Populaire samenvatting

In de jaren ‘90 ontdekte David Barker dat kinderen met een laag geboortegewicht, door ondervoeding tijdens de zwangerschap, een verhoogde kans hadden op chronische aandoeningen op latere leeftijd. Deze bevindingen hebben geleid tot de ‘The Developmental Origins of Health and Disease’ hypothese die stelt dat het risico op aandoeningen op volwassen leeftijd deels bepaald wordt door de perinatale omgeving. Andere epidemiologische studies, zoals die van de Nederlandse hongerwinter (1944 - 1945) waar zwangere vrouwen  extreme honger leden tijdens de oorlog, tonen de gevolgen van maternale voeding op de gezondheid van het kind. Ondervoeding tijdens het 1ste trimester van de zwangerschap leidde tot een hogere kans op cardio-vasculaire aandoeningen en een hogere BMI op volwassen leeftijd in vergelijking met broers of zussen van hetzelfde geslacht geboren voor of na de hongerwinter. Het antwoord op de vraag ‘hoe ondervoeding tijdens de zwangerschap gevolgen kan hebben op de gezondheid van het kind op volwassen leeftijd’ kan gevonden worden in het moleculaire geheugen van het DNA. Dit geheugen staat bekend als het ‘epigenoom’. In de epigenetica worden overerfbare veranderingen in genexpressie bestudeert, waarbij er geen verandering optreedt in de DNA code zelf. Het DNA bevat de instructies om alle eiwitten in ons lichaam aan te maken en is bedekt met een laag van chemische markeringen, zoals DNA methylaties. Het epigenoom bepaalt welke genen tot expressie gebracht worden en het bepaalt dus wat het genoom moet doen. Om het DNA te kunnen methyleren zijn er methyl-groep donoren nodig die afkomstig zijn uit de voeding of via het gebruik van supplementen. De vier belangrijkste methyl-groep donoren zijn folaat (foliumzuur, de synthetische vorm van folaat aanwezig in supplementen), methionine, choline en betaine. Tijdens de vroege embryonale ontwikkeling is het epigenoom zeer gevoelig aan een overvloed of een tekort van deze methyl-groep donoren. Het dieet van de moeder tijdens de zwangerschap kan dus een invloed hebben op het epigenoom van het kind en permanente veranderingen in het DNA methylatie patroon veroorzaken en de gezondheid van het kind beinvloeden.

Om het effect van de inname van methyl-groep donoren door de moeder tijdens de zwangerschap op het DNA methylatie patroon van het kind na te gaan werd de Maternal Nutrition and Offspring’s Epigenome (MANOE) studie opgericht. In de MANOE studie recruteren we moeders voor of in het 1ste trimester van de zwangerschap en worden de kinderen opgevolgd tot de leeftijd van 6 maand. De inname van methyl-groep donoren door de moeder werd gemeten door middel van een voedselfrequentie vragenlijst (FFQ) die gevalideerd werd in 2 validatie studies. De resultaten gaven aan dat de FFQ een betrouwbaar en valied instrument was om de methyl-group donor inname via de voeding te bepalen bij vrouwen.

DNA van het kind, voor DNA methylatie analyses, werd bij de geboorte geisoleerd uit het navelstrengbloed en op de leeftijd van 6 maand uit mondcellen. We bestudeerden genen die gerelateerd zijn aan het metabolisme (retinoid X receptor alpha; RXRA), regulatie van het hongergevoel (leptin; LEP), groei (insulin-like growth factor differentially methylated region; IGF2 DMR) en onderhoud van DNA methylatie patronen (DNA methyltransferase 1; DNMT1).

