Nutri..Genomica ? Gusto e Funzione Gastrointestinale Divertissement con luigi greco, pediatra in Napoli nell’anno del Signore 2012.

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1 Nutri..Genomica ? Gusto e Funzione Gastrointestinale Divertissement con luigi greco, pediatra in Napoli nell’anno del Signore 2012

2 Ma perché piace ? Perché Disgusta ? Edonismo per... Essere felici ???

3 Bravissima o… capricciosetta ???

4 Una nuova Scienza : Nutrigenomica ? The European Nutrigenomics Organisation linking genomics, nutrition and health research che ha permesso lo svolgimento di diverse linee di ricerca è NUGO e per saperne di piu’ ecco il sitoNUGOsito

5 GUSTO SCELTE ABITUDINI ALIMENTARI STATO DI SALUTE SENSIBILITA’ INNATA SENSIBILITA’ ACQUISITA FATTORI PSICOSOCIALI NUTRIGENOMICA

6 Noi modifichiamo il cibo, ma il cibo ci modifica !

7 Infiniti gusti ? Ma no !! Solo 5 gusti ! SALATO – DOLCE – ACIDO - AMARO – UMAMI (Saporito)

8 ELFID -UNINA Federico II I recettori del gusto si trovano all’apice di cellule gustative strutturate a dare i bottoni gustativi, distribuiti nelle diverse papille della lingua e del palato molle. bottone gustativo

9 La via del gusto

10 CANALI IONICI PER L’ACIDO ED IL SALATO RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINE G PER DOLCE, AMARO e UMAMI AD OGNI GUSTO I SUOI RECETTORI

11 TAS2R: 25 geni che mappano in cluster su 3 cromosomi 18 geni (TAS2R19,43,44) TAS2R1 9 geni (TAS2R38,16,3,4,5) 12 TAS2R espressi a livelli elevati nel 10% delle cellule recettoriali 6 espressi a livelli moderati nel <5% 7 espressi solo nell’ 1%

12 Cibi dolci, salati e ad alta densità energetica amaro e acido (veleni,tossine) Piacere Avversione Scelte alimentari che ci hanno fatto sopravvivere nella caverna… …fenoli, alcaloidi, glicosidi,terpeni,steroidi, peptidi, aminoacidi, amidi,amine,acidi grassi,composti eterociclici, tiouree, carbamidi, esteri, lattoni, composti carbonilici…………. Il 10% delle specie vegetali sintetizza metaboliti secondari tossici

13 GENEPOLIMORFISMOPROTEINALIGANDOVARIANZA TAS2R19 rs10772420 A>G Cys299ArgChinino5,9% TAS2R38 rs713598 G>C rs1726866 A>G Rs10246939 C>T Ala49Pro Val262Ala Ile296Val Feniltiocarbamide e Propiltiuracile 65-80% TAS2 R43 TAS2 R44 no dbSNP W35S W35R Saccarina34% TAS2 R3 rs765007 C>T 5’UTRCaffeina16% TAS2R4 rs2234001 C>G Val96LeuCaffeina TAS2 R5 rs2234012 G>A 5’UTRCaffeina TAS2 R5 rs2227264 T>G Ser26IleCaffeina TAS2 R16 rs846664 G>T Lys172AspSalicina10%

14 V296I A262V P49A ATTIVAZIONE DEL RECETTORE INTERAZIONE CON LA PROTEINA G Il recettore dell’amaro TAS2R38 esibisce polimorfismi genetici che distinguono Percettori, da non Percettori e da Super-percettori 41% 12% 42% AVI PAV AAI AAV PVI PAI PERCETTORE NON PERCETTORE

15 Il differente gradimento di alcuni alimenti è associato alla sensibilità al PROP Super Percettore Non Percettore

16 10% 40% I percettori hanno maggiore sensibilità per i grassi e li gradiscono di meno! Tepper BJ et al. Ann N Y Acad Sci. (1998)

17 SUPERpercettori NON percettori I superpercettori sono più sensibili al grasso, al piccante e al dolce e le scelte alimentari ne sono influenzate

