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NUTRIGENÉTICA Y NUTRIGENÓMICA
JUAN JOSÉ ORTEGA HUETE
FIR 1 ANÁLISIS CLINICOS
HOSPITAL VIRGEN DE LOS LIRIOS
CONTENIDOS
INTRODUCCIÓN: ENVEJECIMIENTO, ENFERMEDADESY NUTRICIÓN.
ENFERMEDADES MONOGÉNICAS Y POLIGÉNICAS
CONCEPTOS: NUTRIGENÓMICA Y NUTRIGENÉTICA.
EPIGENÉTICAY OBESIDAD.
FACTORES DETRANSCRIPCIÓN: ALIMENTOS Y RECEPTORES NUCLEARES.
GENESY OBESIDAD.
APLICACIONES CLÍNICAS DE LA NUTRIGENÓMICA
NUTRICIÓN DE PRECISIÓN.
CONCLUSIONES.
1. INTRODUCCIÓN
2. ENFERMEDADES POLIGÉNICAS Y MONOGÉNICAS
Enfermedades monogénicas:
Ser portador de una variación genética hereditaria patogénica o cambio en la secuencia
del ADN de un solo gen que causa una proteína no funcional.
Transmisión según los patrones de herencia mendelianos ya sea recesivas o dominantes:
autosómico, o ligadas al cromosoma X oY.
Frecuencia baja en la población y penetrancia o proporción de individuos de una población
que expresan el fenotipo patológico es alta.
Enfermedades poligénicas:
Determinadas por la interacción entre variaciones genéticas en varios genes.
El riesgo: por varios factores como pueden ser la nutrición, tabaco, el sexo, el estilo
de vida. La diabetes, la obesidad, el cáncer o las ECVs son ejemplos.
GWAS: polimorfismos de un solo nucleótido o Single Nucleotide Polymorphism
(SNP) con la enfermedad estudiada.
SNP identificado es más frecuente en personas con la enfermedad bajo estudio, el SNP se
dice que está asociado con la enfermedad.
SNP: frecuencia mayor del 1% en la población general.
Las enfermedades poligénicas son frecuentes en la población y los SNP presentan baja
penetrancia.
3. CONCEPTOS
12000
años
Fuego y la agricultura: contribuyeron a la obtención de una fuente segura
de alimentos que permitió alimentar a una mayor proporción de habitantes.
Antigue
dad
Nutrición: mantenimiento o restablecimiento de la salud.
Hipócrates, el padre de la Medicina, quien desde el año 400 a.C. dijo a sus
estudiantes:“que tu alimento sea tu medicina y tu medicina sea tu alimento”
70s
Procesos metabólicos y digestivos a través de los cuales el organismo
asimilaba los nutrimentos contenidos en los alimentos.
Nutrición basada en evidencias (NBE) :profundo conocimiento
científico que estudiaba la relación entre la dieta y el estado de salud de la
población.
90s
Ingeniería genética y biología molecular: nutrición de manera
individual en la respuesta y expresión génica de una célula ante los estímulos
ambientales.
Genómica nutricional: Nutrigenética y nutrigenómica.
Genómica Nutricional:
Objetivo: aportar el conocimiento que permita hacer un diagnóstico y establecer un tratamiento nutricional
basado en el genotipo individual, mediante 2 ramas: la nutrigenómica y la nutrigenética.
Describe las interacciones funcionales de los alimentos y sus componentes con el genoma a niveles
sistémico, celular y molecular, con el fin de prevenir o tratar enfermedades con la dieta.
NUTRIGENÓMICA: explicación de los mecanismos moleculares o genéticos en los
componentes de la dieta. Se ocupa de la interacción funcional entre los compuestos
bioactivos de los alimentos con el genoma tanto a nivel molecular, celular y sistémico, es
decir, cómo se puede utilizar la dieta para prevenir o tratar enfermedades. La
nutrigenómica investiga de qué forma los nutrientes pueden modificar la expresión de
genes o estructuras que contribuyen a la salud. Permite comprender:
Cómo la nutrición influye en las vías metabólicas y control homeostático.
