NUTRIGENÒMICA: Una nova aproximació a la recerca en nutrició Maria Izquierdo-Pulido, Verónica Noé, Carlota Oleaga, Carlos J. Ciudad Departaments de Nutriciói Bromatologia i de Bioquímica i Biologia Molecular 12 d’Abril de 2011 Facultad de Farmacia. Universidad de Barcelona.
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NUTRIGENÒMICA:
Una nova aproximació a la recerca en nutrició
Maria Izquierdo-Pulido, Verónica Noé, Carlota Oleaga, Carlos J. Ciudad
Departaments de Nutrició i Bromatologia i de Bioquímica i Biologia Molecular
12 d’Abril de 2011
Facultad de Farmacia. Universidad de Barcelona.
La idea de que la relación entre genes y nutrientes influye en la expresión de determinadas enfermedades no es
reciente:
Fenilcetonuria (PKU) descrita por Asbjørn en 1934: Deficit en la fenilalanina hidroxilasa
Intervención dietética:
Restringir en la dieta la fenilalanina
NUTRITIONAL GENOMICSGENOMICA NUTRICIONAL
“Interacciones entre dieta-genes”
OBJETIVO: Aportar el conocimiento que permita establecer un consejo/tratamiento nutricional basado en el genotipo individual
ESCENARIO ACTUAL:
RECOMENDACIONES NUTRICIONALES LO QUE ES BUEN CONSEJO PARA UNA PERSONA LO ES PARA OTRA
ESCENARIO DE FUTURO
Genomica nutricional
Lo que es buen consejo para una persona puede que no lo sea para otra
NUTRITIONAL GENOMICSNUTRIGENOMICA:
Estudia el efecto de los nutrientes y sus componentes
bioactivos en la expresión y respuesta de los genes
NUTRIGENETICA:
Estudia cuál es la respuesta fenotipica de distintos genotipos (constitución
genética) a la ingestión de determinados componentes de la dieta (nutrientes, componentes bioactivos) y
como influye en el bionomio alimentación - salud
ESTUDIOS NUTRIGENÉTICOS: Dietas personalizadas
El 99,9% del genoma humano es idéntico entre los individuos
0,1% variaciones
SNPs: Variaciones en la secuencia del DNA que ocurren cuando un solo nucleótido (adenina, guanina, citosina, timina) en la secuencia de DNA cambia
90% variaciones son SNPs(single nucleotide polymorphins)
Una variación para ser considerada SNP tiene que afectar al menos al 1% de la población
ENFERMEDADES CV
Gen MTHFR: 5,10- metilentetradidrofolato reductasa
MISMA DIETA = RESPUESTA DIFERENTE EN LOS INDIVIDUOS = ACIDO FOLICO
Factor de riesgo: Niveles séricos elevados de homocisteína
Gen MTHFR: 5,10- metilentetradidrofolato reductasa
• Polimorfismo 677 (C/T)
• Enzima con una menor actividad
• Aumentan los niveles de homocisteína y el riesgo CV
• CC: 32%
• CT: 52%
• TT: 16%
Prevalencia población
mediterránea
ENFERMEDADES CV
MISMA DIETA = RESPUESTA DIFERENTE EN LOS INDIVIDUOS = ACIDO FOLICO
Consejo dietético
Recomendar un mayor consumo diario de alimentos ricos en fólico a aquellas personas con el fenotipo TT para el SNP 677C/T en el gen MTHFR
Corella 2007
EJEMPLO PERFIL GENÉTICO PARA
DIETA PERSONALIZADA
FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
ProteómicaTranscriptómica
Nutrientes
Compuestos bioactivos
Producción metabólica
Metabolómica
ESTUDIOS NUTRIGENÓMICOS
CAFÉ CACAO
• Existen numerosos estudios tanto experimentales como epidemiológicos, que demuestran efectos beneficiosos de los COMPUESTOS FENÓLICOS sobre la salud.
