برهم کنش مواد مغذی و ژن در دفاع سلولی بدن دکتر سلطانعلی محبوب استاد دانشگاه علوم پزشکی تبریز و قائم مقام موسسه آموزش عالی ربع رشیدی یازدهمین کنگره سراسری تغذیه ایران دانشگاه علوم پزشکی شیراز آبان ماه 1389

INTRODUCTION

علل تغییر در اهداف تحقیقات تغذیه ای عامل اول: اجرای تحقیقات بر روی ژن ها منجر به کسب اطلاعات ژنتیکی جدید گردیده و توجه محققین را به اهمیت ژن ها در تغذیه انسانی جلب کرده است و در واقع برنامه های تحقیقاتی را به شدت تغییر داده است.

عامل دوم: اعتقاد هر چه بیشتر به این واقعیت پیدا شده که درشت مغذی ها و زیر مغذی ها سیگنال های قوی تغذیه ای هستند که برنامه ریزی متابولیک سلول را تحت تاثیر قرار داده و نقش عمده ای را در کنترول همو استازی ها بعهده دارند.

عامل سوم : محققین حوزه علوم تغذیه بطور روز افزونی به این باور رسیده اند که ژنتیک شریک مهمی در بروز و ایتولوژی مرگ و میر بیماری های مرتبط با مواد مغذی از جمله بیماری های قلب و عروق ، دیابت نوع دو و سرطان ها به شمار می رود.

عامل چهارم: بکارگیری وسایل و ابزار جدید ، انجام مطالعات دقیق تر تغذیه ای درسطح ملکولی را امکان پذیر ساخته و به تغییر اهداف تحقیقات تغذیه ای کمک نموده است.

برهم کنش مواد مغذی و ژنوم 1-مواد مغذی بیان ژن را می تواند القاء کرده و از این طریق فنوتیپ فردی را تغییر دهد 2- در مقابل پلی مورفیسم تک نو کلئو تیدی که در التهاب ، متابولیسم لیپید ها اهمیت دارد می تواند بیو اکتیویتی مسیر های مهم متابولیکی و مدیاتور ها را تغییر داده و استعداد مواد مغذی برای برهم کنش دادن با آنها را تحت تاثیرقرار دهد

Assumptions Common dietary compounds act on the human genome, directly or indirectly, to alter gene expression or structure Some individuals, under some circumstances, can have diet become a serious risk factor; Some diet-regulated genes and their normal common variants help shape processes like susceptibility to disease/injury/extreme environments and progression, recovery from, and severity of breakdown Kaput and Rodriguez, 2004 “Nutritional Genomics”, Physiol Genomics 16(2):166-167

Assumptions (cont…) The degree to which diet influences these processes depends in part on an individual’s genetic makeup Dietary interventions based on the “nutriome” can be used to prevent, mitigate, or cure disease/injury

Nutrient Gene Interactions Why do nutritionists need to study nutrient gene interactions? How can molecular approaches be used to investigate gene modulation by dietary components?

Nutrient Gene Interactions Necessity for molecular approaches Mode of nutrient gene interactions Molecular Tools and Techniques Hot topic in nutrition research

Nutritional Genomics Correlations between… Diet Disease Gene variants Basic idea behind nutritional genomics Genotype individuals Identify gene variants Suggest appropriate changes in diet. Several published studies have indicated a relationship between common gene variants, diet, and disease. Such results set the foundation for the burgeoning field of nutritional genomics, also called nutrigenomics. Take the example of apolipoprotein E (APOE), which is involved in cholesterol metabolism. The E4 variant is present in roughly 18% of the population. Males with the E4 variant have a predisposition to heart disease; however, by exercising and avoiding alcohol these men can dramatically reduce their chances of heart disease. Interestingly, men possessing other variants of APOE are less able to control their cholesterol levels through diet and exercise. In the case of variants of the manganese superoxidase dismutase gene, men with a particular mutation are more likely to develop prostate cancer, but a diet rich in selenium can decrease this risk by a factor of 10! Nutritional genomics aims to uncover such relationships and to suggest changes in diet to people based on their specific gene variants.

addresses the role of diet in gene expression NUTRIGENOMICS addresses the role of diet in gene expression

Nutrigenetics The study of individual differences at genetic level (SNPs) influencing response to diet.

Example for applied genomics: Nutrigenomics and nutrigenetics: two sides of a coin For personalized nutrition: effects of diet on body-metabolism influence of genotype on nutritionally related diseases must be considered Mutch, FASEB 2005

The “Omics” of Nutrition Nutrigenomics DNA Nutrigenetics Nutritional Epigenetics RNA Nutritional Transcriptomics Bioactive Food Component Phenotype Protein Proteomics Metabolomics Metabolite

Cellular Digestion Cellular Division Energetics Compound Hormonal Must Focus on Processes Which Are Modified by Single or Multiple Foods/Components Digestion Cellular Division Cellular Energetics Compound Activation Hormonal Homeostasis Bioactive Food Components DNA Repair Inflammation Immunity Apoptosis Differentiation

سیستم دفاعی بدن سیستم دفاعی بدن ما را از ابتلا به عفونت توسط عوامل بیماریزا مانند ویروسها ، باکتریها و قارچها محافظت می کند و دو نوع دفاع انجام می دهد: 1. دفاع غیر اختصاصی: که مابین عوامل خارجی ، میکروبی و غیر میکروبی تفاوت قائل نمی شود. 2. دفاع اختصاصی: که با تولید آنتی بادی ها مابین مواد خارجی و سلولهای مختلف ایمنی فرق می گذارد.

The Immune System is the Third Line of Defense Against Infection

اجزا تشکیل دهنده دستگاه ایمنی بدن 1-گلبول های سفید + ماکروفاژ ها 2-مولکول های پروتئینی 3- پوست 4-اندام های لنفی

اندام های لنفی 1- تیموس(محل بلوغ لنفوسیت هایT ) 2- مغز استخوان ( محل تولید سلول های خونی) 3- لوزه ها گره های لنفاوی (محل بلوغ و استقرار گلبو ل های سفید)-4

وظایف دستگاه ایمنی بدن 1-جلو گیری از ورود میکروب ها به بدن 2-به دام انداختن و خروج مواد خارجی از بدن 3-ایجاد محیط نا مساعد برای زندگی میکروب ها در سطح بدن 4-تشخیص و از بین بردن یا بی خطر ساختن میکروب ها 5-تشخیص و بی خطر ساختن مواد بیگانه وارد شده به بدن 6-تشخیص و از بین بردن سلول های خودی سرطانزا شده

Fig. 4. Mechanisms by which n-3 polyunsaturated fatty acid (PUFA) could exert imniunomodulatory actions.

نکاتی در مورد اسیدهای چرب امگا 3 و امگا 6 افزایش دریافت غذایی اسید آراشیدونیک اثرات آتروژنیک ژنوتیپ را سرعت می بخشد، در حالی که افزایش اسیدهای چرب امگا 3 از جمله EPA و DHA آن را کند می کند. مکمل یاری با اسیدهای چرب امگا 6 التهاب ناشی از لکوترین را تحریک می کند ، در حالیکه اسیدهای چرب امگا 3 آن را مهار می کند.

نکاتی در مورد اسیدهای چرب امگا 3 و امگا 6 هم اسیدهای چرب امگا 3 و هم امگا 6 در بیان ژن شرکت دارند.امگا 3 اثر مهم ضد التهابی داشته و IL-1β ، IL-6 و TNF-α را سد می کند ، در حالی که امگا 6 اثر پیش التهابی دارد. از دیدگاه ژنتیک، امروزه بشر در محیطی زندگی می کند که نوع تغذیه اش با ساختار ژنتیکی تثبیت شده متفاوت است.نسبت بالای اسیدهای چرب امگا 6 به امگا 3 که در غذای غربی ها مشاهده می شود پاتوژنز بسیاری از بیماریهای مزمن را تشدید می کند.

Examples of known nutrient effects on gene expression

CONCLUSION

حوزه نوتری ژنومیکس این تصور عمومی در دیدگاه بهداشتی را که معتقد است ONE SIZE FITS ALL تغییر داده است

حوزه نوتری ژنومیکس این دیدگاه فارماکوژنومیکس یعنی: OMICS/درمان/دارو/بیمار را با دیدگاه : OMICS/پیشگیری/ غذا/فرد سالم جایگزین کرده است.

Let food be your medicine and medicine be your food Let food be your medicine and medicine be your food. - Hippocrates, 400 BCE

Traditional Food Modified Food Food Development Traditional Food Modified Food Future Food

Traditional Food Natural Food, Organic Food Fermented Food

Modified Food Genetic modified organism (GMO)

Modified Food Functional Food

Future Food Nutrigenomics the study of molecular relationships between nutrition and the response of genes, with the aim of extrapolating how such subtle changes can affect human health Personal Nutrition

Benefits of nutrition science from nutrigenomics 1- delivering biomarkers from health 2- delivering early biomarkers for nutrition-related disease disposition 3- identifying genes and molecular pathways as targets for prevention 4- differentiating dietary responders from no responders 5- discovering bioactive food components(functional foods)

SAME SPECIES…VERY DIFFERENT CREATURES AND VERSUS Nurture Nature