Харчування, хвороби та основні молекулярні механізми - Казі - Прецизійна медицина раку
Аамер М. Казі 1,2, Рабія Табасум 1, Фатіма Аршад 1, Айша Шаукат 1, Варда Казі 1, Мухаммед Тахір Джаваїд 1,2, Абдул Манан 2
Внески: (I) Концепція та дизайн: А. М. Казі; (II) Адміністративна підтримка: А. М. Казі; (III) Надання навчальних матеріалів або пацієнтів: А. М. Казі, Р. Табассум, В. Казі, М. Т. Джайід, А. Манан; (IV) Збір та збір даних: А. М. Казі, Ф. Аршад, А. Шаукат; (V) Аналіз та інтерпретація даних: А. М. Казі, Р. Табассум, М. Т. Джаваїд, А. Манан; (VI) Написання рукописів: Усі автори; (VII) Остаточне затвердження рукопису: Усі автори.
Анотація: Хоча низка факторів може впливати на регуляцію, точність та ефективність життєво важливих біологічних шляхів, не можна ігнорувати роль дієти/харчування. Харчування забезпечує енергією та сировиною необхідні життєві процеси. Збалансоване харчування призводить до здорового результату не тільки на системному, але й на клітинному та молекулярному рівнях. Здорова їжа також може суттєво вплинути на відновлення та оздоровлення в біологічній системі. Однак певні типи та кількість дієт також є фактором ризику для різних захворювань. Сучасна дієта, а також відсутність фізичної активності впливають на загальну динаміку захворювань. Нутрігеноміка виявила функціональну взаємодію між поживними речовинами (макроелементами та мікроелементами) та окремими геномами. Ця стаття оглядає недавню наукову літературу, щоб зрозуміти, чи і як харчування може допомогти у підтримці цілісності геному, правильному імунному нагляді та профілактиці раку.
Ключові слова: Запалення; рак; Пошкодження ДНК; поживні речовини; нутрігеноміка; нутригенетика
Отримано: 06 квітня 2019 р .; Прийнято: 07 лютого 2020 р .; Опубліковано: 15 червня 2020 р.
Вступ
Дієта не тільки необхідна для виживання живих організмів, але тип раціону та кількість дієти впливає на ефективність, точність і тривалість життя різних біологічних систем, а також загальний стан здоров’я та тривалості життя живого організму.
Старіння
Нервова система
Печінка
Поживні речовини допомагають життєво важливим клітинним процесам
Синтез будівельних блоків необхідний для життєво важливих реакцій нашого організму. Оскільки харчування забезпечує енергією та сировиною для цих будівельних блоків, тип дієти відіграє важливу роль у життєво важливих клітинних процесах. Наприклад, вітамін А є важливою поживною речовиною для здорових очей, а кальцій необхідний для міцності кісток. Вітаміни В3, В12 та фолієва кислота в достатній кількості необхідні для синтезу ДНК (22). Нестача цих вітамінів призводить до поганого виробництва ДНК, що може вплинути на підтримку геномної цілісності, стабільності та життєздатності клітин. Багато інших поживних речовин відіграють важливу роль, наприклад, цинк важливий для формування пальцеподібної структури ДНК (23), а селен відіграє важливу роль як компонент певних генів супресорів пухлини (24,25) (рис. 1). Дефіцит фолієвої кислоти пов'язаний з низкою відхилень, включаючи генетичні пошкодження, передчасне старіння, хвороби серця та певні типи раку (26). Дефіцит вітаміну D може призвести до остеопорозу, а також пов'язаний із такими захворюваннями, як рак (27), діабет (28,29) або розсіяний склероз (30).
Вплив дієтичних факторів на запалення, пошкодження та цілісність ДНК
ДНК може пошкоджуватися різними способами, перешкоджаючи нормальній активності генів. Пошкодження може включати вільні радикали, помилку реплікації в ДНК або помилку транскрипції; старіння та зморшкувата шкіра - ознаки пошкодження ДНК. Пошкодження ДНК може відбуватися у всіх органах з різною швидкістю, що збільшує ймовірність системних відхилень (31,32).
