Asupan makanan memiliki beberapa implikasi mengejutkan: meskipun perubahan epigenetik yang dalam teori reversibel, perubahan yang berguna yang terjadi selama perkembangan embrio tetap dapat bertahan dalam kehidupan dewasa, bahkan ketika mereka tidak lagi berguna dan bahkan bisa merugikan. Beberapa perubahan ini bahkan dapat bertahan melalui generasi, yang mempengaruhi cucu perempuan yang terkena. (Painter R et al. (2008) Transgenerational effects of prenatal exposure to the Dutch famine on neonatal adiposity and health in later life. BJOG: An International Journal of Obstetrics & Gynaecology 115: 1243-1249. doi:10.1111/j.1471-0528.2008.01822.x).
- Calon Ratu pada Lebah MaduEfek dari diet awal epigenetik juga terlihat jelas diantara lebah madu. Apa yang membedakan antara lebah pekerja biasa dan calon ratu lebah yang bisa subur untuk dapat bereproduksi atau bertelur?Faktanya bukanlah soal genetika, tetapi dari apa yang mereka makan sejak mereka sebagai larva.Larva yang ditunjuk untuk menjadi (calon) ratu diberi makan secara eksklusif dengan royal jelly, yaitu zat yang dikeluarkan oleh lebah pekerja.
Adapan royal jelly yang diberikan kepada larva calon ratu lebah dapat memicu pengembangan fenotipe pada mereka. Hal itu memungkinkannya dapat bereproduksi ketika menjadi dewasa, dan beralih pada program gen yang dapat menghasilkan lebah menjadi lebih subur dan menghasilkan telur untuk keturunannya (lihat video).
- Obesitas Pada TikusContoh mencolok lainnya adalah bagaimana pengaruh gizi terhadap epigenetik selama pengembangan ditemukan pada tikus.Individu dengan gen agouti aktif yang normal memiliki bulu berwarna kuning dan kecenderungan untuk menjadi gemuk. Gen ini, bagaimanapun juga, dapat dimatikan oleh metilasi DNA.Jika tikus agouti yang hamil menerima suplemen makanan yang dapat melepaskan kelompok metil seperti asam folat atau kolin.Dengan demikian, maka gen agouti pada janin tikus ‘menjadi methyled (alkoholik) dan dengan demikian tidak aktif. Maka tikus akan cenderung berbulu tipis, dan berwarna coklat.
Itu artinya bahwa janin tikus ini masih membawa gen agouti, tetapi mereka kehilangan fenotip agouti dan menjadikan mereka memiliki bulu coklat dan ada kecenderungan yang meningkat terhadap obesitas (lihat video).
- Pada Manusia
Serapan cukup asam folat juga terlibat dalam kondisi perkembangan pada manusia, seperti spina bifida dan cacat tabung saraf lainnya. Untuk mencegah masalah tersebut, suplemen asam folat secara luas direkomendasikan untuk wanita hamil dan bagi mereka yang berharap untuk hamil (lihat Hayes E, Maul H, Freerksen N (2009) Folic acid: why school students need to know about it. Science in School 13: 59-64.).
Bagaimana dengan efek makanan pada epigenetik dalam kehidupan dewasa pada manusia? Banyak komponen makanan memiliki potensi untuk menyebabkan perubahan epigenetik pada manusia. Misalnya, brokoli dan sayuran lainnya mengandung isothiocyanates, yang mampu meningkatkan asetilasi histon.
Kedelai, di sisi lain, adalah sumber dari genistein isoflavon, yang diperkirakan akan menurunkan metilasi DNA pada gen tertentu. Ditemukan dalam teh hijau, senyawa polifenol epigallocatechin-3-gallate memiliki banyak aktivitas biologis, termasuk penghambatan metilasi DNA.
Curcumin, senyawa yang ditemukan dalam kunyit (Curcuma longa), dapat memiliki beberapa efek pada aktivasi gen, karena menghambat metilasi DNA tetapi juga memodulasi asetilasi histon.
Sebagian besar data yang dikumpulkan sejauh ini tentang senyawa ini datang dari percobaan in vitro. Molekul-molekul dimurnikan diuji pada jalur seluler, dan pengaruhnya terhadap target epigenetik diukur. Masih harus dibuktikan jika makan makanan yang sesuai, memiliki efek terdeteksi sama, seperti yang telah terlihat pada model selular. (Gerhauser C (2013) Cancer chemoprevention and nutri-epigenetics: state of the art and future challenges. Topics in Current Chemistry 329: 73-132. doi:10.1007/128_2012_360).
Studi epidemiologis, bagaimanapun juga telah menunjukkan bahwa populasi yang mengkonsumsi sejumlah besar dari beberapa makanan ini tampaknya kurang rentan terhadap penyakit tertentu (Siddiqui IA et al. (2007) Tea beverage in chemoprevention and chemotherapy of prostate cancer. Acta Pharmacol Sinica 28(9): 1392-1408. doi:10.1111/j.1745-7254.2007.00693.x).
Namun, sebagian besar senyawa ini tidak hanya memiliki efek epigenetik tetapi juga mempengaruhi fungsi biologis lainnya. Sebuah makanan mungkin berisi banyak molekul biologis aktif yang berbeda, sehingga sulit untuk menarik korelasi langsung antara aktivitas epigenetik dan efek keseluruhan pada tubuh.
