Die Bedeutung der Gene für Ernährung und Gesundheit

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1 Agrar- und Ernährungswissenschaftliche Fakultät Die Bedeutung der Gene für Ernährung und Gesundheit Frank Döring BMBF-Forschergruppe Nahrungsfette und Stoffwechsel

2 Folgen und Ursachen der Fettsucht Umwelt Genom modifiziert nach WHO, Alberti 1998 Bluthochdruck > 140/90 mm Hg Gefäßerkrankungen zentrale Fettsucht WHR > BMI > 30 gestörte Glucosetoleranz Alterszucker Blutfette HDL < mm TG > 1.7 mm Schlaganfall Herzinfarkt

3 Das Sparsamkeits- und Bewegungs-Genom bedingt viel Arbeit und wenig Brot Das Jäger- und Sammler-Genom ist ein Energiekonservierungs- und Bewegungs-Genom Millionen Jahre, Generationen zwischen Mangel und Überfluß (feast and famine) Spezies Gewicht Energiezufuhr Bewegung ca. kg ca. kcal ca. kcal Primaten Australopithecus Homo habilis Homo erectus früh Homo sapiens jetzt Jäger/Sammler jetzt Homo sapiens Arbeitsgruppe Eaton, 1998, 2000

4 Fettsucht ist bereits im Tiermodell genetisch komplex und von der Ernährungsumwelt abhängig NZO, New Zealand Obese NON, Nonobese Nondiabetic Gewicht (Tag 18) in Abhängigkeit vom genetischen Risiko und der Ernährungsumwelt x NZO NZO 50% x NON NON 0% x Jungtiere Risiko NZO NON 100% Ammen Fettsucht Arbeitsgruppen Leiter, Joost u. a.

5 Beim Menschen hat die Länge der Stillzeit Einfluß auf das Übergewicht von Kindern % Übergewicht im 4. Lebensjahr Raucher Nicht-Raucher Schwarze Weiße n= Bogen et al., 2004 Stillzeit ohne Beikost (Wochen)

6 Nobelpreisträger Renato Dulbecco 1986: we must now concentrate on the cellular genome. Energiebilanz Bewegung Non-Exercise-Activity Ernährung Stillzeit pränatale Umwelt sozialer Status Ethnie/Kultur Zelle 5 DNA mrna s Proteine 3

7 Durch die Entschlüsselung des Genoms ist die genetische Individualität besser analysierbar Phänotyp Stoffwechsel Zelle DNA Genom 3 x 10 9 Basen (?) Gene bzw. TARs=transcriptionell aktive Regionen Metabolom 1000 (?) Metabolite C-C-N N-C-C hn-rna mrna Mutationen Polymorphismem 1 Base/1000 Basen Transkriptom >> mrnas Komplexom 1000 (?) Proteinkomplexe 5 mikrorna (> 250) 3 Proteom >> Proteine

8 Monogenetische Formen der Fettsucht sind selten, gut untersucht und zum Teil therapierbar Die Gene oder Genorte für die monogenen Formen der Fettsucht sind in vielen Fällen bekannt Einjährige Behandlung mit rekombinantem Leptin bei der heriditären Leptindefiziens Monogene Formen 42 Mutationen in 7 Genen identifiziert z. B. Leptin-Gen Adipositas Syndrome 51 Genorte für 29 Syndrome identifiziert z. B. Prader-Willi Syndrom (15q11) 9 Jahre, 95 kg 10 Jahre, 78 kg Digene Form Mutation in je einem Stoffwechselgen für Fett und Kohlehydrate Synder et al., 2004 Montague et al., 1997

9 Identifizierung von Risikogenen für die Entstehung von Fettsucht und Folgeerkrankungen Vorgehensweise Identifizierung von Genpolymorphismen Verteilung der Genotypen bei Erkrankten und Nicht-Erkrankten Welche Auswirkungen hat der Risikogenotyp auf den Stoffwechsel? Sind präventive und/oder therapeutische Ansätze ableitbar? Bisheriges Ergebnis weltweit ca. 200 Risikogene und ca. 200 Risikogenorte identifiziert Funktionelle Klassifikation der Risikogene Hunger- und Sättigung Geruch und Geschmack Fettzellfunktion Zelluläre Signalverarbietung Energiestoffwechsel Fettstoffwechsel Synder et al., 2004, eigene in-silico Recherchen Genotypen: AA, AB, BB

10 Polymorphismen in Fettstoffwechselgenen sind mit Übergewicht und Folgeerkrankungen assoziiert Nahrungsfette ungesättigte Fettsäuren Lipase Colipase Verdauung Nahrungsfette Magen Gen für Fettsäurebindung Genotyp Ala/Ala Genotyp Ala/Thr Genotyp Thr/Thr BMI (kg/m 2 ) Männer Frauen Risiko (OR) FABP Blut Fettsensoren FS-Trans porter FS-Trans freie Transport porter Fettsäuren Triglyceride GIP TNF-α GIPR Hormone Bindung Pool freier Fettsäuren Fettsäuren Stoffwechsel Gen expression Insulin Triglyceride Langkettige Acyl CoA Diglyceride Protein Kinase C Isoformen Insulin ACBP Leber Mitochonondiale Fettsäure Oxidation Enzymatische Regulation Insulin-Wirkung Signalweg Muskelzelle Fettgewebe eigene Arbeiten Muskelgewebe

11 Beispiel für komplexe Interaktionen zwischen Bewegung, Ernährung und Genotyp Genotyp für ein regulatorisches Gen (PPARγ2) des Fettstoffwechsels Pro/Pro (80 %) Pro/Ala oder Ala/Ala (20 %) Nüchtern-Insulin-Spiegel [pm] Franks et al, 2004

12 Genom-orientierter Ernährungs- und Lebensstil? Polymorphismen- Chip ( ) Personalisierter Lebens- und Ernährungsstil

13 Genom-orientierter Ernährungs- und Lebensstil? Are you eating what your body needs? You & Your Genes offers a personalised dietary report generated by combining information from a lifestyle questionnaire and an understanding of your genes. Sciona's 60 page personalised report will make food, lifestyle, vitamins and supplement recommendations to help keep your body working at an optimum level over the long-term. A guide to the You & Your Genes process is available on this site - how to provide us with your DNA sample, how we process your personalised results etc. Find out more... Insulin Sensitivity - If your genes increase your risk of insulin sensitivity, we will recommend dietary and lifestyle changes that help prevent this condition You & Your Genes is just 120 for advice that's specific to you.