Metilēšana ir ķīmisks process, kurā metilgrupu pārnes no vienas molekulas uz otru. Iekš DNS metilēšana Metilgrupa savienojas ar noteiktu DNS daļu un tādējādi maina ģenētiskā materiāla celtniecības bloku.
Kas ir DNS metilēšana?
DNS metilēšanā metilgrupa piesaistās noteiktiem DNS nukleotīdiem. DNS, ko sauc arī par DNS vai dezoksiribonukleīnskābi, ir ģenētiskās informācijas nesējs. Izmantojot DNS glabāto informāciju, var ražot olbaltumvielas.
DNS struktūra atbilst virvju kāpņu struktūrai, kurā virvju kāpņu stiles ir savītas spirālveidā, izveidojot tā saucamo dubultās spirāles struktūru. Virvju kāpņu sānu daļas ir izgatavotas no cukura un fosfātu atlikumiem. Virvju kāpņu pakāpieni attēlo organiskās bāzes.DNS bāzes ir adenīns, citozīns, guanīns un timīns.
Divas pamatnes katra savieno kā pāri, veidojot virvju kāpņu kārtu. Pamatu pārus veido divas komplementāras bāzes: adenīns un timīns, kā arī citozīns un guanīns. Nukleotīds ir molekula, kas veidojas no fosfāta, cukura un bāzes komponenta. Veicot DNS metilēšanu, īpašie fermenti, metiltransferāzes, metilgrupu pievieno citozīnam. Tas ir veids, kā tiek izveidots metilcitozīns.
Funkcija un uzdevums
DNS metilējumi tiek uzskatīti par marķieriem, kas ļauj šūnai izmantot noteiktus DNS apgabalus vai tos neizmantot. Tie ir gēnu regulēšanas mehānisms, tāpēc tos varētu saukt arī par ieslēgšanas / izslēgšanas slēdzi, jo vairumā gadījumu bāzes metilēšana novērš skartā gēna kopiju DNS transkripcijas laikā.
DNS metilēšana nodrošina, ka DNS var izmantot dažādos veidos, nemainot pašu DNS secību. Metilēšana rada jaunu informāciju par genomu, t.i., ģenētisko uzbūvi. Viens runā par epigenomu un epigenetikas procesu. Epigenoms izskaidro, kāpēc dažādas šūnas var ģenerēt identisku ģenētisko informāciju. Piemēram, no cilvēka cilmes šūnām var rasties ļoti dažādi audu veidi. No atsevišķas olšūnas var izdalīties vesels cilvēks. Šūnas epigenoms nosaka, kuru formu un funkciju tā uzņem. Atzīmētie gēni parāda šūnai, ko darīt tās labā. Muskuļu šūna izmanto tikai marķētās DNS sadaļas, kas tai ir svarīgas tās darbam. Nervu šūnas, sirds šūnas vai plaušu šūnas rīkojas tāpat.
Metilgrupu marķējumi ir elastīgi. Tos var noņemt vai pārvietot. Tas atkal deaktivizētu iepriekš deaktivizēto DNS segmentu. Šī elastība ir nepieciešama, jo pastāv pastāvīga mijiedarbība starp genomu un vidi. DNS metilēšana ņem vērā šo vides ietekmi.
DNS metilācijas var būt arī stabilas, un tās tiek nodotas no vienas paaudzes šūnām uz nākamo. Veselā ķermenī liesā kādreiz var attīstīties tikai liesas šūnas. Tas nodrošina, ka attiecīgā iestāde var izpildīt savus uzdevumus.
Epiģenētiskās izmaiņas var ne tikai pārnest no vienas šūnas uz nākamo, bet arī no vienas paaudzes uz nākamo. Piemēram, tārpi manto imunitāti pret noteiktiem vīrusiem, izmantojot DNS metilēšanu.
Slimības un kaites
Patoloģiskas izmaiņas epigenomā līdz šim ir pierādītas daudzās slimībās un identificētas kā slimību cēlonis imunoloģijas, neiroloģijas un jo īpaši onkoloģijas jomā.
Audos, kurus ietekmē vēzis, papildus DNS secības defektiem epigenomā gandrīz vienmēr ir arī kļūdas. Audzējos bieži novēro patoloģisku DNS metilācijas modeli. Metilēšanu var palielināt vai samazināt. Abiem ir tālejošas sekas šūnai. Ar paaugstinātu metilēšanu, t.i., hipermetilāciju, var inaktivizēt tā sauktos audzēju nomācošos gēnus. Audzēju slāpētāju gēni kontrolē šūnu ciklu un var izraisīt ieprogrammētu bojātas šūnas nāvi, ja pastāv šūnu deģenerācijas draudi. Ja audzēja slāpētāja gēni ir neaktīvi, audzēja šūnas var netraucēti vairoties.
Ar samazinātu lokālo metilēšanu (hipometilāciju) kaitīgus DNS elementus var nejauši aktivizēt. Nepareizas metilgrupu marķēšanas gadījumā runā arī par epimutāciju. Tas noved pie genoma nestabilitātes.Ir pierādīts, ka dažas kancerogēnas vielas traucē metilēšanas procesu šūnās.
Metilācijas modeļa izmaiņas dažādiem vēža pacientiem ir atšķirīgas. Piemēram, pacientam ar aknu vēzi ir atšķirīgas metilācijas nekā pacientam ar prostatas vēzi. Tādā veidā pētnieki arvien vairāk var klasificēt audzējus, pamatojoties uz to metilēšanas modeli. Pētnieki var arī redzēt, cik tālu audzējs ir progresējis un kā to vislabāk ārstēt. