Metylacja DNA

Metylacja to proces chemiczny, w którym grupa metylowa jest przenoszona z jednej cząsteczki do drugiej. w Metylacja DNA Grupa metylowa łączy się z pewną częścią DNA, zmieniając w ten sposób element budulcowy materiału genetycznego.

Co to jest metylacja DNA?

Podczas metylacji DNA grupa metylowa przyłącza się do pewnych nukleotydów w DNA. DNA, znany również jako DNA lub kwas dezoksyrybonukleinowy, jest nośnikiem informacji genetycznej. Z pomocą informacji przechowywanych w DNA można wytwarzać białka.

Struktura DNA odpowiada strukturze drabiny sznurowej, w której ramiaki drabiny linowej są skręcone śrubowo, tworząc tak zwaną strukturę podwójnej helisy. Boczne części drabinki sznurowej wykonane są z pozostałości cukru i fosforanów. Szczeble drabinki sznurowej reprezentują zasady organiczne, a podstawą DNA są adenina, cytozyna, guanina i tymina.

Dwie podstawy łączą się w parę, tworząc szczebel drabiny linowej. Każda z par zasad składa się z dwóch uzupełniających się zasad: adeniny i tyminy oraz cytozyny i guaniny. Nukleotyd to cząsteczka utworzona z fosforanu, cukru i składnika zasadowego. Podczas metylacji DNA specjalne enzymy, metylotransferazy, przyłączają grupę metylową do podstawowej cytozyny. Tak powstaje metylocytozyna.

Funkcja i zadanie

Metylacje DNA są uważane za markery, które umożliwiają komórce wykorzystanie pewnych obszarów DNA lub ich niewykorzystanie. Reprezentują mechanizm regulacji genów, dlatego też można by je nazwać włącznikiem / wyłącznikiem, ponieważ w większości przypadków metylacja zasady uniemożliwia skopiowanie danego genu podczas transkrypcji DNA.

Metylacja DNA zapewnia, że ​​DNA może być używane na różne sposoby bez zmiany samej sekwencji DNA. Metylacja tworzy nowe informacje o genomie, czyli o budowie genetycznej. Mówi się o epigenomie i procesie epigenetyki. Epigenom wyjaśnia, dlaczego różne komórki mogą generować identyczne informacje genetyczne. Na przykład z ludzkich komórek macierzystych może powstać wiele różnych typów tkanek. Z pojedynczej komórki jajowej może nawet wyjść cała osoba. Epigenom komórki decyduje, jaką formę i funkcję przyjmuje. Zaznaczone geny pokazują komórce, co dla niej zrobić. Komórka mięśniowa używa tylko zaznaczonych odcinków DNA, które są dla niej istotne dla jej pracy. Komórki nerwowe, komórki serca lub komórki płuc robią to samo.

Oznaczenia grupami metylowymi są elastyczne. Można je usunąć lub przenieść. To spowodowałoby, że poprzednio zdezaktywowany segment DNA byłby ponownie aktywny. Ta elastyczność jest konieczna, ponieważ istnieje ciągła zależność między genomem a środowiskiem. Metylacja DNA przejmuje te wpływy środowiska.

Metylacje DNA mogą być również stabilne i są przekazywane z jednej generacji komórek do następnej. W zdrowym ciele w śledzionie mogą rozwijać się tylko komórki śledziony. Gwarantuje to, że odpowiedni organ może wypełniać swoje zadania.

Zmiany epigenetyczne mogą być przenoszone nie tylko z jednej komórki do drugiej, ale także z jednego pokolenia na następne. Na przykład robaki dziedziczą odporność na określone wirusy poprzez metylację DNA.

Choroby i dolegliwości

Patologiczne zmiany w epigenomie zostały do ​​tej pory wykryte w wielu chorobach i zidentyfikowane jako przyczyna chorób z dziedzin immunologii, neurologii, a zwłaszcza onkologii.

W tkankach dotkniętych rakiem prawie zawsze stwierdza się defekty sekwencji DNA i defekty epigenomu. W guzach często obserwuje się nieprawidłowy wzór metylacji DNA. Metylację można zwiększyć lub zmniejszyć. Obie mają daleko idące konsekwencje dla komórki. W przypadku wzmożonej metylacji, czyli hipermetylacji, można inaktywować tzw. Geny supresorowe. Geny supresorowe guza kontrolują cykl komórkowy i mogą wywołać zaprogramowaną śmierć komórki uszkodzonej, jeśli istnieje zagrożenie degeneracją komórki. Jeśli geny supresorowe guza są nieaktywne, komórki nowotworowe mogą się rozmnażać bez przeszkód.

Przy zmniejszonej miejscowej metylacji (hipometylacji) szkodliwe elementy DNA mogą zostać nieumyślnie aktywowane. Jeśli grupy metylowe są nieprawidłowo oznakowane, nazywa się to również epimutacją. Prowadzi to do niestabilności genomu.Wykazano, że niektóre substancje rakotwórcze zakłócają proces metylacji w komórkach.

Zmiany we wzorcach metylacji różnią się w zależności od pacjenta z rakiem. Na przykład pacjent z rakiem wątroby ma inny poziom metylacji niż pacjent z rakiem prostaty. W ten sposób naukowcy są coraz bardziej zdolni do klasyfikowania guzów na podstawie ich wzorca metylacji. Naukowcy mogą również zobaczyć, jak daleko zaszedł guz i jak najlepiej go leczyć. Jednak analiza metylacji DNA jako metody diagnostyczno-terapeutycznej nie jest jeszcze w pełni rozwinięta, więc minie kilka lat, zanim metody te będą mogły być rzeczywiście stosowane poza obszarem badawczym.

Bardzo szczególną chorobą, która ma swój początek w metylacji, jest zespół ICF. Występuje mutacja w metylotransferazy DNA, enzymie, który łączy grupy metylowe z nukleotydami. W rezultacie u osób dotkniętych chorobą dochodzi do niedometylacji DNA. Rezultatem są nawracające infekcje spowodowane niedoborem odporności. Ponadto może wystąpić niski wzrost i niepowodzenie w rozwoju.