De eerste resultaten van de MANOE studie geven aan dat de methyl-group donor inname van de moeder via de voeding voor en tijdens de zwangerschap een invloed kan hebben op het DNA methylatie patroon van het kind (bij de geboorte en op de leeftijd van 6 maand) in genen die een link hebben met obesitas (IGF2 DMR, RXRA, en LEP). Ook is aan het licht gekomen dat vrouwen die een foliumzuursupplement gebruiken gedurende lange tijd, meer dan 6 maand voor de conceptie en/of tijdens de hele zwangerschap, kinderen krijgen met een hogere methylatie graad in het RXRA en LEP gen wat mogelijks een impact kan hebben op het gewicht/vetmassa op latere leeftijd. Het gewicht, de lengte en de vetmassa van kinderen in de MANOE studie zullen verder opgevolgd worden in de schooltijd en gelinkt worden aan de maternale methyl-groep donor inname en methylatie data van de pasgeborene. Op deze manier willen we een biomarker ontwikkelen die van bij de geboorte ons informatie kan geven over het risico van het kind op overgewicht/obesitas in de kindertijd. Zo kunnen er interventies gedaan worden op vroege leeftijd ter preventie van overgewicht.

Niet alleen de zwangerschap, maar ook de periode vlak na de geboorte is een moment waarop het epigenoom van de pasgeborene gevoelig is aan omgevingsfactoren zoals voeding. Tijdens deze periode worden kinderen gevoed door middel van borstvoeding of flesvoeding. De samenstelling van borstvoeding kan wijzigen naar gelang de voeding van de moeder. Wanneer de moeder voedingsmiddelen opneemt met veel choline (eieren, melk, vlees,...), dan is er een toename van de choline concentratie in de moedermelk en ook een toename van de choline status van het kind. We vonden een hogere methylatiegraad op het gen relateerd aan het metabolisme (RXRA) bij 6 maand oude kinderen van moeders met een hogere choline inname tijdens de borstvoedingsperiode. Deze bevindingen kunnen mee het beschermend effect van borstvoeding op obesitas verklaren naast de o.a. de samenstelling van de moedermelk, het voeden op verzoek. In een follow-up studie willen we nagaan of dit beschermende effect deels verklaard kan worden door epigenetische veranderingen.

Er is steeds meer aandacht voor de leefgewoonten van de vader en het effect dat dit kan hebben op de gezondheid van het kind. Tijdens de periode waarin spermacellen zich ontwikkelen, wordt immers het methylatie patroon aangelegd. Dit proces duurt een 3 maanden en in deze tijdspanne kan de voeding van de vader het epigenoom van het sperma beinvloeden. De resultaten uit de MANOE studie geven aan dat hogere inname van betaine door de vader resulteerde in een hogere globale methylatiegraad en een hogere methylatie van het gen gerelateerd aan groei (IGF2 DMR) van het navelstrengbloed. Door opvolging van de MANOE kinderen zullen we ook deze resultaten kunnen linken aan anthropometrische metingen van kinderen in de schooltijd.

De eerste resultaten van de MANOE studie tonen dus aan dat voeding van de ouders voor en tijdens de zwangerschap en tijdens de borstvoeding een impact kan hebben op het epigenoom van kinderen.  De link met mogelijk gezondheidseffecten wordt nu verder onderzocht. In afwachting van deze resultaten, raden wij aan dat vrouwen met een zwangerschapswens een foliumzuur supplement innemen zoals aangeraden wordt door de Vlaamse overheid, namelijk starten 4 weken voor de conceptie en stoppen na de 12de week van de zwangerschap. Naar voeding toe, raden wij aan om gezond en gevarieerd te eten door de richtlijnen te volgen van de Belgische voedingsaanbevelingen.