• Relación positiva como agentes protectores de enfermedades crónicas.
PRINCIPALES ÁCIDOS CLOROGÉNICOS DEL CAFÉ
FLAVANONAS
FLAVONAS
FLAVONOLES
ISOFLAVONAS
ANTOCIANINAS
FLAVANOLES
Catequina Procianidinas
FLAVONOIDES
RADICALES LIBRES
ANTIOXIDANTES
ESTRÉS OXIDATIVO
ENDOGENOS
EXOGENOS
¿CUÁL ES EL MECANISMO DE ACCIÓN DE ESTAS SUSTANCIAS QUE INGERIMOS EN LA DIETA?
¿¿??
METODOLOGÍA
MICROARRAY
54.700 transcritos y variantes de todo el genoma humano
CONTROL
PCR Array
Placa de 96 pocillos (84 pares de cebadores de genes
específicos)
“INTERVENCIÓN”
Modelos in vitro: Líneas celulares
Análisis de datos y validación de dianas
METODOLOGÍA
Estudio de vías de señalización celulares afectadas --> Ayudar a comprender mecanismos de cómo actúan componentes bioactivos
Modulación de la expresión génica por parte del café
NUCLEOUS
HT29: Adenocarcinoma Colon Cell
Ácido Clorogénico 1,76 µg/µl
Ácido Caféico 1,68 µg/µl
Café Soluble Instantáneo 7 µg/µl
STUDY OF CELL VIABILITY (Cytotoxicity)
Cell viability after 24h of incubation with: Caffeic acid and instant coffee
(Redes de Asociación Biológica)(Pathway Architect Software, Agilent)
• Caffeic acid vs. Control
• Instant coffee vs. Control
Interacciones Moleculares
Nodos Rojos: SOBREEXPRESIÓN
Nodos Azules: INFRAEXPRESIÓN
BIOLOGICAL ASSOCIATION NETWORKS (BAN’s)
Validación de los datos obtenidos por Microarray
Two genes were selected for validation:
STAT5B signal transducer and activator of transcription 5B
- Response to cytokines and growth factors IL2, IL4, CSF1
ATF2 (also called CREB2) Activating transcription factor 2
- cAMP dependent
- Increases after a cellular stress
Niveles de ProteínaWestern Blot
Niveles de mRNART-Real Time PCR
DOS NIVELES
SUMMARY VALIDATION RESULTS
Transcriptionaland translation
level
STAT5B Microarray RT-RealTime PCR Western Blot
CONTROL 1 1 1,00
CAFFEIC 1,33 1,06 3,99
INSTANT 1,24 1,66 1,74
ATF2 Microarray RT-RealTime PCR Western Blot
CONTROL 1 1 1,00
CAFFEIC 0,26 0,84 0,10
INSTANT 0,32 0,99 0,62
Modulación de la expresión génica por parte del CACAO
NUCLEOUS
PCE mg/mLµg in 250 ng/µL
PCE
(-)-epicatechin 7.20 81.36
(+)-catechin 2.50 28.25
Procyanidin B2 1.90 21.47
Isoquercetin 0.10 1.13
Quercetin-3-arabinoside 0.03 0.34
Quercetin 0.02 0.23
Líneas celulares utilizadas: Cáncer de mama
MCF-7
ER*-positiva
SKBR3
ER-negativa
*ER “Receptor de Estrógeno” El 70% de los cánceres de mama son ER-positivos.