El riesgo que otorgan los genotipos individuales en el desarrollo de enfermedades.
NUTRIGENÉTICA: estudia la forma en la que se responde a los diferentes nutrientes,
de acuerdo a la variación genética o polimorfismos; es decir, cómo diferentes variantes
genéticas determinan que un alimento o nutriente es beneficioso o perjudicial para la
salud. La nutrigenética ayuda a entender cómo responden los genes frente a una dieta
determinada, teniendo en cuenta la variación individual y en el conjunto de la población.
NUTRACÉTICOS: partes de alimentos, generalmente preparados como formas
farmacéuticas que tienen beneficios fisiológicos o protegen frente a enfermedades
crónicas y que están preparados en procesos biotecnológicos. Presentan
concentraciones en mucha mayor cantidad que la que tendrían en una o varias
raciones normales del alimento del que proceden. Se trata de un producto que se
consume de forma temporal. Ejemplos: omega 3 o 6, vitamina D, etc.
ALIMENTOS FUNCIONALES: son alimentos o componentes que pueden aportar
un beneficio para la salud más allá de la nutrición básica. Es un producto en formato
habitual (leche, pan, cereales, etc.) al que se le ha añadido o eliminado un ingrediente
que ha modificado su composición y pueden ejercer influencia sobre el crecimiento,
desarrollo o capacidad de respuesta del organismo para prevenir o reducir el riesgo de
algunas enfermedades.
4. EPIFENÉTICA Y OBESIDAD
Modificaciones epigenéticas: cambios potencialmente reversibles que no alteran la
secuencia del ADN pero influye en su expresión. Se trata de modificaciones de las histonas y
en el ADN mismo, sin cambiar la secuencia de éste.
Mecanismos(transcripción)
METILACIÓN DEL ADN: (sitios “CpG”)
Acetilación y/o metilación postraduccional, fosforilación,
ubiquitinilación y ADP-ribosilación de las histonas.
microARN : secuencias cortas de ARN que
interfieren con la traducción de un gen a una proteina.
Existen estudios que evidencian que la obesidad en adultos se inicia en la infancia. Una ingesta
excesiva de calorías o energía o una ingesta deficiente de micronutrientes esenciales (hierro o
zinc) durante la infancia, se asocia a un mayor riesgo de desarrollar obesidad y otras
enfermedades crónicas como la diabetes tipo 2, la resistencia a la insulina y las enfermedades
cardiovasculares.
5. FACTORES DE TRANSCRIPCION: ALIMENTOS Y RECEPTORES NUCLEARES
Los receptores nucleares (RN) son factores de transcripción (FT) activados por ligando (hormonas,
glucocorticoides…), que modulan la expresión de diferentes genes implicados en la diferenciación,
apoptosis, crecimiento y el metabolismo, entre otros. Los receptores nucleares poseen la capacidad de
interaccionar directamente con el ADN y controlar así la expresión génica.
Receptores PPAR
PPAR alfa: oxidación lipídica y
proceso de inflamación
PPAR gamma: almacenamiento de
lípidos, diferenciación de
adipocitos e inflamación.
PPAR beta o delta: metabolismo de
lípidos e inflamación.
5. FACTORES DE TRANSCRIPCION: ALIMENTOS Y RECEPTORES NUCLEARES
Hidratos de carbono: la glucosa estimula la transcripción de genes glucolíticos y lipogénicos, mediante
la activación del factor de transcripción proteínas que une elementos de respuesta a carbohidratos
(ChREBP) y su unión específica al elemento de respuesta a los carbohidratos.
Proteínas:
Los Aas regulan la expresión génica a través del AMP cíclico (AMPc).
Las proteínas de la dieta no ejercen regulación directa sobre los genes. Cuando existe una ingesta baja
en Aas esenciales produce una menor síntesis en norepinefrina y de AMPc, y por lo tanto una menor
síntesis proteica.
Ácidos grasosreceptor nuclear kappa B
(NF-kB):
FOSFORILACIÓN
Inflamación.
Necrosis.
Hiperglicemia
mono- o poliinsaturados, inhiben el
receptor NF-kB : Disminuyen ECVs.
