al primer plano como un determinante importante de enfermedadescrónicas que puede ser modificado, y no cesa de crecer la evidencia científica en apoyodel criterio de que el tipo de dieta tiene una gran influencia, tanto positiva como negativa,en la salud a lo largo de la vida.”

“Lo que es más importante, los ajustes alimentarios no sólo influyen en la salud del momento sino quepueden determinar que un individuo padezca o no enfermedades tales como cáncer, enfermedadescardiovasculares y diabetes en etapas posteriores de la vida.”

Dieta, nutrición y prevención de enfermedades crónicas. Informe de un grupo deestudio de la OMS. Ginebra, Organización Mundial de la Salud, 1990 (OMS, Seriede Informes Técnicos, Nº 797).

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Introducción

La dieta representa el factor determinante en el desarrollo y la progresión de lasenfermedades metabólicas.

Una dieta alta en grasas induce obesidad y resistencia a la insulina en humanos.

La excesiva exposición a lípidos perturba el metabolismo celular y desencadena unarespuesta inflamatoria en el tejido adiposo.

Els PPARs (peroxisome-proliferator-activated receptors) integran las funciones metabólicas einflamatorias. Son a la vez activadores transcripcionales de los genes del metabolismo einhibidores de la expresión de los genes inflamatorios.

Metodología: Se cuantificó los niveles de mRNA hepáticos en 8 tiempos diferentes durante 16semanas.

Objetivo: Identificar los efectos de una dieta rica en grasas y determinar como estosefectos cambian con el tiempo

Cuales son los parámetros que determinan los efectos de una dieta rica en grasas?-Grasa de origen animal vs vegetal?-Presencia o no de colesterol

Esteatosis hepática: también conocida como hígado graso. Suele aparecen debido a la toma de grades cantidades de alcoholes o grasas. Los hepatocitos muestran gotas lipídicas que pueden ser pocas de gran tamaño o muchas de pequeño tamaño.

HFBT

-45% dieta rica en carne de ternera

-0,25% colesterol

HFP

-45% dieta rica en aceite de palma

Cuantificación de los niveles

de mRNA hepáticos usando microarrays

en 8 tiempos distintos

16 semanas:

-obesidad

-esteatosis hepática

Dietas:

Chow

dieta control

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Efectos temporales de las tres dietas a lo largo de las 16 semanas

Genes diferencialmente expresados en los diferentes tiempos y condiciones

El efecto de la edad no parece significativo En dietas HF se observan tres picos: temprano (día 3), medio (semana 2), tardío (semanas 8-12). El número de genes diferencialmente expresados crece con el tiempo.

Número de genes diferencialmente expresados en cada dieta y por cada tiempo

La dieta HFBT afecta a la expresión en un total de 1263 genes

La dieta HFP a un total de 836 genes.

Existe un solapamiento de 436 genes entre las dos dietas.

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Patrón de expresión génica de los 1663 genes evaluados comparando las 2 dietas

ricas en grasas con la dieta control

Existe mucha similitud entre los patrones de expresión de las dos dietas: los 1663 genes se consideran genes de respuesta a HF. Se observan las tres fases de la respuesta transcripcional hepática a HF.

Los clusters funcionales más enriquecidos son los relacionados con metabolismo de lípidos, colesterol inflamación, respuesta inmunitaria, apoptosis, ciclo celular, plegamiento de proteínas y los genes que controlan estos procesos. Específicamente, se encuentran upregulados los genes que controlan el metabolismo y los procesos inflamatorios, mientras que se encuentran downregulados los genes del metabolismo del glutatión y la síntesis de colesterol.

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Caracterización funcional y temporal de la transcripción hepática en respuesta a las dietas ricas en ácidos grasos

5 módulos temporales diferentes:2. Represión constante: biosíntesis de colesterol, metabolismo del glutatión, metabolismo de xenobióticos como

P450.

3. Regulados diferencialmente entre las 2 dietas: glicólisis, gluconeogénesis, fosforilazión oxidativa, vía de las

pentosas fosfato, cadena de transporte de electrones.

4. Activación constante: metabolismo de lipoproteínas

1. Activación temprana/represión tardía: inflamación, respuesta inmunitaria, creamiento celular proliferación, diferenciación.

5. Repressión temprana/activación tardía: •PPAR signalling pathway: su activación regula la transición de los efectos de la exposición a ácidos grasos de corto a largo plazo. •diferenciación de adipocitos, lipogénesis: la acumulación de grasa ocurre a largo plazo.

La represión de las vías inflamatorias, inmunitarias, proliferación y la activación de las vías lipogénicas y adipogénicas deben ser interdependientes y deben conducir la transición de un estado hepático estresado a un estado patológico.

Red molecular

upregulated

downregulated

3 días

Semana 12

Reguladores del metabolismo de lípidos

Regulador de la respuesta inmunitaria

Regulador del crecimiento celular

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PPARγ(peroxisome-proliferator-

activated receptor)

esteatosis hepática

respuesta inmunitaria

IKBKBG o NEMO(NF-KB essential modulator)

+−

+ −

Controla el cambio de respuesta temprana a tardía

Modelo resumen de los cambios fisiológicos hepáticos en respuesta a dietas ricas en ácidos grasos durante 16 semanas:

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Bibliografia:

-http://www.nugo.org

-http://palou.uib.es/nutrigen/index.html Máster Oficial en Nutrigenómica y Nutrición Personalizada.

-Radonjic M., de Haan JR., van Erk MJ, van Dijk KW., van den Berg SA, de Groot P, Müller M., van Ommen B. Genome-Wide mRNA expression analysis of hepatic adaptation to high-fat diets reveals switch from an inflamamtory to steatotic transcriptional program. PLoS One. 2009 Aug 14;4(8):e6646

-Panagiotou G., Nielsen J. Nutritional systems biology: definitions and approaches. Annu. Rev. Nutr. 2009.29:329-39.