Análisis de nutrigenómica

Las herramientas genomicas se usan en 2 diferentes estrategias de investigación de la nutrición molecular:

1.- Es el enfoque basado en hipótesis tradicional: genes y proteínas específicas, cuya expresión está influida por nutrientes

2.- es el enfoque de biología de sistemas: genes, proteínas y señales metabolicas que están asociadas con nutrientes específicos, o regímenes nutricionales y y podría proporcionar biomarcadores moleculares de alerta temprana para los cambios en la homeostasis inducidos por los nutrientes

Müller M., & Kersten S., 2003

Definición: examina el efecto de la variación genética en la interacción entre la dieta y la enfermedad.

Su objetivo: es generar recomendaciones sobre los riesgos y los beneficios de las dietas específicas o componentes dietéticos para el individuo.

Nutrigenética

V. García-Cañas, et al., 2010

El gen metilentetrahidrofolato reductasa

T C

Daniel de Luis et al., 2004

glutatión S-transferasa M1

Müller M., & Kersten S., 2003

¿Qué es la nutrigenómica?Examina las señales dietéticas en células específicas, tejidos y organismos, y para comprender cómo influye la nutrición en la homeostasis.También identificar los genes que influyen en el riesgo de enfermedades relacionadas con la dieta en un genoma de gran escala, y para comprender los mecanismos que subyacen a estas predisposiciones genéticas.

V. García-Cañas, et al., 2010

V. García-Cañas, et al., 2010

Se apoya de:

Genoma Conjunto completo de genes de un organismo o sus organelos

Transcriptoma Conjunto completo de moléculas de ARNm presentes en una célula, tejido u órgano

Proteoma Total de moléculas proteicas presentes en una célula, téjido u órgano

Metaboloma Conjunto completo de metabolitos (intermediarios de bajo peso molecular) en una célula, tejido u órgano

Lundstrom K., 2013

Müller M., & Kersten S., 2003

GenesNutrimentos

AlimentosSuplementos

Nutrigenética (polimorfismos)

Nutrigenómica (expresión génica)

Epigenética

Absorción nutrimentosUtilización nutrimentos

Tolerancia a alimentos y nutrimentosRequerimiento nutrimentos

Diferencias y similitudes de nutrigenómica y nutrigenética

Lundstrom K., 2013

Norheim F, et al., 2012

Los factores de transcripción son los principales agentes a través de los cuales los nutrientes influyen en la expresión génica.

1.- receptor de ac. Retinoico (RAR)2.- Receptor X retinoide (RXR)3.- Receptores de proliferación activa de peroxisomas (PPARs)4.- Receptor X del higado (LRX)5.- Receptor de vitamina D (VDR)6.- Receptores de sales biliares (FXR)

Müller M., & Kersten S., 2003

Müller M., & Kersten S., 2003

Müller M., & Kersten S., 2003

Los perfiles de expresión génica se puede utilizar con tres fines distintos de la investigación en nutrición.

1.- proporcionar pistas sobre el mecanismo que se encuentran tras los efectos beneficios o adversos de un determinado nutriente o la dieta.2.- Ayudar a identificar genes, proteínas o metabolitos importantes que son alterados en el estado previo a la enfermedad y que podrían actuar como "marcadores moleculares".3.- Ayudar a identificar y caracterizar los mecanismos moleculares básicos de la regulación génica por nutrientes.

Lundstrom K., 2013

¿Porque es importante la nutrigenética y nutrigenómica?

Diversidad genómica /grupos étnicos e interindividual que afecta a la biodisponibilidad de nutrientes y el metabolismo.

Variación interindividual en la alimentación:

cultural, económico, geográfico y el sabor de nutrientes. 

La malnutrición (deficiencia o exceso): afecta la expresión génica y la estabilidad del genoma. dosis y expresión génica anormal = Patologías

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Simopoulos AP. Nutrigenética / Nutrigenómica. Annu Rev. salud pública. 2010

¿Cómo se estudia la nutrigenómica?

Análisis del DNA: molecular y cromosómico

Proteómica

Transcriptómica

Epigenética

Metabolómica

DX del estado de salud y / o transcurso de la enfermedad.

Respuestas homeostáticas a la exposición nutricional alterada

Simopoulos AP. Nutrigenética / Nutrigenómica. Annu Rev. salud pública. 2010

1.- Daños a bases individuales (aductos de ADN) medidos por cromatografía

2.- Sitios abásicos en la secuencia de DNA (medible mediante el uso de la

sonda de aldehído-reactiva)

3.- Rupturas del DNA (ensayo de cometa)

4.- Reducción de los telómeros (medido por análisis de restricción terminal, PCR

cuantitativa)

5.- Ruptura de cromosomas (cariotipos)

5.- Daños en el ADN mitocondrial (generalmente deleciones). 

Se encuentran en diferentes niveles de validación basadas en la evidencia de la asociación con la nutrición y la enfermedad

Dx de daño al DNA y nutrigenómica:

Simopoulos AP. Nutrigenética / Nutrigenómica. Annu Rev. salud pública. 2010

Clínica de salud del genoma

(a) determinar los valores de referencia en la dieta para la prevención de daños en el ADN.

Bull C, Fenech M, Proc Nutr Soc 2008

Daños en el genoma = Enfermedades del desarrollo y degenerativas

Dx y prevención con dieta apropiada

• La dieta afecta el flujo de la información genética en varios sitios de la regulación: • genómica, transcriptómica, proteómica y metabolómica

Enfoques experimentales utilizados en el estudio de nutrigenética y nutrigenómica

Ordovas JM, Corella D. Annu Rev Genomics Hum Genet, 2004

Polimorfismos comunes podrían alterar su función y en última instancia, la respuesta fisiológica a un compuesto alimenticio.