Saturados: activan NF-Kb: Aumentan
ECVs.
Vitaminas: liposolubles(A,D, E,K) e hidrosolubles ( grupo B y C).
Cofactores enzimáticos
Unión a RN y modulan la expresión de los genes asociados al metabolismo energético.
VITAMINA A:
Carotenoides presentes en los alimentos son α- y βcaroteno (precursor de la vitamina
A), lutei na, licopeno, β-criptoxantina y zeaxantina.
Efectos antioxidantes, anticarcinoge nicos y epitelio-protectores.
Vitamina D: los polimorfismos (rs1544410) de los receptores de la
vitamina D (VDR) pueden predisponer a que no todos los individuos son
susceptibles de tener beneficios cuando reciben un suplemento nutricional de 25-
hidroxivitamina D.
Los efectos cardiovasculares de la vitamina D también pueden ser influenciados
por isoflavonas de soja, considerados reguladores endocrinos de la homeostasis
cardiovascular debido a una mayor tasa de conversión a partir de precursores de
vitamina D.
VITAMINA D:
insuficiencia de vitamina D: mayor riesgo de cáncer o el desarrollo de tumores
a través de la regulación de la expresión génica en relación con la progresión
del ciclo celular, la apoptosis, la adhesión celular, el metabolismo oxidativo, la
función inmune, y el metabolismo de esteroides.
VITAMINA E : dependiendo de la cantidad de la ingesta, puede ejercer un efecto antioxidante o
una actividad procarcinogénica si se consume en cantidades elevadas.
VITAMINAS DEL GRUPO B
VITAMINA Funciones principales
B1 Metabolismo de Carbohidratos
Sistema Nervioso
B2 Absorción de Proteínas
Salud de la piel y visión
B3
Sistema Nervioso
Cuidado de la piel
Circulación sanguínea
B5
Elaboración de CoA
Sistema Inmunológico
Esfuerzos físicos
B6 Glóbulos rojos y hormonas
B9 Síntesis Proteica
Embarazo ( espina bífida)
B12
Metabolismo
SNC
Formación de glóbulos rojos.
Suplementos de folato ( Vitamina B9) existen estudios contradictorios:
Polimorfismo p.Ala222Val (C677T, rs1801133) en el gen de MTHFR (OMIM *607093)
puede modular el riesgo de cáncer colorrectal influenciado por el nivel de folato, por el consumo
de alcohol y el suministro de los donantes de grupos metilo, y se ha asociado más con un aumento
del riesgo de cáncer de mama del 62%; sin embargo, este riesgo se ha mejorado por la ingesta de
nutrientes implicados en el metabolismo de un carbono, ácido fólico y vitaminas B relacionadas, así
como el aminoácido metionina.
Enriquecimiento en individuos bien nutridos puede atenuar los efectos positivos de folato y causar
efectos adversos de salud. La prevención de cáncer de colon mediante aspirina o folato revelaron
una tendencia hacia un mayor riesgo de lesiones en cáncer colorrectal avanzado y una
multiplicidad de adenoma al recibir suplementos de ácido fólico. También se ha encontrado que los
suplementos de ácido fólico se asocian con un aumento significativo en el riesgo de cáncer de
próstata.
VITAMINA C:
Cofactor esencial para al menos ocho
reacciones enzimáticas,
Desarrollo o el tratamiento de cáncer,
enfermedades cardiovasculares, diabetes,
y accidente cerebrovascular.
Vitamina c ( expresión génica)
la coagulación: el ácido ascórbico modula a niveltraducción la expresión del transportador de sodioacoplado a vitamina C SVCT2 (sodium-coupled vitaminC transporters, OMIM *603791) en la concentraciónintraplaquetaria
metabolismo lipídico:debido a la expresión delgen de la apo A-13
la respuesta inflamatoria
el cáncer: capacidad antioxidante
POLIFENOLES: Acción antioxidante, menor riesgo de incidencia de enfermedades cardiovasculares,
neurodegenerativas (Parkinson y el Alzheimer) y cáncer.