18 I SuperPercettori hanno una maggiore densità di papille e più gemme gustative rispetto ai Non Percettori …le gemme gustative sono riccamente innervate dal trigemino che conduce sensazioni chemoestetiche responsabili della percezione della consistenza e della densità calorica dei cibi NON percettore SUPER percettore

19 Responsività al PROP Percezione chemosensoriale Scelte alimentari STATO NUTRIZIONALE loci genetici che contribuiscono al fenotipo

20 Geni modificatori: la GUSTINA Allele A (Ser): proteina funzionale Allele G (Gly): proteina non funzionale Ser90Gly La GUSTINA è un fattore trofico per le papille gustative

21 AAGG o GA I SUPERpercettori sono più frequentemente omozigoti per l’allele funzionale della GUSTINA, mentre i NON percettori sono generalmente omozigoti o eterozigoti per l’allele non funzionale LA RIDOTTA FUNZIONALITÀ DELLA GUSTINA SI ASSOCIA AD UNA DENSITÀ INFERIORE DI PAPILLE GUSTATIVE ED UNA MINORE ABILITÀ CHEMOSENSORIALE

22 Ma il GUT non è solo un sistema di riciclo di energia !

23 Un complesso sistema Sensitivo nel GUT umano

24 Gli Ormoni del sistema gastro intestinale

25 Le cellule Enteroendocrine di villi e cripte hanno recettori per il dolce e l’amaro. Gli zuccheri inducono la produzione di glucagon-like peptide-1 (GLP-1) e glucose-dependent insulinotropic peptide (GIP), che rilasciati nello spazio interstiziale agiscono da ormoni paracrini ed a distanza.

26 Stomach’s Sweet Tooth Turns out taste is not just for the tongue

27 Taste stimulus EC G αgust Ca++ Peptide release PHYSIOLOGICAL RESPONSES GI motility Food intake Secretory processes Glucose homeostasis BIOLOGICAL EFFECTS on targets cells EC TR

28 Il “gusto” nell’intestino… Recettori T2R e T1R sono espressi nelle cellule enteroendocrine del tratto gastrointestinale, le stesse cellule che rilasciano peptidi che regolano una varietà di funzioni gastrointestinali PNAS, 2002 Am.J.Physiol.,2006

29 Possiamo ipotizzare fenotipi di suscettibilità? Polimorfismi dei recettori del gusto Risposte al contenuto luminale Disturbi funzionali del tratto GI Disordini metabolici Scelte alimentari Fattori predisponenti genetici e ambientali

30 TRP channels: new targets for chemosensation and visceral pain

31 Il lattante non è una ‘tabula rasa’ sul gusto ha già attivi i recettori dei gusti, geneticamente determinati nei loro specifici polimorfismi (ricombinati tra padre e madre). Ha l’esperienza della alimentazione prenatale e post natale della madre nutrice. Preferisce dolce e salato, evita amaro ed acido, diverso dall’adulto Gradisce l’Umami ELFID -UNINA Federico II

32 Lo sviluppo del gusto nel neonato  Preferisce il Dolce : - Carboidrati e calorie  Non piace l’Amaro e l’Acido - si protegge da tossine, veleni e batteri  Dal 4° mese sviluppa il gusto per il Salato (anche se allattato al seno)  Dal 4° mese sviluppa il gusto UMAMI  Nel contesto di altri gusti Salato ed Umami sono ‘insaporenti’ di cibi : dunque dal 4° mese sviluppa il ‘SAPORE’ !

