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Efecto de los niveles de proteína Diferentes estudios han demostrado los efectos de cantidades elevadas o bajas de proteínas en la dieta, sobre la regulación de la expresión génica. Los primeros ensayos indicaron aumento en la expresión de ARNm de la renina renal cuando las ratas fueron alimentadas con una dieta alta en proteínas, lo […]
Efecto de los niveles de proteína
Diferentes estudios han demostrado los efectos de cantidades elevadas o bajas de proteínas en la dieta, sobre la regulación de la expresión génica.
Los primeros ensayos indicaron aumento en la expresión de ARNm de la renina renal cuando las ratas fueron alimentadas con una dieta alta en proteínas, lo que puede conducir a enfermedades renales.
Se ha detectado un efecto similar en el hígado, donde un aumento de proteínas en la dieta provoca sobreexpresión de la proteína I de unión al retinol celular (CRPB I).
No solo la cantidad de proteína afecta la regulación de los genes, sino que la calidad de esta proteína también altera los perfiles de expresión.
Endo et al. (2002) observaron expresión diferente de 111 genes en ratas alimentadas con caseína que en ratas alimentadas con gluten de trigo, y se detectaron cambios drásticos en la expresión de la proteína inhibidora de unión al ADN (involucrada en la regulación de múltiples genes).
- Estos resultados podrían tener una relación con la diferente digestibilidad de estas dos fuentes de proteínas.
Por otro lado, los niveles elevados de proteínas aumentan la expresión génica de la enzima serina deshidratasa en el hígado, relacionada con la gluconeogénesis, y probablemente provocan un aumento de peso en estos animales.
Otros estudios han analizado el efecto de diferentes cantidades de proteínas en la dieta de hembras embarazadas.
- Los resultados indicaron que los niveles bajos de proteínas aumentan la expresión de genes relacionados con las vías de p53 y reguladores negativos del crecimiento y metabolismo celular, además de genes implicados en cambios epigenéticos.
- Estos cambios en la metilación del ADN debidos a una dieta baja en proteínas parecen poder aliviarse con una suplementación en donantes del grupo metilo, como el folato.
El efecto de los cambios en la dieta proteica también se ha observado en cerdos.
La evidencia de que el nivel de proteína en la dieta afecta la regulación epigenética se ha demostrado en diferentes estudios en cerdos.
Altmann y col. (2012) observaron expresión diferente de las enzimas de desmetilación DNMT1, DNMT3a y DNMT3b, con dietas altas y bajas en proteínas durante el embarazo porcino en los patrones de expresión del músculo esquelético y del hígado.
- En un estudio posterior, los mismos autores detectaron diferentes patrones de metilación en genes metabólicos con niveles altos y bajos de proteína en la dieta de cerdas gestantes, lo que demuestra que la cantidad de proteína ingerida por la madre durante el embarazo tiene un efecto directo sobre los patrones de metilación y, por tanto, sobre la regulación epigenética de la descendencia.
- De acuerdo con ello, los niveles bajos de proteína en las cerdas gestantes dan lugar a la hipometilación del promotor del gen de la 3-hidroxi-3-metilgluratil-CoA reductasa (HMGCR) (relacionado con la biosíntesis del colesterol), y con la disminución de la monometilación de la histona H3, lisina 9 de la monometilación de histonas H3 y lisina 27 de la trimetilación de histonas H3, así como el aumento de acetilación de H3, entre otros cambios epigenéticos.
Además de estos efectos sobre el metabolismo del colesterol y su regulación epigenética, los niveles bajos de proteínas influyen en la regulación del sistema del factor de crecimiento de la insulina, disminuyendo los niveles de IGF-I en el hígado mediante la regulación de la rapamicina (mTOR) y el receptor γ activado por el proliferador de peroxisomas (PPAR γ) interacción.
Las cerdas gestantes alimentadas con dietas bajas y altas en proteínas durante la gestación presentaron cambios en el metabolismo de proteínas y grasas, provocando un retraso en el crecimiento fetal y bajo peso al nacer de la descendencia.
Los niveles bajos de proteína afectan la formación de miofibras prenatales, reducen la expresión de IGF2 y cambian la calidad de la canal.
Efecto de los donantes de grupos metilo [registrados]
Algunos aminoácidos, principalmente la metionina, participan en el metabolismo de una unidad de carbono que regula la síntesis de purinas y metilación.
Otros metabolitos, como la betaína, la colina y el folato, se utilizan para proporcionar metil donador de metiltransferasas, y su uso está relacionado con los requerimientos de aminoácidos.
