A táplálkozás molekuláris hatásainak feltárása: Részletes betekintés a molekuláris mechanizmusokba és azok alkalmazásába a személyre szabott táplálkozásban

Az utóbbi években a nutrigenomika területe kulcsfontosságú részévé vált a kutatásnak, amely összekapcsolja a dietetikát, a molekuláris biológiát és az epigenetikát. Egyre több bizonyíték van arra, hogy az élelmiszerek és bioaktív összetevőik befolyásolhatják a génexpressziót, a jelátviteli útvonalakat és még az epigenetikai markereket is. Ez az írás célul tűzte ki, hogy bemutassa a jelenlegi kutatások állását ezen a területen, ismertesse a konkrét molekuláris mechanizmusokat, valamint megvitassa a fejlett technológiák – például az RNA-szekvenálás – alkalmazását e jelenségek tanulmányozásában.

• DNS-metiláció: A DNS metilációs mintázatában bekövetkező változások tartós változásokat idézhetnek elő a génexpresszióban. Például a folátok és más metil-donorok hatása jelentős befolyást gyakorol a DNS-metiláció szintjére, amit dokumentáltak a szív- és érrendszeri betegségek megelőzésére irányuló tanulmányokban.
• Hisztonok poszttranszlációs módosításai: Az étrend befolyásolhatja a hisztonok acetilációját és metilációját, ami közvetlen hatással van a kromatin szerkezetére és a gének átírhatóságára.
• miRNS-ek szabályozása: Egyes bioaktív összetevők képesek befolyásolni a miRNS-ek expresszióját, ami a gének poszttranszkripciós szabályozásának változásában nyilvánul meg.

Molekuláris mechanizmusok, amelyek befolyásolják a táplálkozás hatásait

Epigenetikai módosítások

Tanulmányok kimutatták, hogy a táplálék összetevői, például a polifenolok, az esszenciális zsírsavak és a mikrotápanyagok modulálhatják az epigenetikai folyamatokat a sejtekben. A legfontosabb mechanizmusok közé tartoznak:

• DNS-metiláció: A DNS metilációs mintázatában bekövetkező változások tartós változásokat idézhetnek elő a génexpresszióban. Például a folátok és más metil-donorok hatása jelentős befolyást gyakorol a DNS-metiláció szintjére, amit dokumentáltak a szív- és érrendszeri betegségek megelőzésére irányuló tanulmányokban.
• Hisztonok poszttranszlációs módosításai: Az étrend befolyásolhatja a hisztonok acetilációját és metilációját, ami közvetlen hatással van a kromatin szerkezetére és a gének átírhatóságára.
• miRNS-ek szabályozása: Egyes bioaktív összetevők képesek befolyásolni a miRNS-ek expresszióját, ami a gének poszttranszkripciós szabályozásának változásában nyilvánul meg.

Közvetlen hatások a jelátviteli útvonalakra

Molekuláris elemzések megerősítik, hogy például a gyümölcsökben és zöldségekben található polifenolok befolyásolhatják a gyulladásos folyamatok és az oxidatív stressz szabályozásában részt vevő jelátviteli útvonalakat (Feil & Fraga, 2012). Ezek az útvonalak gyakran kapcsolódnak krónikus betegségekhez, például a metabolikus szindrómához vagy a szív- és érrendszeri betegségekhez.

Fejlett molekuláris technikák a táplálkozási hatások vizsgálatában

Az olyan technológiák fejlődése, mint az RNA-szekvenálás (RNA-Seq), a kvantitatív PCR (qPCR) és a microarray-elemzés, lehetővé teszi ma több ezer gén expressziós változásának egyidejű megfigyelését. Például:

• RNA-Seq: Ez a technológia részletes képet nyújt a transzkriptómáról, és lehetővé teszi ismert és korábban azonosítatlan transzkriptek feltárását. A módszer részletes leírása megtalálható például ebben a tanulmányban (Wang et al., 2009).
• Microarray-analízis: Az RNA-Seq megjelenése ellenére a microarray továbbra is értékes eszköz a génexpresszió széleskörű elemzéséhez, különösen különböző kísérleti feltételek összehasonlításakor.
• Epigenomikai technikák: A DNS-metiláció vagy a hisztonok poszttranszlációs módosításainak meghatározására irányuló elemzések hozzájárulnak annak megértéséhez, hogy a táplálkozás hogyan befolyásolja hosszú távon a génszabályozást.