33 Il latte che riceve da lattante condizionerà lo sviluppo del gusto a 5 anni ! Al seno riceve i sapori scelti dalla madre e ‘se li scrive’ Se beve idrolisati continua a preferire il sapore del latte e l’acido’ Se beve la soia preferisce l’amaro ed i broccoli Mennella J, Early Hum Develop, 2002, 68 : 71-82

34 SVEZZARE : NON SOLO NUTRIMENTO Il graduale passaggio dall’alimentazione mono componente (latte) alla molteplicità degli alimenti utilizzati dai mammiferi non corrisponde solo: allo sviluppo di capacità digestive, già presenti ed efficaci ben prima dello svezzamento, bensì all’incontro con la varietà dei sapori che indirizzano la scelta degli alimenti. ELFID -UNINA Federico II

35 Il gusto e le scelte alimentari durante lo svezzamento sono dovute a : Patrimonio genetico (profilo funzionale dei recettori dei gusti fondamentali) Esperienze alimentari della madre durante la gravidanza Percezione di sapori generati dall’alimentazione materna durante l’allattamento: i bambini allattati al seno hanno infatti esperienze gustative ‘umane’, mentre quelli allattati con latte artificiale avranno esperienze gustative ‘bovine’ meno compatibili col patrimonio genico del neonato L’esperienza gustativa degli alimenti offerti durante lo svezzamento. ELFID -UNINA Federico II

36 Piace la Densità Calorica dei Cibi Avverte l’esperienza di ‘sazietà’ dei cibi ad alta densità calorica dopo l’ingestione Apprende così a preferire, per lo stesso gusto, il cibo a maggiore densità (per es : zuppa con amido aggiunto, yogurth più grasso) Sviluppa un ‘flavour-consequence learning’ vitale nelle scelte della foresta del passato, mortale nell’ambiente obesogenico attuale

37 Ereditarietà : Il gusto tra gemelli Quanto è ereditario del gusto ? Cibo proteico = 78% Frutta= 51% Vegetali = 37% Dolciumi = 37%

38 La variabilità tra individui (polimorfismo) è stata messa in relazione con una serie di polimorfismi genetici (SNPs), tra i quali la sensibilità all’amaro per certe sostanze quali la feniltiocarbamide (PTC) e il 6- n-propiltiouracile (PROP) ed è dovuta alla presenza e funzionalità di un particolare recettore dell’amaro, il TAS2R38 (Duffy et Al., Physiology & Behavior, 2004, 82, 435–445). Ma non tutti percepiscono i gusti nello stesso modo

39 il recettore dell’amaro TAS2R38 ha un polimorfismo genetico che distingue percettori, da non percettori e da super-percettori dell’amaro. ELFID -UNINA Federico II

40 Il gusto Amaro = Propiltiouracile Poco sensibili all’amaro = 30% Sensibili all’amaro = 60% Iper sensibili all’amaro = 10% Ipersensibili = pochi vegetali, cavoli e frutta I poco sensibili preferiscono lo zucchero, la frutta (fruttosio)

41 Bambini ed adulti hanno anche diverse sensibilità in relazione al genotipo. Il 64% dei bambini eterozigoti per questo gene hanno chiara relazione tra genotipo e sensibilità all’amaro (questo accade solo nel 43% delle madri eterozigoti). Bambini con maggiore sensibilità all’amaro preferiscono anche lo zucchero, perché hanno una maggiore densità di papille fungiformi (Prutkin et Al., Physiology & Behavior, 2000, n. 69,161-173). Il genotipo del bambino, quando era diverso da quello della madre (bambino forte percettore di amaro, mamma no) induceva in questa la percezione di avere un bambino troppo emotivo (o.. piccioso !). ELFID -UNINA Federico II

42 Ma perché mangiamo tanti ‘non nutrienti ?? Che ci danno Basilico ed Origano ?

43 Nat Neurosci. 2006 May;9(5):628-35. Epub 2006 Apr 16. Links Oregano, thyme and clove-derived flavors and skin sensitizers activate specific TRP channels. Xu H, Delling M, Jun JC, Clapham DE. Xu HDelling MJun JCClapham DE Carvacrolo, eugenolo e timolo sono contenuti in origano, salvia, chiodi di garofano e timo. Applicati sulla lingua elicitano una sensazione di calore e ‘piacere’ (?) Il Canale TRPV3 è fortemente attivato da carvacrolo, timolo ed eugenolo. Le cellule della lingua e della cute rispondono a carvacrolo ed eugenolo aumentando il livello intracellulare di Ca2+. Il carvacrolo attiva ed immediatamente desensibilizza TRPA1, la cui attivazione spiega la sensazione di ‘pungente’ dell’origano.