En cuanto a estos donantes del grupo metilo, uno de los más estudiados en cerdas gestantes ha sido la betaína.
La betaína es un sustrato para la formación de metionina, y estudios posteriores indican que la suplementación con betaína puede modular la expresión génica por metilación del ADN y las histonas en humanos.
En cerdos, el grupo de investigación Zhao ha realizado varios estudios, en los que se ha demostrado la influencia epigenética de la suplementación con betaína en la dieta de cerdas gestantes.
Los efectos de una deficiencia de folato y su relación entre la regulación epigenética se han estudiado ampliamente en humanos.
En cerdos, los estudios no son tan extensos; sin embargo, se ha demostrado un efecto similar de la betaína sobre la metilación del ADN en lechones.
He et al. (2020) estudiaron el efecto de los donantes de metilo, como la suplementación con folato, colina y metionina en cerdas gestantes, y los resultados mostraron un aumento de proteínas del metabolismo de una unidad de carbono en hembras y lechones, y un aumento de la diferenciación del músculo esquelético en lechones. , probablemente regulada por modificaciones epigenéticas.
- Sin embargo, dado que, en este estudio, la suplementación se realizó con todos los donantes del grupo metilo simultáneamente, queda por descubrir el efecto de cada uno de ellos en los cerdos.
Se han realizado algunos estudios en otras especies de mamíferos y han demostrado el efecto beneficioso de la suplementación con metionina en los mecanismos epigenéticos.
Por un lado, la suplementación con metionina en ratas es capaz de inhibir la expresión de DNMT1 y la metilación de histonas, evitando así las alteraciones epigenéticas inducidas por la diabetes.
La suplementación con metionina en la dieta de las hembras preñadas aumenta el DNMT3a, mientras que la metilación global del ADN es menor en la placenta.
Considerando que el estado de metilación fluctúa a lo largo del ciclo reproductivo de la cerda, son necesarios estudios que analicen el efecto de la suplementación con metionina en esta especie, y podrían tener más relación sobre un desequilibrio en la calidad de la proteína (perfil de aminoácidos esenciales).
Efecto de la lisina
La lisina es uno de los aminoácidos esenciales en los cerdos y los requerimientos son más altos que otros aminoácidos esenciales.
Con respecto a los mecanismos epigenéticos, tanto la acetilación como la metilación de las histonas se producen en los residuos de lisina de las histonas.
Se ha descubierto la metilación de residuos de lisina de proteínas no histonas con otro mecanismo de regulación postraduccional que regula la remodelación de la cromatina, la transcripción de genes, la síntesis de proteínas, la transducción de señales y la reparación del ADN.
La deficiencia de lisina en los cerdos afecta a diferentes rasgos productivos.
Los niveles bajos de lisina provocan una reducción de los niveles plasmáticos de IGF-1, sin disminuir los niveles de su ARNm en el hígado, lo que sugiere una regulación postranscripcional.
Aunque estos hallazgos parecen apuntar a una influencia de la deficiencia de lisina en la regulación génica, ya sea antes o después de la traducción, serán necesarios más estudios para descubrir los procesos reguladores que subyacen a estos cambios en los parámetros de producción.
Sobre los efectos del exceso de lisina, la mayoría de los autores coinciden en la baja toxicidad de la lisina, principalmente debido a una lenta entrada de la misma al torrente sanguíneo, una buena eliminación a través de la orina, un mayor tiempo de liberación de la lisina de la circulación al músculo durante el almacenamiento y el metabolismo hepático.
Continuar investigando los efectos del exceso y la deficiencia de lisina tanto en los parámetros de producción como en los mecanismos de regulación de la epigenética sería de gran interés para la industria porcina y para la nutrición animal.
Conclusiones
Esta revisión analizó diferentes efectos de los niveles de proteínas y aminoácidos en la dieta, sobre diferentes mecanismos reguladores epigenéticos, como la metilación del ADN, las modificaciones de histonas y la regulación por ARN no codificantes (miARN).
Dado que los requerimientos nutricionales son variables para cada animal y cambian de forma dinámica, las nuevas técnicas de nutrición animal apuntan a una nutrición proteica de precisión.
En este contexto, donde el contenido de aminoácidos es variable, es importante conocer los efectos de cómo estos diferentes niveles de proteínas y aminoácidos podrían modificar estos cambios epigenéticos, ya que estas interacciones no solo afectan los rasgos productivos del animal, sino también a otros rasgos tanto propios como de su descendencia.
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