Epigénétique et nutrition : Revue de littérature sur les avancées scientifiques

Au cours de mes lectures je suis tombée sur un article qui explique que notre alimentation et notre mode de vie peuvent influencer le fonctionnement de nos gènes par des actions épigénétiques. Je me suis donc intéressée au sujet en me demandant ce qu’était l’épigénétique et quel rôle l’alimentation pouvait avoir sur le fonctionnement de nos gènes.

Je vous propose donc ici d‘aborder la question suivante : au niveau scientifique, quels faits nutritionnels entraînant des modifications épigénétiques ont été mis en évidence à l’heure actuelle?

Dans un premier temps nous allons aborder les définitions de l’épigénétique proposées dans mes lectures et la description succincte des mécanismes mis en jeu. Dans un deuxième temps, nous verrons comment a été mis en évidence le rôle du mode de vie (focalisé sur l’alimentation) en tant que facteur de risque ou de prévention face aux pathologies (tel que certains cancers, le syndrome métabolique, l’obésité ou le diabète de type 2) ainsi que l’impact sur le vieillissement. Puis nous traiterons de l’implication de l’alimentation des parents sur le développement de l’enfant avec la mise en évidence par les chercheurs de fenêtre critique du développement. Enfin nous établirons une liste, non exhaustive, des aliments mis en évidence, par des experts, dans les processus épigénétiques avant de conclure sur les ouvertures possibles offertes par l’épigénétique. Découverte qui remet en cause la théorie du “tout génétique”, référence jusqu’au décodage de l’ADN en 2003.

1- L’épigénétique : définitions et mécanismes

L’épigénétique est une science nouvelle dont la mise en évidence récente implique des mécanismes biochimiques  soumis à l’environnement.

  • Définitions

Le terme “épigénétique” a été construit en 1942, dans Canalisation of development and the inheritance of acquired characters, par CH Waddington, scientifique et philosophe britannique, à partir du grec “epi” signifiant “au-delà” ou “au dessus”. Avec cette étymologie, [De Rosnay J., 19] p.37, nous dit que “[…] l’épigénétique englobe des propriétés, un code “au-dessus du code”, c’est à dire un métalogiciel biologique qui transforme profondément le rôle de la génétique classique en agissant sur l’ensemble des processus qui entraînent des modifications de l’expression des gènes sans altérer la séquence de l’ADN. Ces processus sont des évènements naturels et essentiels au bon fonctionnement de l’organisme.”. Une autre définition selon [Inserm, 19] est : “[…] l’épigénétique correspond à l’étude des changements dans l’activité des gènes, n’impliquant pas de modification de la séquence d’ADN et pouvant être transmis lors des divisions cellulaires.”. D’après [Urman V., 18], c’est l’idée selon laquelle il est possible d’influencer les gènes de manière volontaire ou non et parfois de transmettre à la descendance l’amélioration ou la détérioration. Pour Claudine Junien dans [Urman V., 18] p.73-74 “[…] l’épigénétique, ce sont toutes les marques sur l’ADN dont certaines modifications sont dues aux interactions avec l’environnement. Ces modifications, de nature réversible, affectent l’activation des gènes, la bonne transcription de l’ADN, la réplication des cellules et leur réparation.” De plus, elle souligne : “Avec l’épigénétique on étudie ces facteurs multiples qui activent des voies de signalisation pouvant allumer ou éteindre les gènes.”.

L’épigénétique est donc la science qui étudie les processus d’activation et d’inactivation de l’expression des gènes tenant compte de la différenciation cellulaire physiologique et des interactions entre l’organisme et l’environnement.

  • Mise en évidence 

En 1953 Francis Crick et James Watson mettent en évidence la double hélice d’ADN, ce qui leur vaudra le Prix Nobel de physiologie et de médecine en 1962 [Futura , 20]. Grâce à cette découverte, des chercheurs lancent dans les années 1990 le “Projet génome humain” et le séquençage de l’ADN humain. De nombreux espoirs se fondent sur les progrès que cela pourrait entraîner. En parallèle, des mécanismes tel que la méthylation [Cordonnier M.N., 17], [Rosier F., 13] sont mis en évidence sur les abeilles [Herb B.R., 12] ou les drosophiles par exemple, entraînant des questions quant à l’expression des gènes. En 2003 lorsqu’enfin le séquençage de l’ADN humain fut abouti, on a découvert que les codes permettant de lire les gènes et de les transcrire pour produire enzymes et protéines ne représentaient que 2% de l’information génétique. Les 98% restant restant une énigme pour les généticiens, ils furent nommé “Junk DNA” ou “ADN poubelle”. Le séquençage n’apportant pas toutes les réponses souhaitées, de nombreux généticiens se tournèrent alors vers la notion d’épigénétique. Leurs travaux font lien avec les questions soulevées par les découvertes précédentes sur des processus tels que la méthylation [De Rosnay J. , 19].

De plus, depuis la théorie de l’évolution et l’opposition entre Darwin et Lamarck, le combat du “tout génétique” face à l’intervention de l’environnement a toujours été présent dans le domaine scientifique. La découverte de “l’ADN poubelle” et des liens potentiels avec certains facteurs environnementaux poussent les scientifiques dans différents domaines à s’interroger sur les interactions possibles entre environnement et organisme. C’est ainsi que la science épigénétique commence son ascension. 

Lors de travaux sur la mémoire traumatique de l’holocauste, G.R. Leon et al. apportent la première démonstration de transmission d’un traumatisme parental à son enfant associé à des changements épigénétiques [Leon G.R., 81]. Plus tard, les importants travaux de Lumey, sur l’exposition à la famine hollandaise de 1944 [Lumey L.H., 07], confirment des modifications épigénétiques transmises aux générations suivantes. Aussi, de nombreux travaux sur les animaux apportèrent eux aussi des pistes de réflexion, transposables à l’être humain, aidant la science épigénétique à se développer jusqu’à aujourd’hui où l’on parle d’une “véritable révolution épigénétique”.

  • Mécanismes

Dans [Ennis C., 18] p. 41, “Il existe des milliers de marqueurs, d’effaceurs et de décodeurs épigénétiques qui coopèrent dans un réseau complexe et soigneusement coordonné.”.  Certains, présentés ci-après, ont été mis en évidence dans de nombreuses disciplines, et d’autres sont perceptibles mais encore méconnus, si ce n’est pas inconnus.

    • La méthylation de l’ADN

La méthylation est le fait qu’un groupement méthyl (CH3) se fixe sur une cytosine proche d’une base guanine, formant un “îlot CpG” méthylé dans des séquences d’ADN répétées ([Ennis C., 18], [Laget S., 08]). Les groupements méthyls peuvent aussi “encombrer les histones”(expression de Joël de Rosnay dans [Urman V., 18] p.25), protéine autour de laquelle s’enroule l’ADN pour former la chromatine [Stein A.D.,04]. Le groupement méthyl qui se fixe sur une cytosine ou une histone est un marqueur reconnu par des protéines décodeurs présentes dans le noyau entraînant l’inactivation de l’expression du gène en question, arrêtant la transcription et empêchant la production d’ARN et des protéines correspondantes.

Il existe d’une part des phénomènes de déméthylation passive qui dépendent de la réplication de l’ADN, réactivant lors de mitose des gènes jusque là silencieux. Et d’autre part, des phénomènes de déméthylation active sur des groupes méthyls devant être supprimés, qui sont alors marqués par des atomes d’oxygène pour que des protéines “effaceurs” (TET) puissent les couper de l’ADN [Ennis C., 18].

    • L’acétylation

L’acétylation est l’insertion d’un groupement acétyle (–CO-CH3) sur une protéine histone par substitution d’un atome d’hydrogène. “A l’inverse (ndlr : de la méthylation), d’autres molécules ont pour effet de stimuler l’expression des gènes voire de les exagérer. Il s’agit des “groupes acétyls” et l’on parle alors d’agents acétylants et d’acétylation des histones.” [Urman V., 18] p.26.

Première modification d’histone mise en évidence par David Allis, l’acétylation des histones est toujours associée à l’activation de gène, avec un effet plus direct que la méthylation. En effet “leur charge électrique négative diminue l’attraction entre l’ADN chargé négativement et les histones chargées positivement”, ce qui détend la structure du nucléosome et rend la transcription de l’ADN plus facile [Ennis C., 18] p.54.

    • Le miARN et l’ADN poubelle

Dans [Urman V., 18] p.24, Joël de Rosnay précise que l’ “ADN poubelle” joue un rôle dans la régulation de la circulation des ARN messagers par l’action des micro-ARN (miARN) qui peuvent inactiver la transmission du message. Les miARN matures peuvent se lier aux molécules d’ARN messager et empêcher la traduction en protéine [Ennis C., 18] p.66 

2- Impact épigénétique du mode de vie, focalisé sur l’alimentation, sur la santé

Des études épidémiologiques sur l’homme et des modèles expérimentaux chez les animaux  ont apporté de nouvelles preuves  en faveur de l’interaction entre notre organisme et notre environnement. Ce que nous respirons, mangeons, buvons, notre activité physique, notre gestion du stress ainsi que nos relations sociales peuvent avoir un impact sur notre santé et sur celle de notre descendance biologique.

