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.
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.
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.
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.
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 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.
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.