Az olyan vállalatok, mint a Norgen Biotek, kiváló minőségű reagenskészleteket biztosítanak az RNS izolálásához és elemzéséhez, ami elengedhetetlen a megbízható kísérleti adatokhoz.

A kutatás alkalmazása a személyre szabott táplálkozásban

A táplálkozás hatásait befolyásoló molekuláris mechanizmusok részletes megértése utat nyit a személyre szabott táplálkozási beavatkozások kidolgozásához. Az egyének specifikus epigenetikai és transzkripciós változásainak azonosítása hozzájárulhat:

• Az étrendi ajánlások optimalizálásához: Genetikai és epigenetikai markerek alapján az étrendi terveket egyénre lehet szabni, hogy megfeleljenek az egyéni szükségleteknek, és csökkentsék a krónikus betegségek kockázatát.
• A metabolikus betegségek megelőzéséhez: A molekuláris útvonalakban bekövetkező változások korai felismerése hozzájárulhat a cukorbetegség vagy az elhízás megelőzéséhez, illetve korai beavatkozásához.
• Célzott terápiás stratégiák kidolgozásához: A nutrigenomikai ismeretek klinikai gyakorlatba történő integrálása lehetővé teszi új terápiás módszerek kifejlesztését, amelyek az étrendre adott egyéni molekuláris válaszokon alapulnak.

Következtetés

A molekuláris technológiák fejlődése alapvetően megváltoztatja a táplálkozás egészségre gyakorolt hatásának szemléletét. Nemcsak a biológiai alapfolyamatok jobb megértését teszi lehetővé, hanem új lehetőségeket is nyit a személyre szabott táplálkozás és a megelőző orvoslás területén. Az olyan fejlett módszerek kombinációja, mint az RNA-szekvenálás és az epigenomikai elemzések, a Norgen Biotek kiváló minőségű reagenseivel együtt kulcsfontosságú lépést jelent az egyénre szabott egészségügyi stratégiák irányába. A jövőbeli kutatások ezen a területen bizonyára további alapvető ismereteket hoznak, amelyek közvetlen hatással lesznek az életminőség javítására és a súlyos betegségek megelőzésére.

Izolációs és tisztítási kitek RNS-hez

A táplálkozás molekuláris hatásainak kutatásának optimalizálása érdekében kulcsfontosságú, hogy a mintákat a lehető legnagyobb gondossággal vegyék és dolgozzák fel. Ebben a tekintetben a Norgen Biotech termékei ideális választást jelentenek. Például a nukleinsavak székletből történő gyűjtésére és tárolására szolgáló kémcsövek (50 db/csomag) biztonságos és megbízható mintavételt tesznek lehetővé a nukleinsavak minimális degradációjával, ami alapvető a további elemzésekhez. A Stool Total RNA Purification Kit (50 prep) pedig hatékony és reprodukálható módszert kínál az RNS izolálására, ami elengedhetetlen a pontos transzkriptomikai vizsgálatokhoz. E termékek kombinációja hozzájárul a kísérleti adatok magas minőségéhez, ezáltal növeli az eredmények megbízhatóságát és elősegíti a táplálkozás egészségre gyakorolt molekuláris mechanizmusainak jobb megértését.

Ajánlott irodalom:

