Ο μεταβολισμός ορίζεται ως η σειρά διαδοχικών βιοχημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στα κύτταρα με απώτερο σκοπό την παραγωγή ενέργειας και επιβίωση τους. Ο μεταβολισμός εκτελείται δια μέσω βιομορίων και ενζύμων με μεθόδους κατάλυσης που αποσκοπούν στην απορρόφηση τροφής και οξυγόνου, την παραγωγή ενέργειας, την κυτταρική ανάπτυξη και αναπαραγωγή. Κατά αυτό τον τρόπο διασφαλίζεται η ομοιόσταση, δηλαδή το στατικό ενδοκυττάριο περιβάλλον. Οι μεταβολικές διαδικασίες ανά ζωικό βασίλειο διαφέρουν, συνήθως παρατηρούνται πιο απλοί μεταβολικοί μηχανισμοί στα βακτήρια και περισσότερο σύνθετοι στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Η τροποποίηση του μεταβολισμού ανά οργανισμό διαφέρει κατά το είδος του κυττάρου, το μέγεθος του οργανικού και από το διαφορετικό γονιδίωμα.

Το κυτταρικό DNA περιλαμβάνει γονίδια που κωδικοποιούν ένζυμα για τον σχηματισμό ενδοκυττάριου βιοχημικού καταρράκτη. Κατά αυτό τον τρόπο, βιοχημικές ενώσεις που άλλωστε χρειάζονταν τεράστια ποσά ενέργειας, χάρη στην ενζυμική παρουσία εκτελούνται οι αντιδράσεις (συνθέσεις & διασπάσεις) με ελάχιστη ενέργεια και σε σύντομο χρόνο. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, ο μεταβολισμός των δύο βασικών οδών γλυκόζης και λιπαρών οξέων γίνεται στο μιτοχόνδριο και στο κυτταρόπλασμα, εφοδιάζοντας το κύτταρο με το μεγαλύτερο ποσοστό ενέργειας (Judge and Dodd, 2020).

Γενετικές μεταλλάξεις στο γονιδίωμα μπορούν να επηρεάσουν την λειτουργία του μεταβολισμού σε κρίσιμα μονοπάτια. Για παράδειγμα ο πολυμορφισμός του MTHFR (C677T) με την αλλαγή της Αλανίνης σε Βαλίνη ενδέχεται να περιοριστεί η καταλυτική ενεργότητα της (αναγωγάσης) στον κύκλο του φυλλικού οξέος. Σε αυτή την περίπτωση η αδυναμία κατάλυσης του φυλλικού οξέος προκαλεί μεγάλες συσσωρεύσεις μορίων κυστεϊνης αυξάνοντας τα επίπεδα κυστεϊνης στην κυκλοφορία του αίματος (ομοκυστεϊναιμία) τοξικό για τον οργανισμό. Η συσσώρευση κυστεϊνης στον οργανισμό έχει συσχετιστεί με σύνδρομο θρομβοφιλίας, αυτόματων αποβολών ακόμα και καρκίνου.

Η γενετική ποικιλομορφία του ανθρώπου φαίνεται να τροποποίησε το μεταβολισμό σε πληθυσμούς που ζουν σε διαφορετικά σημεία του κόσμου. Ο σκοπός της διαφοροποίησης του μεταβολισμού ήρθε ως απάντηση στις ανάγκες των ανθρώπων να προσαρμοστούν στα διαφορετικά περιβάλλοντα ανά τον κόσμο. Η εθνικότητα στην μεταβολομική έρευνα έχει πρωτογενή ρόλο στη μελέτη διαφορών και ομοιοτήτων σε διαφορετικές εθνότητες ανά τον κόσμο. 

Κατά καιρούς πραγματοποιούνται μελέτες γονιδιωματικής μεγάλης κλίμακας (GWAS) στις οποίες εξετάζονται νουκλεοτιδικές διαφορές μεταξύ των ανθρώπινων πληθυσμών για την κατανόηση της γενετικής ποικιλομορφίας. Στο DNA υπάρχουν αγαθές σημειακές αλλαγές στις μεταβλητές περιοχές των γονιδιωμάτων (μη συντηρητικές) οι οποίες προκαλούν φυσικοχημικές διαμορφώσεις των ενζύμων ως απάντηση στην προσαρμοστικότητα. Οι πολυμορφισμοί SNPs δεν προκαλούν παθολογία, αλλά πολλές φορές παρατηρείται το φαινόμενο δυσανεξίας στις τροφές (Kastenmüller et al., 2015). 