En etapas tempranas de iniciación de los tumores, los polifenoles pueden tener efectos
quimioprotectores frente a diversos tipos de cáncer, dependiendo del tipo de tejido canceroso.
• Inhibe al receptor NF-kB-p65, que se encuentra implicado en procesosinflamatorios asociados al cáncer.
FLAVONOIDES
• Disminuye la actividad de las moléculas de adhesión vascular (VCAM-1),los niveles del factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α) e inhibe la acciónde la interleucina 1 beta (IL-1β)
FLORETINA ( MANZANA)
• Estimula genes de la sirtuina 1 (OMIM *604479, SIRT1), asociado con lalongevidad de la vida y produce proteínas nucleares y mitocondrialescuya función es frenar apoptosis y efecto antioxidante. Se encuentra enuvas, fresas o arándanos.
RESVERATROL
• modifica el riesgo de cáncer de próstata. Este riesgo se modifica por lapresencia de una variante genética en el receptor de estrógenos.
ISOFLAVONAS
MINERALES: Afectación de la transcripción de genes
El cobre en estado heterodímero tiene efecto antitumoral.
El selenio tiene efecto antitumoral en cáncer de próstata, regulando genes supresores de
tumores, o expresando factores de crecimiento y genes reparadores del ADN.
6. GENES Y OBESIDAD
GWAS
“Human Obesity Gene Map” se describen más de 253 loci de
rasgos cuantitativos (QTL, quantitative trait loci) para diferentes
fenotipos relacionados con la obesidad y que están implicados
en algunas vías (genes relacionados con el gasto energético):
Genes relacionados con señales de hambre y saciedad.
Genes relacionados con el crecimiento y diferenciación de
adipocitos.
Hay una alta heredabilidad en el caso de la obesidad; se estima
que el riesgo genético varía entre el 40-60% en las diferentes
poblaciones. Gracias a los estudios GWAS, se han identificado
más de 140 loci de riesgo relacionados con la obesidad e IMC.
Principales genes relacionados con el incremento del IMC , como es el gen asociado a la obesidad y a la masa
grasa (OMIM: *610966, FTO), entre otros.
Gen asociado a la obesidad y a la masa grasa (OMIM: *610966, FTO) (cromosoma 16q12.2, 2007) en
relación a desarrollo de diabetes mediada por el IMC y obesidad:
Sobreexpresión: ganancia progresiva de peso y explica el 1% de la heredabilidad del IMC. Se ha observado
que la expresión del gen se modifica ante privación aguda alimentaria , y variación del estado nutricional .
Los individuos portadores de los dos alelos de riesgo en el gen FTO (rs1558902) desarrollan una menor
respuesta de saciedad y se considera que se incrementa el IMC 0,25-0,41 kg/m2 cuando se es portador en
homocigosis del alelo de riesgo, es decir un aumento del 20-40% del riesgo de obesidad .
La actividad física y la ingesta calórica modifican este riesgo genético atribuible al gen FTO.
El gen del receptor de la melanocortina 4
(OMIM *155541, MC4R) codifica para el receptor
de α-MSH.
Esta proteína, está codificada por el gen de la
proopiomelanocortina (OMIM: *176830, POMC)
cuya actividad biológica se relaciona con el balance
energético y la regulación de la ingesta de
alimentos; es considerado un agente anorexigénico.
Estudios GWAS :región polimórfica en el gen
MC4R en relación con el IMC. Las variantes de
riesgo en este gen se asocian también a una mayor
ingesta energética y consumo de carbohidratos .
El alelo de riesgo tiene un efecto menor que el gen
FTO sobre el IMC y el riesgo de obesidad.
Es mucho menos frecuente que FTO .
Gen de la leptina (OMIM: *164160, LEP).
La leptina interviene en la regulación del peso mediante la inhibición de la
ingesta y la regulación del gasto energe tico a traves de señales de
transducción y activación de la transcripción de ciertos genes en relación a
la saciedad.
