03.11.2022
Количество просмотров 54180

Метилирование ДНК

В написании статьи принимал(а) участие:
врач акушер-гинеколог высшей категории, специалист по репродуктологии, клинической гемостазиологии, интегративной и антивозрастной медицине.
Андамова Елена Викторовна

Метилирование ДНК можно понимать как химическое изменение строительных блоков ДНК. Конкретно это означает, что специальные ферменты переносят метильные группы (-СН 3 ) на определенные основания ДНК. У человека большую роль играет  метилирование основного цитозина.

Метилирование ДНК — это биологический процесс , который включает или выключает определенные гены без нарушения структуры ДНК.


Английское название:
dna methylation
Синонимы:
модификация молекулы ДНК

Что это такое

Метилирование означает, что определенные гены (участки ДНК, кодирующие определенные белки) могут быть «заглушены». В результате транскрипция невозможна. Это, в свою очередь, приводит к тому, что весь путь производства белка/фермента ( биосинтез белка ) для этого гена предотвращается. Благодаря этому регулярному процессу наши клетки могут специально контролировать, какие генные продукты им нужны, а какие нет. 

Важно: Метилирование — это не мутация , а модификация (изменение структуры), которую также можно обратить. Базовая структура основания и, следовательно, последовательность оснований, в которой хранится наша генетическая информация, сохраняются. Здесь можно говорить  о так называемом эпигенетическом изменении.

В биологии метилирование ДНК можно понимать как естественный перенос метильных групп на основания ДНК аденин и цитозин. За это отвечают специальные ферменты – ДНК-метилтрансферазы. 

Полученные основания называются метиладенин и метоцитозин. При этом существует два варианта метилцитозина, в зависимости от того, где в молекуле присоединена метильная группа. Метилирование также можно обратить с помощью так называемых деметилаз. Этот процесс называется деметилированием. 

Функция метилирования ДНК

В зависимости от организма метилирование ДНК выполняет разные функции. У прокариот оно, в первую очередь, служит защитным механизмом от чужеродной ДНК и для исправления ошибок. У эукариот он «маркирует» активные и неактивные участки ДНК. 

У прокариот метилирование ДНК служит защитным механизмом для распознавания собственной и чужеродной ДНК. Чужеродная ДНК, например, попадает в организм с пищей путем фагоцитоза.

Чужеродная ДНК обычно не нужна и определенно может причинить вред живому существу. Следовательно, ДНК-метилтрансферазы обеспечивают маркировку чужеродной ДНК (паттерн метилирования). Другие ферменты (эндонуклеазы рестрикции) распознают этот паттерн и разрезают чужеродную ДНК. Это предотвращает случайное разрушение собственной ДНК. 

Эпигенетическое метилирование

Эпигенетическая модификация может быть вызвана факторами окружающей среды, такими как стресс, токсичные химические вещества или диета. Изменения, как правило, обратимы , но могут передаваться по наследству.

Метилирование ДНК является важным эпигенетическим регулирующим процессом. Помимо модифицированных оснований, белки (гистоны) наших хромосом также могут быть модифицированы путем метилирования, что также приводит к инактивации генов. 

Метилирование ДНК происходит во всех трех доменах живых существ (эукариоты , бактерии и археи ) в разных формах. У млекопитающих особенно важно метилирование цитозина. 

Метилирование ДНК и исправление ошибок

В случае деления клеток для роста или размножения генетический материал должен быть сначала размножен. Однако во время репликации ДНК также могут возникать ошибки. Для этого в клетках есть определенные ферменты, которые “бегают” по новой ДНК, чтобы обнаруживать и исправлять ошибки. Это похоже на компьютерную программу, которая проверяет написанный вами текст на наличие ошибок. 

Однако эти ферменты также должны распознавать, является ли цепь ДНК старой или новой. Вот тут-то и начинается метилирование: исходная цепь метилирована в соответствующих местах, а новообразованная — нет. Система особенно важна для бактерий. 

Метилирование ДНК как маркер

Метилирование ДНК создает маркированные участки на определенных частях ДНК.  То есть, метилирование «показывает» клетке, какие участки ДНК она может использовать, а какие нет. 

Таким образом, метилирование ДНК способствует регуляции и экспрессии генов. 

Значение метилирования ДНК

Метилирование ДНК может играть важную роль в развитии некоторых видов рака (например, рака толстой кишки). В раковых клетках, например, путем деметилирования активизируются «раковые гены» (онкогены), обеспечивающие чрезмерный рост клеток. В то же время гены, которые в норме предотвращают развитие рака, могут быть подавлены метилированием. Это неправильное регулирование может иметь серьезные последствия для организма.

Интересуетесь антивозрастной и превентивной медициной?
Чтобы стать лучшим - учитесь у лучших!
Эксперты со всего мира станут вашими наставниками на пути изучение Anti-Age Expert
Подробнее

Список литературы

  1. Salozhin SV, Prokhorchuk EB, Georgiev GP. Methylation of DNA of the Major Epigenetic Markers. Boichemistry. 2005; 70:525–532.
  2. Laird PW. The power and the promise of DNA methylation markers. Nature Rev Genet. 2003; 3:253–266.
  3. Robertson KD. DNA methylation and human disease. Nature Rev Genet. 2005; 6:597–610.
  4. Schulz W. Qualified Promised: DNA methylation assays for the detection and classification of human cancers. J. Biomed Biotechnol. 2005; 3:227–229.
  5. Guo J, Burguer M, Nimmrich I, Maiers S, Becker E, Gene B, et al. Differential DNA methylation of gene promoters in small B–cell lymphomas. Am J Clin Pathol. 2005; 124:430–439.

Статьи по теме

26.07.2021
Мутационная теория старения

Процессы старения неизбежны, однако десятилетиями ученые пытаются  их понять. Сегодня существует множество теорий о механизмах возрастных изменений, хотя ни одна из них не может в полной мере объяснить процесс старения, и они часто противоречат друг другу. Одна из таких гипотез - теория соматических мутаций, или мутационная теория.

02.04.2021
Эпигенетические часы: потенциал изучения
Паспортный возраст – единица условная, которая едва ли расскажет о состоянии здоровья человека. Ведь даже ровесники обычно выглядят и чувствуют себя по-разному, а значит, и процессы старения у всех протекают с разной скоростью.
05.11.2020
Биологический возраст: что это и как его определить

Люди стареют с разной скоростью, и теперь это научный факт. Исследователи из университета Дьюка (США) наблюдали за группой добровольцев и выяснили: процессы старения их организмов протекают с неодинаковой интенсивностью. Как вычислить свой биологический возраст, а главное – зачем?