44 Il TRPV1 è un recettore canale che appartiene alla superfamiglia dei Transient Receptor Potential ion channel sono attivati da : capsaicina, in quanto molecola idrofoba, il suo sito di legame può trovarsi sia nella porzione intracellulare che extracellulare del recettore. Calore: 43° C pH< 6

45 I Transient Receptor Potential (TRP) sono una superfamiglia di proteine transmembrana che agiscono da sensori molecolari per una serie di funzioni fisiologiche e patologiche. Controllano la vasodilazione, la sensazione termica, meccanica, chimica (chemoesthesi), dolorosa, gustativa

46 Br J Pharmacol. 2008 Apr;153(8):1739-49. Epub 2008 Mar 10. Links Thymol and related alkyl phenols activate the hTRPA1 channel. Lee SP, Buber MT, Yang Q, Cerne R, Cortés RY, Sprous DG, Bryant RW. Lee SPBuber MTYang QCerne RCortés RYSprous DGBryant RW Il Timolo attiva energicamente una risposta di potenziale di membrana con aumento del Ca intracellulare nel canale hTRPA1 Ma la attivazione da timolo subito dopo desensibilizza il hTRPA1 verso ulteriori esposizioni al timolo o al suo ligando allyl isothiocyanate Questi risultati suggeriscono che il hTRPA1 è il sensore della proprietà pungente o aversiva di questi importanti fenoli

47 Parasitol Res. 2007 Jul;101(2):443-52. Epub 2007 Mar 7. Links Antigiardial activity of Ocimum basilicum essential oil. de Almeida I, Alviano DS, Vieira DP, Alves PB, Blank AF, Lopes AH, Alviano CS, Rosa Mdo S. de Almeida IAlviano DSVieira DPAlves PBBlank AFLopes AHAlviano CSRosa Mdo S Nahrung. 2003 Apr;47(2):117-21. Links Antifungal activity of peppermint and sweet basil essential oils and their major aroma constituents on some plant pathogenic fungi from the vapor phase. Edris AE, Farrag ES. Edris AEFarrag ES Microbiol Res. 1999 Dec;154(3):267-73. Links Bactericidal activities of essential oils of basil and sage against a range of bacteria and the effect of these essential oils on Vibrio parahaemolyticus. Koga T, Hirota N, Takumi K. Koga THirota NTakumi K Insalata di pomodori con ANTIBIOTICI ?? ELFID -UNINA Federico II

48 Erbe, sapori e … farmaci ! il basilico inibisce l'aggregazione piastrinica indotta da ADP e da trombina, con effetto antitrombotico in vivo: è superiore all’ aspirinetta, utilizzata attualmente gli oli del basilico e della menta hanno una attività antifungina contro i principali funghi responsabili di deterioramento della frutta durante le fasi di trasporto e immagazzinamento basilico, origano, salvia, timo e menta hanno un’efficace attività antiossidante come additivi alimentari, per ridurre il deterioramento ossidativo degli alimenti e migliorarne, quindi, la qualità

49 Nat Neurosci. 2008 Mar;11(3):255-61. Epub 2008 Feb 24. Links A single N-terminal cysteine in TRPV1 determines activation by pungent compounds from onion and garlic. Salazar H, Llorente I, Jara-Oseguera A, García-Villegas R, Munari M, Gordon SE, Islas LD, Rosenbaum Salazar HLlorente IJara-Oseguera AGarcía-Villegas RMunari MGordon SEIslas LD I canali TRPA1 sono attivati da composti piccanti dell’aglio, cipolle, mostarda e cannella. Il TRPV1 è anche attivato dall’allicina, la molecola attiva dell’aglio, e partecipa insieme con il TRPA1 nella sensazione di dolore/malessere associati a questi composti. Nel TRPV1 queste molecole agiscono mediante modifiche covalenti di residui di cisteina. Questi dati documentano che esiste un meccanismo ben conservato che fornisce nuovi approcci alla identificazione delle basi molecolari di stimoli piacevoli o nocivi.