  • Facteurs de prévention et de guérison

Des recherches ont mis en évidence qu’une modification du mode de vie, et notamment de l’alimentation, peut être un facteur de protection contre l’apparition de différents cancers, mais peut aussi limiter l’évolution d’un cancer déjà présent, et ainsi limiter le risque de décès imputable au cancer [Willett W.C., 95]. Ce qui est généralement mis en avant est l’utilisation d’aliments pouvant apporter des groupements méthyls qui pourraient “inactiver” la division de cellules tumorales, ou des groupements acétyls qui pourraient “sur-activer” les gènes onco-suppresseurs.

En 2007 un symposium intitulé Diet, Epigenetic Events, and Cancer Prevention [Ross S.A., 08] avait pour objectif d’identifier les lacunes qui entravent les progrès de la recherche fondamentale, translationnelle et clinique liées à l’utilisation des composants alimentaires bioactifs (BFC) dans la prévention du cancer, et de fournir des informations sur les nouveaux outils destinés à faciliter la recherche épigénétique.

Ainsi les recherches concernent différents types de cancers [WCRF] mais on retrouve principalement le cancer du côlon [Nyström M., 09], de la prostate [C.E., 18][Adjakly M., 12], mais aussi les maladies cardio-vasculaires [Ornish D., 98].

Sur ce dernier point le Docteur Dean Ornish a mis en place un programme de modification de mode de vie (alimentation, activité physique, méditation et groupe de parole [Ornish D.]) qui a limité le nombre de chirurgies cardio-vasculaires et qui du coup est pris en charge par Medicare. Selon ses études, une bonne adhésion au programme permet de stabiliser la maladie coronarienne, augmente de 300% le flux sanguin et divise par 2,5% la survenue d’accident cardiaque [Urman V., 18] p.57. Le programme repose sur un régime quasi végétarien, à base de fruits, de légumes, de céréales complètes et de légumineuses. Il exclut les graisses saturées et le sucre ajouté.

Les travaux de [Ling C., 19] concernant l’obésité et le diabète de type 2 amènent des précisions sur les modifications épigénétiques liées à l’apport d’acides gras. La consommation privilégiée d’acide gras insaturés serait favorable à une diminution de l’apparition des pathologies.

L’intérêt du Docteur Ornish pour le lien entre modification du mode de vie et les effets sur l’activité des gènes l’a amené à travailler en collaboration avec le Docteur Elizabeth Blackburn (Prix nobel de médecine 2009).

  • L’effet télomère

Elizabeth Blackburn est spécialisée sur l’étude du vieillissement cellulaire et ses découvertes sur les télomères lui ont valu le Prix nobel de médecine en 2009. Elle a mis en évidence que notre mode de vie influence ces petites protections au bout des branches des chromosomes de manière positive ou négative [Blackburn E. 17].Elle préconise entre autre, une alimentation à base d’aliments non transformés (fruits, légumes, fruits oléagineux, céréales, légumineuses) qui vont permettre de limiter le stress oxydatif, l’inflammation et l’insulinorésistance, et donc la dégradation des télomères. Le tout ayant pour effet de prolonger votre période de bonne santé. Elle apporte la précision que les télomères sont sous dépendance des messages transmis par les ARNm.

Les études communes entre E. Blackburn et D. Ornish ont prouvé qu’après 3 mois de changement de mode de vie le taux de télomérase augmentait de 30%. Au bout de cinq années, les télomères avaient rallongé de 10% alors qu’ils avaient réduit dans le groupe témoin [Urman V., 18]. Il serait donc possible de jouer sur notre espérance de vie et notre état de santé grâce à notre mode de vie.

  • Facteurs de risques

Nous avons vu les avancées proposées par les chercheurs sur la prévention de différentes pathologies apportées par une certaine alimentation. Toutes les recherches citées jusque là montrent aussi qu’une autre alimentation peut être un facteur de risque d’apparition et d’aggravation des pathologies.

