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Immungenetik: Einflüsse von Lebensmittelkomponenten auf die Expression immunrelevanter Gene

  • Christopher Beermann
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Zusammenfassung

Die Immunantwort ist in ihrer Basis eine hochregulierte Ausprägung relevanter Geninformationen, die innerhalb eines aus DNA und Histon-Proteinen bestehenden Heterochromatins codiert sind. Die Proteinbiosynthese ist unterteilt in die mRNA-bildende Transkription, die mRNA-Prozessierung und in die proteinbildende Translation. Relevante Expressionsregulationen sind epigenetische Mechanismen zur aktiven Genstilllegung sowie Regulationen durch Transkriptionsfaktoren, Regulationsmechanismen des posttranskriptionalen alternativen Spleißens und die prätranslatorische RNA-Interferenz. Der Ernährungsstatus und verschiedene Lebensmittelkomponenten beeinflussen als relevante Umgebungsfaktoren diese Regulationsmechanismen und bestimmen die Expression von immunrelevanten Genen entscheidend mit.

Strukturmodifikationen von genomischer DNA und assoziierten Histonen sind eine übergeordnete, sogenannte epigenetische Regulationsebene zur Genexpression. Die Epigenetik umfasst drei aufeinanderfolgende, sich in ihrer Wirkungsstringenz verstärkende Mechanismen zur Genstilllegung: DNA-Methylierung, Histon-Deacetylierung und -Methylierung. Verschiedene Lebensmittelkomponenten nehmen als epigenetische Faktoren Einfluss auf die Aktivität der hierbei beteiligten Enzyme.

Ein weiteres Regulativ der Genexpression sind Transkriptionsfaktoren, die mit jeweils eigenen Erkennungssequenzen an den Promotor oder an andere Kontrollsequenzen eines Zielgens anbinden und den Transkriptionsprozess von Zielgenen initiieren. Verschiedene immunrelevante Transkriptionsfaktoren können sich gegenseitig transrepressiv in ihrer Genaktivierungsfunktion verdrängen. Lebensmittelkomponenten interagieren als regulatorische Liganden mit verschiedenen Transkriptionsfaktoren und modifizieren das Expressionsprofil pro- oder antiinflammatorischer Gene mit.

Weitere Regulationsmechanismen der Genexpression befinden sich innerhalb der posttranskriptionalen mRNA-Prozessierung. Das alternative Spleißen von mRNA ermöglicht eine begrenzte, hochregulierte Neukombination von geninformationen-codierenden mRNA-Fragmenten (Exons). Bei vielen immunrelevanten Genen für zellmembranständige Rezeptoren und Immunglobuline können so vielfältige isomere Proteinstrukturen aus der gleichen Geninformation abgeleitet werden. Der Ernährungsstatus kann sich in diesem Prozess der mRNA-Reifung widerspiegeln.

Prätranslational greift ein dicht gewobenes Netzwerk aus interferierender RNA in die Genexpression regulativ ein, indem die ribosomale Translation von Geninformationen gezielt blockiert wird. Die Zelldifferenzierung von Immunzellen wird durch diesen Regulationsprozess mitbestimmt. Obwohl Lebensmittelkomponenten hierbei nicht direkt Einfluss nehmen, kann eine diätetisch bedingte Hemmung der epigenetischen Genstilllegung eine Überexpression von interferierender RNA zu pathophysiologischen Konsequenzen innerhalb der Zelldifferenzierung führen und die Immunkompetenz verändern.