• Feil, R. & Fraga, M.F. (2012). „Epigenetics and the environment: Emerging patterns and implications“ publikovaná v Nature Reviews Genetics (13(2): 97–109). DOI 10.1038/nrg3142.
• Wang, Z., Gerstein, M. & Snyder, M. (2009). „RNA-Seq: a revolutionary tool for transcriptomics“ v Nature Reviews Genetics (10(1): 57–63). DOI 10.1038/nrg2484.
• Guasch-Ferré M, Willett WC. The Mediterranean Diet and Health: A Comprehensive Overview. J Intern Med. 2021;290(3):549–566. doi:10.1111/joim.13333.
• Illescas O, Ferrero G, Belfiore A, et al. Modulation of Faecal MiRNAs Highlights the Preventive Effects of a Mediterranean Low-Inflammatory Dietary Intervention. Clin Nutr. 2024;43(4):951–959. doi:10.1016/j.clnu.2024.02.023.
• Pasanisi P, Gariboldi M, Verderio P, et al. A Pilot Low-Inflammatory Dietary Intervention to Reduce Inflammation and Improve Quality of Life in Patients With Familial Adenomatous Polyposis: Protocol Description and Preliminary Results. Integr Cancer Ther. 2019;18:1534735419846400. doi:10.1177/1534735419846400.
• Jiang H, Ju H, Zhang L, Lu H, Jie K. MicroRNA-577 Suppresses Tumor Growth and Enhances Chemosensitivity in Colorectal Cancer. J Biochem Mol Toxicol. 2017;31(6). doi:10.1002/jbt.21888.
• Kannathasan T, Kuo WW, Chen MC, et al. Chemoresistance-Associated Silencing of MiR-4454 Promotes Colorectal Cancer Aggression through the GNL3L and NF-κB Pathway. Cancers. 2020;12(5):1231. doi:10.3390/cancers12051231.
• Zhang PP, Wang XL, Zhao W, et al. DNA Methylation-Mediated Repression of MiR-941 Enhances Lysine (K)-Specific Demethylase 6B Expression in Hepatoma Cells. J Biol Chem. 2014;289(35):24724–24735. doi:10.1074/jbc.M114.567818.
• Slattery ML, Herrick JS, Pellatt DF, et al. MicroRNA Profiles in Colorectal Carcinomas, Adenomas and Normal Colonic Mucosa: Variations in MiRNA Expression and Disease Progression. Carcinogenesis. 2016;37(3):245–261. doi:10.1093/carcin/bgv249.
• Riquelme I, Pérez-Moreno P, Letelier P, Brebi P, Roa JC. The Emerging Role of PIWI-Interacting RNAs (PiRNAs) in Gastrointestinal Cancers: An Updated Perspective. Cancers. 2021;14(1):202. doi:10.3390/cancers14010202.
• González R, Ballester I, López-Posadas R, et al. Effects of Flavonoids and Other Polyphenols on Inflammation. Crit Rev Food Sci Nutr. 2011;51(4):331–362. doi:10.1080/10408390903584094.
• Efferth T. Biotechnology Applications of Plant Callus Cultures. Engineering. 2019;5(1):50–59. doi:10.1016/j.eng.2018.11.006.
• Saini S, Sreekumar A, Lee TJ, Sharma A, Simmons M. Therapeutic Potential of Plant-Derived Nanovesicles for Neuroendocrine Prostate Cancer. J Clin Oncol. 2023. doi:10.1200/JCO.2023.41.6_suppl.186.
• Biological properties and therapeutic effects of plant-derived nanovesicles [Internet]. PubMed. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33336066/ (accessed 2024 Mar 12).
• Baumann J, Wandrey F, Nowak K, Grothe T. Nutritional Supplementation of an Apple Callus Extract to Target Epidermal Aging. J Food Nutr Diet Sci. 2024:18–28. doi:10.55976/fnds.22024123718-28.

---

Normalization is important to Western blot success for many reasons. It corrects for some of the unavoidable variations that are inherent in any experiment. For example, some Western blot technique variability can be caused by inconsistent loading across the gel and transfer variation. Normalization consequently provides a baseline or scale to compare changes in protein expression.

It is important to know whether any changes in the target’s band intensity are due to intrinsic variability or actual biological change. This can be determined by normalizing your data with an internal loading control (ILC).

Internal loading controls are endogenous proteins that are used to indicate sample concentration. When choosing the right one to use, there are several requirements that are fundamental to the design of an accurate Western blot.

Requirements

• Detected within the same linear range as the target. Signal intensity of the internal control should accurately reflect sample concentration and abundance of loading control over a wide range.
• Unaffected by experimental conditions Your experimental treatments should not affect the expression of your internal loading control. For example, expression of some housekeeping proteins may vary in response to experimental conditions.
• Corrects for variation at all stages of immunoblotting. Your internal control should correct for variation that occurs throughout the Western blot process, including gel loading and transfer.
• Compatible with immunodetection. The strategy you choose shouldn’t interfere with effective down¬stream detection of your target proteins.

There are many types of ILCs, such as housekeeping proteins (HKP), signaling proteins, and total protein stains. Understanding these requirements for an internal loading control will help you choose the right one for your experimental needs and correct for variability.

Want to know more about normalization and journal requirements? Sign up to watch the Meeting Western Blot Publication and Grant Funding Requirements learning path in the Lambda U^® educational portal for normalization strategies, helpful tips on publishing Western blot data, and more.

Bővebb Információk: https://www.licor.com/bio/blog/normalization-and-internal-loading-control-requirements