Ainsi, [Ling C., 19] démontre qu’une alimentation riche en matière grasse sur 5 jours entraîne des changements dans l’activité des gènes et dans le schéma de méthylation de l’ADN au niveau des muscles squelettiques et du tissu adipeux. Par exemple, la consommation de muffins riches en acides gras saturés entraîne une accumulation de graisses au niveau abdominal et hépatique, ce qui est un facteur de risque de diabète de type 2 et de maladies cardio-vasculaires. L’Institut Pasteur de Lille mène depuis 2017 différentes études [Inst. Pasteur] sur les régions régulatrices du génome des cellules pancréatiques, du foie, tissu adipeux et muscles, tissus essentiels de la régulation de la glycémie, mais aussi sur l’effet épigénétique (modifiant l’activité génique) de l’environnement sur le métabolisme, et sur ses conséquences sur les complications hépatiques du diabète de type 2.

Enfin [Laget S., 08] met en évidence les processus épigénétiques de méthylation responsables de l’apparition et du développement de cellules cancéreuses.

De la même manière que pour la prévention, les recherches concernent l’apport en groupements méthyls qui pourraient avoir un lien avec l’inactivation des gènes protecteurs et les groupements acétyls qui sur-activeraient les gènes impliqués dans l’apparition des différentes pathologies impliquées.

3- Période péri-conceptionnelle et impact épigénétique

Avec ces différentes démonstrations les chercheurs se sont alors posé la question de la transmission des différentes marques épigénétiques à la descendance. Ainsi, des “fenêtres critiques de développement” sensibles aux modifications épigénétiques ont été mises en évidence [Chavatte-Palmer, 16].

[Junien C., 2005] nous indique que contrairement aux mutations génétiques, les modifications épigénétiques sont réversibles. Les facteurs nutritionnels sont des cofacteurs importants de la modulation de l’expression des gènes. Ainsi les altérations de la programmation épigénétique au cours du développement foetal et post-natal, liées à la nutrition déséquilibrée et aux désordres métaboliques de la mère, associées à une alimentation excédentaire et une activité physique insuffisante, constituent un terrain favorable à l’obésité, au syndrome métabolique et au diabète de type 2.

Les études sur la famine hollandaise de 1944 [Lumey L.H., 07] appuient la thèse de fenêtres critiques en montrant la différence des enfants dont la mère a été exposée à la famine en début ou en fin de grossesse. Si la mère a été exposée en début de grossesse alors l’enfant naît avec un poids de naissance inférieur à la moyenne, ce qui n’est pas le cas pour les enfants dont la mère a été exposée en fin de grossesse. Cette exposition des mères à la famine induit sur la descendance un terrain favorable au développement de pathologies chroniques.  Claudine Junien précise dans [Urman V., 18] p.83 que même si le terrain est à risque, le mode de vie de l’enfant peut contrecarrer les modifications épigénétiques amenées lors de la conception.

La cohorte d’Överkalix [Almond D., 11], permet de mettre en évidence que les femmes ayant connu une période de disette pendant leur grossesse transmettront à leurs filles et petites filles un facteur de risque face aux maladies cardio-vasculaires. Les hommes ayant connu une période de disette en pré-puberté transmettront à leur descendance masculine un terrain protecteur face aux pathologies et inversement pour une période prépubertaire durant laquelle la nourriture était abondante (transmission d’un terrain facteur de risque). 

Toutes ces études ont amené l’OMS et d’autres organismes de promotion de la santé à développer une prévention massive sur la qualité de vie des parents pour la bonne santé de leurs enfants. “La fenêtre de 1000 jours” est mise en avant, prenant en compte la période avant la conception, pendant la grossesse et les deux premières années de vie des enfants. Cette fenêtre est citée dans [PNNS, 19] dans l’objectif 10 : “Les premières périodes de la vie, depuis l’environnement pré-conceptionnel, la grossesse, jusqu’à la fin de la très jeune enfance, période dite des « 1000 jours » constituent une période de sensibilité au cours de laquelle l’environnement sous toutes ses formes qu’il soit nutritionnel, écologique, socio-économique et les modes de vie a un impact sur le développement et la santé future de l’enfant.”

[Junien C., 2005] appuie toutefois sur le fait que les recherches sur l’héritabilité des marqueurs épigénétiques sont encore en cours et que certains paramètres doivent être pris en compte. En effet étant donné que les modifications épigénétiques sont réversibles, jusque dans un cycle circadien, même si l’environnement des géniteurs peut créer un terrain plus ou moins favorable chez la progéniture, il ne faut pas négliger l’environnement de cette dernière tout au long de sa propre vie qui va modifier le terrain épigénétique transmis par les géniteurs.