Нестабільні молекули, такі як вільні радикали, відповідають за старіння та пошкодження ДНК. Вільні радикали утворюються в організмі як побічний продукт різних біохімічних процесів, таких як розщеплення їжі, інфекція та детоксикація небезпечних хімічних речовин. Деякі забруднюючі речовини, такі як сигаретний дим, вихлопні гази автомобілів, випаровування копіювальних машин та деякі інші вільні забруднювачі повітря. УФ-випромінювання та рентгенівські промені також відповідають за утворення вільних радикалів. Різні теорії говорять про те, що кожна клітина тіла здатна генерувати тисячі вільних радикалів. Шкода вільних радикалів з'являється лише у віці двадцяти семи років. Після цього починає з’являтися збиток вільних радикалів. Зі збільшенням кількості вільних радикалів вони накопичуються в різному положенні на ДНК. Шкода від куріння сигарет знаходиться в легенях, де може відбутися високий рівень мутації ДНК (33,34).
Мітохондрії залежать від більшості систем окисного фосфорилювання (OXPHOS) для ядерного геному, а також використовуються для підтримки та реплікації мітохондріальної ДНК (mtDNA), а також проліферації та деструкції органел (35). Коли відбувається пошкодження ДНК, це викликає різні відхилення, наприклад, відшарування та подальшу мітохондріальну аутофагію, втрату відновлення ДНК, гістопатологію та інші дегенеративні інфекції (36). Таким чином, пошкодження геному мітохондрій призводить до шкідливих стабільних змін та порушення цілісності. Тому підтримка цілісності мтДНК є основою здорового життя. Харчування може зіграти вирішальну роль у контролі цілісності мтДНК та збільшенні тривалості життя.
Недоїдання та пошкодження ДНК
Голод і недоїдання є однією з найбільш переважних проблем, з якими стикаються кілька країн. Близько 30% людей страждають від однієї або декількох форм голоду (37). Страшні наслідки недоїдання полягають у смерті, втраті працездатності та приголомшеному розумовому та фізичному зростанні. Серед дітей у розвинених країнах близько 60% із 10,9 мільйона смертей на рік визначаються відсутністю здорового харчування (38). До основних причин недоїдання належать бідність та нерівність. Планування харчування може усунути лише ті причини, які вимагають політичних та соціальних дій. Різні харчові добавки протидіють хворому здоров’ю, а також зменшують різні хронічні відхилення (39).
Зв'язок між дієтою та геномною нестабільністю свідчить про важливий або профілактичний вплив різних дієтичних факторів. Пошкодження ДНК, епігеном та рівень хромосом є основними причинами порушень розвитку та дегенерації. Сотні генів ускладнюють і підтримують геномну цілісність (40). Білок, кодований трансляцією ДНК та відновленням ДНК або детоксикацією потенційно генетичних токсинів, покладається на кофактори, необхідні для оптимальної функції, присутні в раціоні (41). Надмірну геномну нестабільність, спричинену дефіцитом мікроелементів, можна діагностувати за допомогою біомаркерів, що пошкоджують ДНК, і може оптимізувати стан харчування за рахунок зменшення рівня пошкодження геноміки та епігенома після діагностичного втручання (42).
Фолієва кислота, B-комплекс та інші мінерали в процесі синтезу та відновлення ДНК
Мікроелементи (вітаміни та мінерали) необхідні як кофактор для білка, пов’язаного із синтезом та відновленням ДНК, протидіючи окислювальному пошкодженню ДНК. Будь-який дефіцит мікроелементів, таких як фолієва кислота, B-комплекс, залізо, цинк та інші мінерали, призводить до цитотоксичного ураження або окисного пошкодження. Нестача мікроелементів може призвести до пошкодження ДНК, злоякісного росту та інших дегенеративних аномалій (43). Недостатність фолієвої кислоти спричинює накопичення урацилу в ДНК людини, що спричиняє хромосомні розриви. Такі хромосомні розриви є потужним прогностичним фактором для раку людини. Дефіцит фолієвої кислоти може бути основною причиною гострого лімфобластного лейкозу. Введення фолієвої кислоти може переломити високий рівень урацилу ДНК у людини та розриви хромосом (44). Як і дефіцит фолатів, дефіцит В12 призводить до накопичення урацилу в ДНК та хромосомних розривах. Ці два дефекти можуть зіграти синергетичну роль. Дослідження показали, що добавки В12 важливі для обмеження розривів хромосом (45). Недостатність В6 характеризується інсультом та атеросклерозом, а також пов'язана з хромосомними розривами. Добавки В6 зменшують ці ризики (46).