Οι γενετικές διαταραχές του μεταβολισμού προκύπτουν από μεταλλάξεις που γίνονται σε γονίδια που συμβάλλουν στην μεταβολική διεργασία. Κάθε γενετική διαταραχή στο μεταβολισμό έχει το δικό της πρότυπο κληρονόμησης. Σε περίπτωση που δύο μεταλλαγμένα αλληλόμορφα βρεθούν στο ίδιο άτομο, τότε το άτομο έχει ομοζυγωτία και αυξημένες πιθανότητες νόσησης σε μικρότερη ηλικία (αντίσταση στην ινσουλίνη). Οι ασθένειες αυτές ονομάζονται συγγενή μεταβολικά σύνδρομα.

Αν και τα γονίδια του μεταβολισμού συμβάλλουν στην παραγωγή ενέργειας και την απομάκρυνση ουσιών, τα συμπτώματα στο φαινότυπο του ατόμου έχουν μεγάλη ποικιλομορφία.

  • Χαμηλή HDL
  • Υπέρταση
  • Αλλαγή χρώματος στο δέρμα
  • Αντίσταση στην ινσουλίνη
  • Κόπωση
  • Ζάλη
  • Μυϊκή αδυναμία

Τα συμπτώματα εξαρτώνται από το είδος της μεταβολικής διαταραχής με συχνότερες : 

  • Οικογενής υπερχοληστερολαιμία
  • Νόσος Tay-Sachs
  • Πορφύρα
  • Μιτοχονδριακά σύνδρομα
  • Νόσος του Hunter

Σε περίπτωση συγγενής μεταβολικής νόσου θα πρέπει να υπάρχει η απαραίτητη ενημέρωση αναφορικά για την κατανόηση της διαταραχής και την διαχείριση της. Η διερεύνηση της παθοφυσιολογίας στο σύνδρομο του μεταβολισμού απαιτεί ιατρική εξέταση και παρακολούθηση. Ωστόσο, κατά την διευκρίνιση της πάθησης απαιτείται και η γενετική εξέταση για την αποκάλυψη των γενετικών βλαβών που ευθύνονται στο μεταβολισμό. Η γενετική εξέταση (μεταβολομική) εμβαθύνει την εστίαση σε μοριακό επίπεδο και αποκομίζει δεδομένα που θα μπορούσε να ενισχύσει σημαντικά την κλινική έρευνα και βελτιωμένη θεραπεία (Rochlani et al., 2017).

Η γενετική συμβουλευτική, αναλύει τα δεδομένα και συμβάλλει στην ενημέρωση αλλαγής τρόπου ζωής στην αποφυγή εκδήλωσης (καρδιαγγειακών διαταραχών, αποφυγή κατανάλωσης αλκοόλ, αποφυγή καπνίσματος και βρώσης παχυντικών τροφών) στην διαχείριση της φαρμακευτικής αγωγής (να υπάρξει επιτήρηση στην σωστή δοσοληψία φαρμάκων σύμφωνα με τους κανονισμούς). Τέλος, η υποστήριξη ατόμων που υποβάλλονται σε αλλαγή τρόπου ζωής είναι μείζονος σημασίας, απαιτεί αποφασιστικότητα και προσαρμογή στις όποιες αλλαγές απαιτηθούν (Grundy, 2019).

Αναφορές

  • Grundy, S.M. (2019). 2018 AHA/ACC/AACVPR/AAPA/ABC/ACPM/ADA/AGS/APhA/ASPC/NLA/PCNA Guideline on the Management of Blood Cholesterol. Circulation, [online] 139(25). doi:https://doi.org/10.1161/cir.0000000000000625.
  • Kastenmüller, G., Raffler, J., Gieger, C. and Suhre, K. (2015). Genetics of human metabolism: an update. Human Molecular Genetics, 24(R1), pp.R93–R101. doi:https://doi.org/10.1093/hmg/ddv263.
  • Rochlani, Y., Pothineni, N.V., Kovelamudi, S. and Mehta, J.L. (2017). Metabolic syndrome: pathophysiology, management, and modulation by natural compounds. Therapeutic Advances in Cardiovascular Disease, 11(8), pp.215–225. doi:https://doi.org/10.1177/1753944717711379.

Άρθρο της HumanGenomics
Μιχαήλ Σεβνταλής
Βιοεπιστήμονας Γενετικής & Σύμβουλος Γενετικής

Related articles