4- Aliments et nutriments à effets épigénétiques

Certains aliments et nutriments sont mis en exergue dans mes lectures. Si certains constats ont été faits sur les effets bénéfiques de la consommation des aliments cités ci-après, les recherches actuelles tentent de mettre en évidence les mécanismes impliqués. “Car l’épigénétique ne fonctionne pas simplement à l’échelle d’un gène mais à celle de réseau de gènes interagissant les uns avec les autres” [Urman V., 18] p.78.

Dans les aliments mis en évidence nous trouvons ceux qui apportent des groupes méthyls :

(Vit B9) : Légumes verts, levures de bière, foie ;  (Vit B6) : avocat, soja, levure de bière ;  (Vit B12) : sardines, laitages, jaunes d’oeufs, épinards ; (bétaïne) : crevettes ;  (Zinc) : germes de blé, foie, boeuf. L’acide folique, la vitamine B12 et la vitamine B6 participent aux réactions nécessaires à la méthylation.

Nous trouvons aussi des aliments favorisant les phénomènes d’acétylation : tomates, raisin, champignons, parmesan, roquefort qui sont des aliments riches en glutamate favorisant l’acétylation. 

Les aliments riches en anti-oxydant tel que les polyphénols permettraient de diminuer le taux de méthylation des onco-suppresseurs. Nous pouvons citer le soja, le gingembre, les clous de girofle, le cacao, les fruits oléagineux, le thym, le thé vert ou encore les baies de goji.

Joël de Rosnay suggère un demi-verre de vin rouge, du curcuma et du jus de grenade. Il met aussi en évidence une pratique ancestrale de complémentation en acides aminés par l’association de céréales et de légumineuses, permettant un apport favorable en acides aminés essentiels non synthétisables par notre organisme. Il note l’influence des folates, du curcuma, du resvératrol (raisin et vin), thé vert, brocoli, fruits et légumes colorés, tomate, pomme (pectine) et chocolat noir (flavonoïdes) sur lesquels le National Institute of Health est un acteur majeur de recherches. Le professeur David Khayat dans [Urman V., 18] p. 112, indique qu’il croit en la synergie de huit substances clés : curcuma, ail, brocoli, thé vert, grenade, quercétine (puissant flavonoïde), sophora du Japon, caféine.

Le curcuma est étudié pour son interaction avec la méthylation [Teiten M.H., 13].

Même si ici nous citons ici les aliments à tendance bénéfique pour la santé, il faut cependant noter que le marché de la “junk-food nous rend épigénétiquement accros à des goûts alimentaires qui fixent de mauvaises habitudes” [Urman V., 18].

Conclusion

“Un jour, un spermatozoïde de votre père est entré dans un ovule de votre mère et ça ne pouvait donner qu’un être humain – ni un lapin, ni un vélomoteur – mais certainement pas vous! Parce que “vous” est une combinaison singulière, qui dépend de votre histoire au moins autant que de votre tremplin biochimique. Dès la seconde où vous avez été conçu, le milieu où s’est déroulée votre biographie singulière a été aussi important que la combinaison génétique qui aurait amorcé votre irruption dans le réel.” (Boris Cyrulnik dans [Urman V., 18] p.14). L’épigénétique permet à la science de se dégager de l’idée que nous sommes conditionnés par notre patrimoine génétique et que nous ne pouvons pas aller contre. Notre environnement global influence l’activité de nos gènes, permettant ainsi d’envisager une responsabilité individuelle et collective sur notre santé. L’intérêt de la diététique en collaboration avec d’autres disciplines scientifiques (telles que la nutrigénomique, la biochimie, la médecine…) apparaît comme évidente après toutes ces lectures. Il paraît donc important dans la pratique de la diététique de se tenir informé des avancées scientifiques qui nous permettent de nous améliorer dans la compréhension de l’impact de l’environnement sur les différentes pathologies que l’on peut rencontrer au cours de notre carrière.

L’épigénétique, outre le fait de valider la thèse en faveur d’une alimentation variée, apporte de formidables avancées. Nous voyons donc se profiler la possibilité d’une médecine plus personnalisée (e.g. épi-médicaments, prise en charge genrée), une compréhension plus poussée du fonctionnement complexe de notre organisme. Cependant l’épigénétique soulève aussi la question sociétale de la responsabilité personnelle sur la santé  dans le contexte actuel de prise en charge.

Lucile Chiocchia, été 2020, extrait du Mémoire de fin d’étude

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