Nutriție, boli și mecanisme moleculare subiacente - Qazi - Medicină de precizie pentru cancer
Aamer M. Qazi 1,2, Rabia Tabassum 1, Fatima Arshad 1, Aysha Shaukat 1, Warda Qazi 1, Muhammad Tahir Javaid 1,2, Abdul Manan 2
Contribuții: (I) Concepție și proiectare: AM Qazi; (II) Sprijin administrativ: AM Qazi; (III) Furnizarea de materiale de studiu sau pacienți: AM Qazi, R Tabassum, W Qazi, MT Javaid, A Manan; (IV) Colectarea și asamblarea datelor: AM Qazi, F Arshad, A Shaukat; (V) Analiza și interpretarea datelor: AM Qazi, R Tabassum, MT Javaid, A Manan; (VI) Scrierea manuscriselor: Toți autorii; (VII) Aprobarea finală a manuscrisului: Toți autorii.
Abstract: Deși o serie de factori pot influența reglarea, precizia și eficacitatea căilor biologice vitale, rolul dietei/nutriției nu poate fi ignorat. Nutriția oferă energie și materie primă pentru procesele esențiale ale vieții. O dietă echilibrată duce la un rezultat sănătos nu numai la nivel sistemic, ci și la nivel celular și molecular. Alimentele sănătoase pot avea, de asemenea, un impact semnificativ asupra reparării și vindecării sistemului biologic. Cu toate acestea, anumite tipuri și cantități de dietă sunt, de asemenea, un factor de risc pentru diferite afecțiuni. Modelele dietetice moderne, precum și lipsa activității fizice influențează modelul global al bolii. Nutrigenomica a relevat interacțiunea funcțională dintre nutrienți (macronutrienți și micronutrienți) și genomii individuali. Acest articol trece în revistă literatura științifică recentă pentru a înțelege dacă și cum ar ajuta nutriția în menținerea integrității genomice, supravegherea imunitară adecvată și prevenirea cancerului.
Cuvinte cheie: Inflamaţie; cancer; Deteriorarea ADN-ului; nutrienți; nutrigenomică; nutrigenetică
Primit: 06 aprilie 2019; Acceptat: 07 februarie 2020; Publicat: 15 iunie 2020.
Introducere
Dieta nu este doar esențială pentru supraviețuirea organismelor vii, ci tipul dietei și cantitatea dietei afectează performanța, acuratețea și durata de viață a diferitelor sisteme biologice, precum și sănătatea generală și durata de viață a organismului viu.
Îmbătrânire
Sistem nervos
Ficat
Nutrienții ajută procesele celulare vitale
Sinteza blocurilor de construcție este necesară pentru reacțiile vitale din corpul nostru. Deoarece nutriția oferă energie și materie primă pentru aceste elemente de bază, tipul de dietă joacă un rol important în procesele celulare vitale. De exemplu, vitamina A este un nutrient important pentru ochii sănătoși, iar calciul este esențial pentru rezistența oaselor. Pentru sinteza ADN sunt necesare vitamine B3, B12 și acid folic în cantitate suficientă (22). Lipsa acestor vitamine duce la producția slabă de ADN care ar putea avea impact asupra menținerii integrității genomice, stabilității și viabilității celulare. Multe alte substanțe nutritive joacă un rol important, cum ar fi zincul este important pentru formarea structurii ADN (23), iar seleniul joacă un rol important ca o componentă a anumitor gene supresoare tumorale (24,25) (Figura 1). Deficitul de acid folic este asociat cu o serie de anomalii, inclusiv leziuni genetice, îmbătrânire prematură, boli de inimă și anumite tipuri de cancer (26). Deficitul de vitamina D poate duce la osteoporoză și este, de asemenea, asociat cu boli precum cancerul (27), diabetul zaharat (28,29) sau scleroza multiplă (30).
Impactul factorilor alimentari asupra inflamației și deteriorării ADN-ului și integrității
ADN-ul se poate deteriora într-o varietate de moduri prin interferarea cu activitatea normală a genelor. Daunele pot include radicalii liberi, erori de replicare în ADN sau erori de transcripție; îmbătrânirea și pielea ridată sunt semnele deteriorării ADN-ului. Deteriorarea ADN-ului poate apărea în toate organele la viteze diferite, ceea ce crește șansele de anomalie sistemică (31,32).