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Weiterführende Literatur

  1. Boujard D, Anselme B, Cullin C, Raguénès-Nicol C (2014) Zell- und Molekularbiologie im Überblick. Springer Spektrum, HeidelbergCrossRefGoogle Scholar
  2. Canani R, Leone L, Bedogni G, Brambilla P (2011) Epigenetic mechanisms elicited by nutrition in early life. Nutr Res Rev 24(2):198–205CrossRefGoogle Scholar
  3. Choi SW, Friso S (2010) Epigenetics: A new bridge between nutrition and health. Adv Nutr 1(1):8–16.  https://doi.org/10.3945/an.110.1004CrossRefPubMedPubMedCentralGoogle Scholar
  4. Christen P, Jaussi R, Benoi R (2016) Biochemie und Molekularbiologie. Springer Spektrum, HeidelbergCrossRefGoogle Scholar
  5. Daynes RA, Jones DC (2002) Emerging roles of PPARs in inflammation and immunity. Nat Rev Immunol 2(10):748–759CrossRefGoogle Scholar
  6. Grygiel-Górniak B (2014) Peroxisome proliferator-activated receptors and their ligands: nutritional and clinical implications – a review. Nutr J 13:17.  https://doi.org/10.1186/1475-2891-13-17CrossRefPubMedPubMedCentralGoogle Scholar
  7. Kashtanova DA, Popenko AS, Tkacheva ON, Tyakht AB, Alexeev DG, Boytsov SA (2016) Association between the gut microbiota and diet: fetal life, early childhood, and further life. Nutrition 2(6):620–627.  https://doi.org/10.1016/j.nut.2015.12.037CrossRefGoogle Scholar
  8. Martos SN, Tang WY, Wang Z (2015) Elusive inheritance: transgenerational effects and epigenetic inheritance in human environmental disease. Prog Biophys Mol Biol 118:44–54CrossRefGoogle Scholar
  9. Meng Z, Zhang X, Pei R, Xu Y, Yang D, Roggendorf M, Lu M (2013) RNAi induces innate immunity through multiple cellular signaling pathways. PLoS One 8(5):e64708.  https://doi.org/10.1371/journal.pone.0064708CrossRefPubMedPubMedCentralGoogle Scholar
  10. Ortega-Martínez S (2015) A new perspective on the role of the CREB family of transcription factors in memory consolidation via adult hippocampal neurogenesis. Front Mol Neurosci 8:46.  https://doi.org/10.3389/fnmol.2015.00046CrossRefPubMedPubMedCentralGoogle Scholar
  11. Owczarczyk AB, Schaller MA, Reed M, Rasky AJ, Lombard DB, Lukacs NW (2015) Sirtuin 1 regulates dendritic cell activation and autophagy during respiratory syncytial virus-induced immune responses. J Immunol 195(4):1637–1646.  https://doi.org/10.4049/jimmunol.1500326CrossRefPubMedPubMedCentralGoogle Scholar
  12. Portius D, Sobolewski C, Foti M (2017) MicroRNAs-dependent regulation of PPARs in metabolic diseases and cancers. PPAR Res.  https://doi.org/10.1155/2017/7058424CrossRefGoogle Scholar
  13. Renaudineau Y, Youinou P (2011) Epigenetics and autoimmunity, with special emphasis on methylation. Keio J Med 60(1):10–16CrossRefGoogle Scholar
  14. Schmidt O (2017) Genetik und Molekularbiologie. Springer Spektrum, HeidelbergCrossRefGoogle Scholar
  15. Serasanambati M, Chilakapati SR (2016) Function of Nuclear Factor Kappa B (NF-kB) in human diseases-A review. South Indian J Biol Sci 2(4):368–387.  https://doi.org/10.22205/sijbs/2016/v2/i4/103443CrossRefGoogle Scholar
  16. Szarc vel Szic K, Ndlovu MN, Haegeman G, Vanden Berghe W (2010) Nature or nurture: let food be your epigenetic medicine in chronic inflammatory disorders. Biochem Pharmacol 80(12):1816–1832.  https://doi.org/10.1016/j.bcp.2010.07.029CrossRefPubMedGoogle Scholar
  17. Vachharajani VT, Liu T, Xianfeng Wang X, Hoth JJ, Yoza BK, Charles E, McCall CE (2016) Sirtuins link inflammation and metabolism. J Immunol Res 8167273.  https://doi.org/10.1155/2016/8167273CrossRefGoogle Scholar
  18. Wen AY, Sakamoto KM, Lloyd S, Miller LS (2010) The role of the transcription factor CREB in immune function. J Immunol 185(11):6413–6419.  https://doi.org/10.4049/jimmunol.1001829CrossRefPubMedPubMedCentralGoogle Scholar
  19. Whitehead KA, Dahlman JE, Langer RS, Anderson DG (2011) Silencing or stimulation? siRNA delivery and the immune system. Ann Rev Chem Biomol Eng 2:77–96.  https://doi.org/10.1146/annurev-chembioeng-061010-114133CrossRefGoogle Scholar
  20. Zheng T, Zhang J, Sommer K, Bassig B, Zhang X, Braun J, Xu S, Boyle P, Zhang B, Shi K, Buka S, Liu S, Li Y, Qian Z, Dai M, Romano M, Zou A, Kelsey K (2016) Effects of environmental exposures on fetal and childhood growth trajectories. Ann Glob Health 82(1):41–99.  https://doi.org/10.1016/j.aogh.2016.01.008CrossRefPubMedPubMedCentralGoogle Scholar

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Authors and Affiliations

  • Christopher Beermann
    • 1
  1. 1.Hochschule FuldaFuldaDeutschland

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