Akhirnya, semua makanan mengalami banyak transformasi dalam sistem pencernaan kita, sehingga tidak jelas berapa banyak dari senyawa aktif benar-benar mencapai target molekul mereka.
Juga, sebagai hasil dari efek mereka secara tak langsung, terjadi perubahan epigenetik yang terlibat dalam pengembangan banyak penyakit, termasuk kanker dan penyakit saraf. Seperti sel-sel menjadi ganas, atau kanker, modifikasi epigenetik dapat menonaktifkan gen supresor tumor, yang mencegah proliferasi sel yang berlebihan. (Esteller M (2007) Epigenetic gene silencing in cancer: the DNA hypermethylome. Human Molecular Genetics 16(1): R50-R59. doi:10.1093/hmg/ddm018).
Karena ini adalah modifikasi epigenetik yang reversibel, maka ada minat yang besar dalam menemukan molekul sebagai sumber terutama makanan, yang mungkin dapat membatalkan perubahan yang merusak dan mencegah perkembangan tumor.
Kita semua tahu bahwa diet kaya buah dan sayuran sehat untuk kehidupan kita sehari-hari, tetapi hal ini menjadi semakin jelas bahwa itu mungkin jauh lebih penting darinya, memiliki implikasi yang signifikan untuk kesehatan dan harapan hidup jangka panjang kepada kita semua.
Apa Itu Perubahan Epigenetika?
Contoh terbaik perubahan epigenetika pada eukariotik adalah proses diferensiasi sel. Selama morfogenesis, sel induk totipoten berubah menjadi bermacam-macam sel pluripoten pada embrio yang kemudian akan berubah menjadi sel yang berdiferensiasi secara penuh.
Dengan kata lain, zigot, sebuah sel telur yang telah dibuahi, berubah menjadi berbagai jenis sel, seperti neuron (sel saraf), sel otot, epitel, pembuluh darah, dan sebagainya, yang kemudian akan terus membelah.
Hal ini terjadi di mana pengaktifan beberapa gen dapat mengakibatkan peredaman gen lainnya. Contoh lainnya adalah seperti yang terlihat pada gambar diatas tadi, dua tikus hasil kloning dengan gen yang sama dan status metilasi DNA yang berbeda menghasilkan ekspresi genetika berbeda, yang disebabkan mekanisme epigenetika.
Mekanisme Epigenetika
Mekanisme epigenetika dapat terjadi akibat tiga faktor utama, yaitu:
1. Terjadinya Metilasi DNA
Metilasi DNA merupakan peristiwa penambahan gugus metil pada atom C nomor 5 dari cincin pirimidina sitosina atau nitrogen nomor 6 dari cincin purina adenina sebagai bagian dari molekul DNA.
Peristiwa metilasi DNA adalah bagian dari perkembangan sel dan terwariskan melalui pembelahan sel.
Biasanya, gugus-gugus metil akan disingkirkan pada pembentukan zigot, namun prosesnya berangsur-angsur berlangsung kembali selama tahap perkembangan.
Dengan demikian maka tingkat kandungan metil pada DNA dapat dijadikan alat penduga “usia” suatu sel.
2. Terjadinya Modifikasi Histon
Modifikasi histon adalah serangkaian perubahan yang dialami oleh protein histon. Modifikasi histon yang umumnya dijumpai berupa metilasi, asetilasi, dan fosforilasi. Selain tiga modifikasi tersebut, terdapat beberapa modifikasi lain seperti deiminasi, penambahan gugus β-N-asetilglukosamin, ribosilasi ADP, ubikitinasi, dan sumoilasi. Modifikasi pada protein ini merupakan salah satu subyek studi epigenomika dan ditemukan mempengaruhi ekspresi gen pada eukariota.
3. Terjadi perubahan bentuk Kromatin
Pada berbagai sel eukariota tingkat tinggi, ada dua tipe kromatin pada tahap interfase yaitu :
- Eukromatin, merupakan bentuk yang kurang padat, atau yang bentuk terbuka. Eukromatin berbentuk padat selama pembelahan sel, tetapi mengendur menjadi bentuk yang terbuka selama interfase.
- Heterokromatin, merupakan bentuk yang lebih padat, atau bentuk tertutup. Heterokromatin sangat padat pada pembelahan sel, demikian pula pada saat interfase.Saat suatu gen yang secara normal terekspresi pada bentuk eukromatin berpindah pada daerah heterokromatin, dapat menghentikan ekspresi gen tersebut, dan terjadilah peredaman gen.
- Obesitas Pada TikusContoh mencolok lainnya adalah bagaimana pengaruh gizi terhadap epigenetik selama pengembangan ditemukan pada tikus.Individu dengan gen agouti aktif yang normal memiliki bulu berwarna kuning dan kecenderungan untuk menjadi gemuk. Gen ini, bagaimanapun juga, dapat dimatikan oleh metilasi DNA.Jika tikus agouti yang hamil menerima suplemen makanan yang dapat melepaskan kelompok metil seperti asam folat atau kolin.Dengan demikian, maka gen agouti pada janin tikus ‘menjadi methyled (alkoholik) dan dengan demikian tidak aktif. Maka tikus akan cenderung berbulu tipis, dan berwarna coklat.