Condiciones: Las células han estado mantenidas en medio F12 (GIBCO) con un 7% FCS a37ºC con un 5% de CO2
Ensayo de viabilidad celular
MCF-7Gene
Symbol
T-TestFold Up- or
Down-Regulation
SKBR3Gene
Symbol
T-TestFold Up- or
Down-Regulation
p valueTest
Sample/Control Sample
p valueTest
Sample/Control Sample
CYP1A1 0.0001 17.50 CAT 0.0205 22.68
GADD45A 0.0264 4.20 CYP1A1 0.0001 155.29
GDF15 0.0001 2.61 FMO5 0.0055 6.55
GPX1 0.0163 4.25 GADD45A 0.0027 5.61
RAD23A 0.0394 13.92 GDF15 0.0046 4.68
SERPINE1 0.0216 -49.90 HSPA5 0.0274 78.15
TP53 0.0470 2.26 IL18 0.0241 8.87
XRCC2 0.0356 17.50 LTA 0.0204 2.51
PTGS1 0.0058 17.83
PCR Array específico para estrés y toxicidad
MCF-7Gene
Symbol
T-TestFold Up- or
Down-Regulation
SKBR3Gene
Symbol
T-TestFold Up- or
Down-Regulation
p valueTest
Sample/Control Sample
p valueTest
Sample/Control Sample
CYP1A1 0.0001 17.50 CAT 0.0205 22.68
GADD45A 0.0264 4.20 CYP1A1 0.0001 155.29
GDF15 0.0001 2.61 FMO5 0.0055 6.55
GPX1 0.0163 4.25 GADD45A 0.0027 5.61
RAD23A 0.0394 13.92 GDF15 0.0046 4.68
SERPINE1 0.0216 -49.90 HSPA5 0.0274 78.15
TP53 0.0470 2.26 IL18 0.0241 8.87
XRCC2 0.0356 17.50 LTA 0.0204 2.51
PTGS1 0.0058 17.83
Selección del gen CYP1A1 como diana a validar
CYP1A1; Citocromo p450 familia1 subfamilia A polipéptido1
Enzima metabolizadora de xenobióticos en fase I. Se expresa principalmente a nivel hepático. Reguladora del metabolismo de estrógenos
Su expresión viene regulada por el Receptor Aril Hidrocarbono (AhR)
Cromosoma 15 en humanos
Loc: 15q24.1
Validación de la sobreexpresión de CYP1A1 a nivel de
mRNA
MCF-7 SKBR3 MCF-7 SKBR3
CNT PCE
***
*** ***
Validación de la sobreexpresión de CYP1A1 a nivel de proteína
CNT 24 h 48 h 72 h 96 h
SKBR3
ACTIN (42 KDa)
CYP1A1(56 KDa)
CNT 24 h 48 h 72 h 96 h
TUBULIN(50 KDa)
MCF-7
CYP1A1(56 KDa)
Cáncer de Mama
Combinación:
Sinérgica (Chou-Talalay)
Sinergismo induce apóptosis
a
0 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3
***
***
Combinación entre PCE y Tamoxifeno
Caminando hacia el futuro
• Genómica nutricional resultarácrucial para el éxito de la nutrición personalizada
• Son necesarios más estudios desde un punto de vista integrador y multidisciplinar
REFLEXIÓ FINAL
“Jo sempre he cregut que tots aquests savis tenien raó. Però absolutament tots malgrat
que diguin les coses més oposades.
I tenen raó, precisament, perquè es contradiuen els uns als altres, de la mateixa forma que les coses es contradiuen: és segur que la llet, la matafaluga o la mel van bé per allò i mal per això. I com no menjar res - que és el que entre tots ells ens proposen- és
impossible, em sembla que el més prudent és menjar un mica de tot... Així, no ens penedirem, d’aquí a dos anys, d’haver
prescindit d’un aliment que llavors ens diran que és imprescindible”
Josep M. Espinàs, 1977
AGRADECIMIENTOS
• Proyectos Ministerio de Ciencia y Tecnología y del CDTI
• Fundación Española de Nutrición y a la Federación Española del Café
• Nutrexpa (Dr. Permanyer y Sr. Vargas)
• Dra. Rosa Lamuela (Departament de Nutrició i Bromatologia)
• Servicio de Genómica, IDIBAPS, Hospital Clínic de Barcelona