Estudios genéticos

Garcia-Bailo B, Toguri C, Eny KM, El-Sohemy A, OMICS. 2009

Los efectos biológicos de los nutrientes y bioactivos dependen de una serie de procesos fisiológicos:

Absorción, transporte, biotransformación, unión, almacenamiento y excreción, y de los mecanismos de acción celulares, tales como la unión a receptores nucleares o la regulación de factores de transcripción.

Numerosos estudios han demostrado que los nutrientes alteran la expresión de la información genética:

regulación génica transducción de señales alteraciones en la estructura de la cromatina y la función de la proteína

¿Cómo la dieta puede afectar los niveles de expresión génica? Actuando sobre: Factores de transcripción Cambios epigenéticos

Elliott RM: Transcriptomics and micronutrient research. Br J Nutr 2008;(suppl 3):S59–S65.

Los cambios globales en los perfiles de expresión génica podría representar "firmas moleculares" que reflejan la exposición a los nutrientes específicos

ESTUDIOS DE ASOCIACIÓNEl café y las enfermedades del corazón (¿nutrigenómica o nutrigenética?)

Cafeína es metabolizada por el citocromo hepático P450 1A2.

Cornelis MC, El-Sohemy A, Kabagambe EK, Campos H: Coffee, CYP1A2 genotype, and risk of myocardial infarction.JAMA 2006; 295: 1135–1141.

1.- La cafeína puede aumentar el riesgo de un ataque al corazón solo en personas que portan el alelo CYP 1A2 1F (metabolizadores «lentos» de cafeína). 2.- Diterpenos presentes en el café sin filtrar y la cafeína parecen aumentar el riesgo de enfermedad cardíaca coronaria.

3.- Un menor riesgo de enfermedad coronaria entre los bebedores moderados de café podría ser debido a los antioxidantes en el café.

Nutrigenética / Nutrigenómica su control y tratamiento del cáncer

1982 Doll y Peto sugirieron que la dieta representa el 30% de riesgo de desarrollar cáncer.

Doll R, Peto R. J Natl Cancer Inst 1981; 66: 1191–1308World Cancer Research Fund, American Institute of Cancer Research, Diet, Nutrition and Prevention of Human Cancer: A Global Perspective, World Cancer Research Fund. Washington, American Institute of Cancer Research, 2007

El Fondo de Investigación Mundial del Cáncer y el Instituto Americano de Investigación del Cáncer :

«La dieta contribuye de manera significativa a los cánceres en todo el mundo, pero el porcentaje real es altamente dependiente de la dieta específica consumida y del tipo de cáncer

Nutrigenómica, epigenética y cancer

Epigenética: metilación del ADN, modificaciones de histonas, miRNAs.

Estos cambios en el color del pelaje son acompañados por una reducción en el riesgo de cáncer, así como la diabetes y la obesidad. 

Ratón agutí: Adición de factores de la dieta materna(colina, betaína o ácido fólico), que mejoran la metilación, cambien el fenotipo de la descendencia .  

Dolinoy DC, Weidman JR, Waterland RA, Jirtle RL: Maternal genistein alters coat color and protects Avy mouse offspring from obesity by modifying the fetal epigenome. Environ Health Perspect 2006; 114: 567–572

expresión elevada de proteínas p21Cip1/Waf1 y BAX.

Myzak MC, Hardin K, Wang R, Dashwood RH, Ho E: Carcinogenesis 2006; 27: 811–819.

Sulforafano

Butirato de KK amilo

Azufre

inhibidores de la histona desacetilasa

(HDAC)

acetilación de histonas

¿Cómo el butirato produce sus efectos anti-tumorigénicos?

Mecanismo de acción de sus efectos apoptóticos.

Fung KY, Lewanowitsch T, Henderson ST, Priebe I, Hoffmann P, McColl SR, Lockett T, Head R. J Proteome Res 2009; 8: 1220–1227.

Expresión génica y el análisis proteómico con líneas celulares de cáncer colorrectal

Ácido bitúrico

Respuesta apoptótica del butirato :

139 proteínas implicadas en la respuesta apoptótica de butirato.

El butirato afecta a estas funciones celulares:   Remodelación del citoesqueleto de actina Mayor respuesta al estrés celular Regulación negativa de la biosíntesis de proteínas Regulación negativa del crecimiento celular Inhibición de la vía glucolítica (efecto Warburg)

Michael fenecha, et al., J nutrigenet nutrigenomics. 2011

Michael fenecha, et al., J nutrigenet nutrigenomics. 2011

PERSPECTIVAS

Metabolómica y Proteómica

• Identificar biomarcadores de exposición a diferentes dietas inter-individualmente

Información • Incorporar en biobancos para

correlacionar dieta-enfermedad.

Análisis? • Queda mucho por realizar.

Michael fenecha, et al., J nutrigenet nutrigenomics. 2011

CONCLUSIONES

Los patrones de expresión de genes sólo pueden ser útiles en la práctica clínica cuando los patrones son evidentes en una muestra de fácil acceso (por ejemplo, sangre o células bucales) que clara e inequívocamente identifican un problema de salud. 

Los cambios en la expresión génica pueden ser simplemente una respuesta de adaptación a los cambios homeostático en los modelos dietéticos o factores de estilo de vida asociados (por ejemplo, ejercicio).

La nutrigenómica es una ciencia joven, y aunque se han demostrado hallazgos muy relavantes en los últimos años, todavía falta mucho por descubrir y se requieren más estudios para poder hacer posible su práctica en la vida cotidiana.