50 Scelte alimentari che ci hanno fatto sopravvivere nella caverna ora, nel supermercato, ci accoppano ! I geni del bambino ancora preferiscono cibi dolci, salati ed alta densità energetica, Respingono l’amaro e l’acido per evitare i pericoli fuori la caverna Oggi il rifiuto del vegetale e della frutta alza spropositatamente la densità calorica. Il cibo confezionato ha triplicato la densità calorica media : ma i geni sono ancora quelli, destinati all’accumulo per un ambiente di consumo energetico che non esiste più !

51 ELFID -UNINA Federico II Chi lo protegge fuori dalla caverna ?

52 NEOFOBIA : Il bambino rifiuta il nuovo ! il bambino che non ha conosciuto vegetali dallo svezzamento tenderà a respingerli con forza nel secondo anno di vita. Per ottenere che un bimbo si adatti ad un alimento è necessario un lungo e paziente training : sono necessarie almeno 7-8 esposizioni prima che il bambino lo accetti in modo stabile (Maier 2007). ELFID -UNINA Federico II

53 Neofobia : rifiutare cibi nuovi 20-30% dei bambini sono neofobici (78% familiarità) La neofobia a 3 anni correla con neofobia ad 8 Neofobia = meno frutta, vegetali e proteine Non c’è neofobia per amidi, farine, zuccheri e grassi La Neofobia è sinergica con il disgusto per cibi meno ‘facili’ I neofobici hanno una dieta più ristretta

54 Attenti al loro gradimento ! ELFID -UNINA Federico II

55 E’ possibile indirizzare le scelte alimentari ? ESPOSIZIONE : iniziare dallo svezzamento, saggiare il cibo della mamma, ‘nu’ pucurillo..!’ ESEMPIO : Il fattore più correlato al consumo di frutta e vegetali è il consumo dei genitori GRATIFICAZIONE : ha effetti negativi sulle scelte, se si gratifica l’accettazione di un cibo con una cosa ‘più buona’ (effetto paradosso) meglio tentare 9 volte gratificando gradualmente

56 C’è da divertirsi, non solo ‘lavorare’ La componente genetica del gusto nell’uomo non è molto rilevante: l’apprendimento, la tradizione e la cultura possono modificare fortemente le preferenze che sarebbero indotte geneticamente. Bisogna impegnarsi per ridare allo svezzamento la straordinaria funzione di educazione al gusto. Non certo aprendo un barattolo…. ELFID -UNINA Federico II

57 Ed ora ? … sta a voi la scelta !!!!

58 Quattro tipologie di cellule Enteroendocrine cells

59 Intestinal Stem cells Top panels: Cells of the intestinal lining of mice lacking the embryonic pluripotency regulator Oct4 stop dividing and die after radioactive exposure. Middle panels: Intestinal stem cells then become activated and begin dividing rapidly. Bottom panels: The intestinal lining is completely regenerated, with stem cells relocating to the bottom.

60 Matrigel + Noggin + R-Spondin 1 Noggin belongs to a group of diffusible proteins which bind to ligands of the TGF-? family and regulate their activity by inhibiting their access to signaling receptors. R-Spondin 1 (RSPO1, Roof plate-specific Spondin 1), also known as Cristin 3, is a 27 kDa secreted protein that belongs to the R-Spondin family. R-Spondins regulate Wnt/beta-catenin signaling, most likely by competing with the Wnt antagonist Dkk-1. R-Spondin 1 is thought to contribute to dorsal neural tube development

61 Dal 1° al 5° giorno di cultura. In basso schema a 14 gg

62 Fourteen days after sorting, single GFPhi cells form crypt organoids, with Lgr5–GFP1 cells and Paneth cells (white arrows) located at crypt bottoms. Scale bar, 50 mm. f, Higher magnification of e. Organoids cultured with the thymidine analogue EdU (red) for 1 h. Note that only crypt domains incorporate EdU