Popular summary

In the 90’s, David Barker discovered that children with a low birth weight, due to under nutrition during pregnancy, had an increased risk of chronic diseases in adulthood. These findings have led to the ‘The Developmental Origins of Health and Disease’ hypothesis that postulates that the risk of diseases in adulthood could partially be explained by the prenatal environment. Other epidemiological studies, like the Dutch Hunger Winter (1944 – 1945) where pregnant women were exposed to extreme hunger during the war, show the effect of maternal nutrition can have on offspring health. Under nutrition during the first trimester of pregnancy resulted in a higher risk of cardio-vascular disease and a higher BMI in adulthood compared to same sex siblings born before or after the hunger winter. The answer to the question ‘How can under nutrition during pregnancy affect offspring health in adulthood’ can be found in the molecular memory of the DNA. This memory is known as the ‘epigenome’. In the field of epigenetics, heritable changes in gene expression, without changes in the DNA code itself, are studied. The DNA contains instructions to build all proteins in the body and is covered with a layer of chemical marks like DNA methylations. The epigenome decides which genes are expressed. To methylate the DNA, methyl-group donors are needed, which can be provided through the diet or by using supplements. The four most important methyl-group donors are folate (folic acid, which is the synthetic form of folate present in supplements), methionine, choline, and betaine. During early embryonic development, the epigenome is very sensitive to an abundance or shortage of these methyl-group donors. The diet of the mother during pregnancy can influence the fetal epigenome, permanently changes offspring DNA methylation patterns, and affect offspring health.

To assess the impact of methyl-group donor intake of the mother during pregnancy on offspring DNA methylation levels the MAternal Nutrition and Offspring’s Epigenome (MANOE) study was set up. In the MANOE study, we recruit women before and during the first trimester of pregnancy and children were followed up until the age of 6 months. The intake of methyl-group donors by the mother was measured by using a food frequency questionnaire (FFQ) which was validated in two validation studies. The results indicated that the FFQ was a reliable and valid instrument to assess the intake of methyl-group donors through the diet in women.

DNA of the child, for DNA methylation analysis, was isolated from cord blood and at the age of 6 months for cells inside the mouth. We studied genes related to metabolism (retinoid X receptor alpha; RXRA), regulation of appetite control (leptin; LEP), growth (insulin-like growth factor differentially methylated region; IGF2 DMR), and maintenance of DNA methylation levels (DNA methyltransferase 1; DNMT1).

The first results of the MANOE study show that dietary methyl-group donor intake of the mother before and during pregnancy can influence infant DNA methylation levels (at birth and at the age of 6 months) in genes related to obesity (IGF2 DMR, RXRA, and LEP). We also observed that women who used a folic acid supplement for a long period, more than 6 months before conception and/or during the whole pregnancy, had children with higher RXRA and LEP methylation levels, which could influence weight/fat mass at a later age. Children of the MANOE study will be followed-up at a later age. Weight, length, and fat mass will be collected and will be linked maternal methyl-group donor intake and methylation data of the newborn. We would like to develop a biomarker that could give us information at birth about the risk of the newborn for becoming overweight or obese in childhood. Interventions could take place at an early age for the prevention of obesity.

Not only the prenatal, but also the postnatal period is a sensitive time where environmental factors (like nutrition) can influence the epigenome of the newborn. At this time, either children are breast-fed or formula fed.  The composition of breast milk can be influenced by dietary changes of the mother. When the mothers consumes choline rich food products (eggs, milk, meat etc.), there is a higher concentration of choline the breast milk and a higher choline status in the infant. We found higher methylation levels in the gene related to metabolism (RXRA) in 6-months old children of mothers that had a higher intake of choline during lactation. These findings could help explain the protective effect of breastfeeding on obesity besides the composition of breast-milk and breastfeeding on demand. In a follow-up study, we want to investigate if this protective effect could partially be explained by epigenetic changes.

There is also interest in the lifestyle of the father and the effect this can have on offspring health. During the development of sperm cells, methylation patters are established. This process takes about 3 months and during this period, dietary changes of the father can influence the sperm epigenome. Results from the MANOE study show that a higher betaine intake of the father resulted in higher global DNA methylation and IGF2 DMR methylation levels (gene related to growth) in cord blood. In the follow-up of the MANOE children, we will be able to link these results with anthropometric measurements in childhood.

The first results of the MANOE study show that parental nutrition before, during, and after pregnancy (lactation) can influence the epigenome of the newborn. The link with possible health outcomes will be further investigated. For now, we recommend that women with a pregnancy wish take a folic acid supplement as advised by the Flemish government, which is start 4 weeks before conception until 12 weeks of pregnancy. We also recommend having a healthy and balanced diet according to the Belgian dietary recommendations.