Moleculele instabile, cum ar fi radicalii liberi, sunt responsabile pentru îmbătrânirea și deteriorarea ADN-ului. Radicalii liberi se formează în organism ca un produs secundar al diferitelor procese biochimice, cum ar fi descompunerea alimentelor, infecția și detoxifierea substanțelor chimice periculoase. Unii poluanți, cum ar fi fumul de țigară, evacuarea automobilelor, fumurile copiatorilor și alți poluanți ai aerului liber. Radiațiile UV și razele X sunt, de asemenea, responsabile pentru generarea de radicali liberi. Diferite teorii sugerează că fiecare celulă a corpului este capabilă să genereze mii de radicali liberi. Deteriorarea radicalilor liberi nu apare decât la vârsta de douăzeci și șapte de ani. După aceea, daunele radicalilor liberi încep să apară. Odată cu creșterea numărului de radicali liberi, aceștia se acumulează în diferite poziții pe ADN. Daunele cauzate de fumatul țigării sunt localizate în plămâni, unde pot apărea niveluri ridicate de mutație a ADN-ului (33,34).
Mitocondriile sunt dependente de majoritatea sistemului de fosforilare oxidativă (OXPHOS) pentru genomul nuclear și sunt, de asemenea, utilizate pentru menținerea și reproducerea ADN-ului mitocondrial (ADNmt), precum și a proliferării și distrugerii organelor (35). Când apare deteriorarea ADN-ului, acesta declanșează diferite anomalii, de exemplu, detașarea și autofagia mitocondrială ulterioară, pierderea reparării ADN-ului, histopatologia și alte infecții degenerative (36). Astfel, deteriorarea genomului mitocondrial are ca rezultat modificări stabile și dăunătoare integrității. Prin urmare, menținerea integrității ADNmt este fundamentul unei vieți sănătoase. Nutriția poate juca un rol crucial în controlul integrității ADNmt și extinderea speranței de viață.
Subnutriție și deteriorarea ADN-ului
Foamea și malnutriția sunt una dintre cele mai copleșitoare probleme cu care se confruntă mai multe țări. Aproape 30% dintre oameni suferă de una sau mai multe forme de foame (37). Rezultatele teribile ale subnutriției constau în deces, dizabilitate și creștere mentală și fizică uimită. Dintre copiii din țările dezvoltate, aproximativ 60% din cele 10,9 milioane de decese pe an sunt identificate cu o lipsă de hrană sănătoasă (38). Cauzele care stau la baza malnutriției includ sărăcia și inegalitatea. Planificarea nutrițională poate elimina doar aceste cauze care necesită acțiune politică și socială. Diverse suplimente alimentare contracarează starea de sănătate, precum și diminuează diferite anomalii cronice (39).
Legătura dintre dietă și instabilitatea genomică sugerează un efect important sau preventiv al diferiților factori dietetici. Deteriorarea ADN-ului, epigenomul și nivelurile cromozomiale sunt cauzele care stau la baza tulburărilor de dezvoltare și degenerative. Sute de gene complică și mențin integritatea genomică (40). Proteinele codificate prin traducerea ADN-ului și repararea ADN-ului sau detoxifierea toxinelor potențial genetice se bazează pe cofactorii necesari unei funcții optime, prezenți în dietă (41). Instabilitatea genomică excesivă cauzată de deficiențele micronutrienților poate fi diagnosticată utilizând biomarkeri de deteriorare a ADN-ului și poate optimiza starea nutrițională prin reducerea ratelor de deteriorare a genomicii și epigenomului după intervenția diagnosticului (42).
Acidul folic, complexul B și alte minerale în sinteza și repararea ADN-ului
Micronutrienții (vitamine și minerale) sunt necesare ca cofactor pentru proteine asociate cu sinteza și repararea ADN, contracarând daunele oxidative ale ADN-ului. Orice deficiență de micronutrienți, cum ar fi acidul folic, complexul B, fierul, zincul și alte minerale, duce la leziuni citotoxice sau leziuni oxidative. Lipsa micronutrienților poate duce la deteriorarea ADN-ului, creșterea malignă și alte anomalii degenerative (43). Insuficiența acidului folic determină acumularea de uracil în ADN-ul uman provocând rupturi cromozomiale. Astfel de pauze cromozomiale sunt un factor de prognostic robust pentru cancerul uman. Deficitul de acid folic poate fi principala cauză a leucemiei limfoblastice acute. Administrarea de acid folic poate inversa nivelurile ridicate de uracil ale ADN-ului uman și rupturile cromozomiale (44). La fel ca deficitul de folat, deficitul de B12 duce la acumularea de uracil în ADN și rupturi cromozomiale. Aceste două defecte pot juca un rol sinergic. Studiile au arătat că suplimentele B12 sunt importante pentru limitarea pauzelor cromozomiale (45). Insuficiența B6 se atribuie accidentului vascular cerebral și aterosclerozei și este, de asemenea, asociată cu pauze cromozomiale. Suplimentele B6 reduc aceste riscuri (46).