Genes de desacoplamiento de la proteína 2 (OMIM: * 601693, UCP2)
y 3 (OMIM: * 602044, UCP3)
Codifican las proteínas UCP2 y UCP3 estarían relacionados con la
termogénesis, facilitando la combustión de ácidos grasos en la cadena
respiratoria mitocondrial.
Tanto UCP2 y UCP3 se sobreexpresan en obesidad y síndrome metabólico
para la eliminación de radicales libres endógenos, su expresión también está
estimulada por el estrés oxidativo y la acumulación de ácidos grasos en el
miocardio.
7.APLICACIONES CLÍNICAS DE LA NUTRIGENÓMICA
NUTRIGENÓMICA NUTRICIÓN PERSONALIZADA
Serrano JC, De Lorenzo D et al. 2013: impacto funcional de la
adición de vitamina D a la soja y el efecto cardiovascular.
500 mL, 250 mL y al grupo 3 no se le proporcionó la
soja)durante 2 meses.
Determinación de perfil de lípidos, glucosa al inicio, a los dos
meses y después de dos meses
Se observó una disminución de colesterol dependiente de
dosis de soja.
Grupo de 500 mL: aumento sus niveles de colesterol.
Causa genética: variante del gen de la vitamina D (VDR). Los
individuos portadores de una variante G (rs7975232) reducían
sus niveles de colesterol, es decir los heterocigotos AG y los
homocigotos GG mientras que los portadores de la variante A
lo aumentaban
Estudio prospectivo (2010): análisis del efecto de la dieta sobre el perfil de lípidos en 59
hombres agrupados de acuerdo a su genotipo Apo E (n = 20 E3/E3 y n = 18 E3/E4).
Tres planes alimentarios: rica en grasas saturadas, rica en carbohidratos y mediterránea.
Esta dieta se administró durante 4 semanas, y después de forma aleatoria y cruzada,
tomaron una alimentación rica en carbohidratos y una alimentación mediterránea rica en
aceite de oliva.
Perfil lipídico:: los portadores del genotipo E3/E3 y heterocigotos mejoraban su perfil
lipídico tras la alimentación mediterránea y la alimentación rica en carbohidratos en
comparación con la alimentación rica en grasa saturada.
Los homocigotos E4 mostraron mayores niveles de c-LDL y Apo B tras la alimentación
mediterránea y tras la dieta rica en grasa saturada en comparación con la dieta rica en
carbohidratos.
CONCLUSION: La suplementación con aceite de oliva en dosis altas se asocia con
aumentos en el colesterol total en los portadores de E4, que parece deberse a un aumento
en el C-LDL y puede en parte anular la acción cardioprotectora del DHA en este subgrupo
de población.
8.NUTRICIÓN DE PRECISIÓN
La nutrición de precisión : las mejores recomendaciones dietéticas para prevenir o tratar una
enfermedad de acuerdo con las características de la persona.
Necesaria valoración las características fenotípicas: el sexo, la edad, el IMC, las enfermedades, el
estilo de vida, sus hábitos, el estre s, etc.;
Se deben incorporar los estudios “-ómicos”: genómica, epigenómica, transcriptómica,
proteómica, y la metagenómica.
ENFERMEDADES
POLIGÉNICAS
Puntuación de riesgo
genético( genetic risk
score, GRS)
No ponderada: solo se tiene en
cuenta el número de alelos de riesgo
que posee una persona para cada SNP.
Ponderada: cada SNP puede tener
una magnitud de asociación distinta
con la enfermedad, y unos SNP
pueden estar más asociados que otros.
9.CONCLUSIONES
En la actualidad, los estudios realizados en relación a la nutrición están
desarrollando el conocimiento científico que será muy importante para
futuras aplicaciones clínicas en la nutrición de precisión.
La aplicación de la nutrigenómica y nutrigenética, junto el fenotipo, la
actividad física, sus hábitos, las enfermedades contribuirá a diseñar una
nutrición personalizada y por lo tanto, disminuir la obesidad y el riesgo de
enfermedades como neurodegenerativas, ECV y cáncer entre otras.
Son necesarios más estudios poblacionales para poder asociar la evidencia
científica con el fin de poder realizar las recomendaciones necesarias.
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