Μεθυλίωση DNA

Η μεθυλίωση είναι μια χημική διαδικασία στην οποία μια ομάδα μεθυλίου μεταφέρεται από ένα μόριο σε άλλο μόριο. Στο Μεθυλίωση DNA Μια ομάδα μεθυλίου συνδέεται με ένα συγκεκριμένο μέρος του DNA και έτσι αλλάζει ένα δομικό στοιχείο του γενετικού υλικού.

Τι είναι η μεθυλίωση του DNA;

Στη μεθυλίωση του DNA, μια ομάδα μεθυλίου προσκολλάται σε ορισμένα νουκλεοτίδια στο DNA. Το DNA, επίσης γνωστό ως DNA ή δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ, είναι ο φορέας γενετικών πληροφοριών. Με τη βοήθεια των πληροφοριών που είναι αποθηκευμένες στο DNA, μπορούν να παραχθούν πρωτεΐνες.

Η δομή του DNA αντιστοιχεί σε εκείνη μιας σκάλας με σχοινιά, με την οποία οι στοίβες της σκάλας σχοινιού στρίβονται με ελικοειδή τρόπο, δημιουργώντας τη λεγόμενη δομή διπλής έλικας. Τα πλαϊνά μέρη της σκάλας είναι κατασκευασμένα από υπολείμματα ζάχαρης και φωσφορικών. Τα σκαλοπάτια της σκάλας αντιπροσωπεύουν οργανικές βάσεις και οι βάσεις του DNA είναι αδενίνη, κυτοσίνη, γουανίνη και θυμίνη.

Δύο βάσεις συνδέονται η καθεμία ως ζεύγος για να σχηματίσουν ένα κλιμακοστάσιο. Τα ζεύγη βάσεων σχηματίζονται το καθένα από δύο συμπληρωματικές βάσεις: αδενίνη και θυμίνη καθώς και κυτοσίνη και γουανίνη. Ένα νουκλεοτίδιο είναι ένα μόριο που σχηματίζεται από ένα φωσφορικό, ένα σάκχαρο και ένα βασικό συστατικό. Στη μεθυλίωση του DNA, ειδικά ένζυμα, οι μεθυλοτρανσφεράσες, συνδέουν μια μεθυλική ομάδα στη βασική κυτοσίνη. Έτσι δημιουργείται η μεθυλκυτοσίνη.

Λειτουργία & εργασία

Οι μεθυλίωση του DNA θεωρούνται δείκτες που επιτρέπουν στο κύτταρο να χρησιμοποιεί ή να μην χρησιμοποιεί συγκεκριμένες περιοχές του DNA. Αντιπροσωπεύουν έναν μηχανισμό ρύθμισης των γονιδίων, επομένως θα μπορούσαν επίσης να ονομαστούν διακόπτες on / off, καθώς στις περισσότερες περιπτώσεις η μεθυλίωση μιας βάσης αποτρέπει ένα αντίγραφο του προσβεβλημένου γονιδίου κατά τη μεταγραφή του DNA.

Η μεθυλίωση DNA διασφαλίζει ότι το DNA μπορεί να χρησιμοποιηθεί με διαφορετικούς τρόπους χωρίς να αλλάξει η ίδια η αλληλουχία DNA. Η μεθυλίωση δημιουργεί νέες πληροφορίες για το γονιδίωμα, δηλαδή το γενετικό υλικό. Κάποιος μιλά για ένα επιγενές και τη διαδικασία της επιγενετικής. Το επιγενές εξηγεί γιατί διαφορετικά κύτταρα μπορούν να παράγουν πανομοιότυπες γενετικές πληροφορίες. Για παράδειγμα, μια μεγάλη ποικιλία τύπων ιστών μπορεί να προκύψει από ανθρώπινα βλαστικά κύτταρα. Ένα ολόκληρο άτομο μπορεί ακόμη και να βγει από το ατομικό ωάριο. Το επιγενές του κυττάρου αποφασίζει ποια μορφή και λειτουργία παίρνει. Τα επισημασμένα γονίδια δείχνουν στο κελί τι να κάνουν για αυτό. Ένα μυϊκό κύτταρο χρησιμοποιεί μόνο τα επισημασμένα τμήματα του DNA που σχετίζονται με αυτό για την εργασία του. Τα νευρικά κύτταρα, τα καρδιακά κύτταρα ή τα κύτταρα στους πνεύμονες κάνουν το ίδιο.

Οι σημάνσεις από τις ομάδες μεθυλίου είναι εύκαμπτες. Μπορούν να αφαιρεθούν ή να μετακινηθούν. Αυτό θα έκανε το τμήμα του DNA που είχε απενεργοποιηθεί προηγουμένως να ενεργοποιηθεί ξανά. Αυτή η ευελιξία είναι απαραίτητη επειδή υπάρχει μια συνεχής αλληλεπίδραση μεταξύ του γονιδιώματος και του περιβάλλοντος. Η μεθυλίωση του DNA δέχεται αυτές τις περιβαλλοντικές επιδράσεις.

Οι μεθυλίωση του DNA μπορούν επίσης να είναι σταθερές και μεταδίδονται από τη μία γενιά κυττάρων στην επόμενη. Σε ένα υγιές σώμα, μόνο τα σπλήνα μπορούν να αναπτυχθούν στον σπλήνα. Αυτό εξασφαλίζει ότι ο αντίστοιχος φορέας μπορεί να εκπληρώσει τα καθήκοντά του.

Οι επιγενετικές αλλαγές δεν μπορούν μόνο να μεταφερθούν από το ένα κύτταρο στο άλλο, αλλά και από τη μία γενιά στην άλλη. Για παράδειγμα, τα σκουλήκια κληρονομούν ανοσία σε ορισμένους ιούς μέσω μεθυλίωσης DNA.

Ασθένειες και παθήσεις

Παθολογικές αλλαγές στο επιγενές έχουν μέχρι στιγμής εντοπιστεί σε πολλές ασθένειες και έχουν αναγνωριστεί ως η αιτία ασθενειών στους τομείς της ανοσολογίας, της νευρολογίας και, ειδικότερα, της ογκολογίας.

Σε ιστούς που επηρεάζονται από καρκίνο, εντοπίζονται ελαττώματα στην ακολουθία του DNA και ελαττώματα στο επιγενές. Ένα μη φυσιολογικό πρότυπο μεθυλίωσης DNA παρατηρείται συχνά σε όγκους. Η μεθυλίωση μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί. Και οι δύο έχουν εκτεταμένες συνέπειες για το κύτταρο. Σε περίπτωση αυξημένης μεθυλίωσης, δηλ. Υπερμεθυλίωσης, τα λεγόμενα γονίδια καταστολής όγκων μπορούν να απενεργοποιηθούν. Τα γονίδια καταστολής όγκου ελέγχουν τον κυτταρικό κύκλο και μπορούν να προκαλέσουν προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο του κατεστραμμένου κυττάρου εάν υπάρχει απειλή εκφυλισμού των κυττάρων. Εάν τα γονίδια καταστολής όγκων είναι ανενεργά, τα καρκινικά κύτταρα μπορούν να πολλαπλασιαστούν χωρίς εμπόδια.

Με μειωμένη τοπική μεθυλίωση (υπομεθυλίωση), επιβλαβή στοιχεία DNA μπορούν να ενεργοποιηθούν ακούσια. Στην περίπτωση λανθασμένης επισήμανσης από τις ομάδες μεθυλίου, κάποιος μιλά επίσης για έναν επιμετάλλωση. Αυτό οδηγεί σε αστάθεια του γονιδιώματος.Ορισμένες καρκινογόνες ουσίες έχει αποδειχθεί ότι παρεμβαίνουν στη διαδικασία μεθυλίωσης στα κύτταρα.

Οι αλλαγές στα πρότυπα μεθυλίωσης διαφέρουν από καρκίνο σε καρκίνο. Για παράδειγμα, ένας ασθενής με καρκίνο του ήπατος έχει διαφορετικά επίπεδα μεθυλίωσης από έναν ασθενή με καρκίνο του προστάτη. Με αυτόν τον τρόπο, οι ερευνητές μπορούν όλο και περισσότερο να ταξινομούν τους όγκους με βάση το μοτίβο μεθυλίωσης. Οι ερευνητές μπορούν επίσης να δουν πόσο έχει προχωρήσει ένας όγκος και πώς καλύτερα να τον θεραπεύσει. Ωστόσο, η ανάλυση της μεθυλίωσης του DNA ως διαγνωστική και θεραπευτική μέθοδος δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί πλήρως, έτσι ώστε να περάσουν λίγα χρόνια πριν οι μέθοδοι μπορούν πραγματικά να χρησιμοποιηθούν εκτός της περιοχής έρευνας.

Μια πολύ ειδική ασθένεια που προέρχεται από τη μεθυλίωση είναι το σύνδρομο ICF. Υπάρχει μια μετάλλαξη στο DNA μεθυλοτρανσφεράση, το ένζυμο που συνδέει τις μεθυλ ομάδες με τα νουκλεοτίδια. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει υπομεθυλίωση του DNA σε εκείνους που επηρεάζονται. Το αποτέλεσμα είναι επαναλαμβανόμενες λοιμώξεις λόγω ανοσολογικής ανεπάρκειας. Επιπρόσθετα, μπορεί να προκύψουν μικρό ανάστημα και αποτυχία ανάπτυξης.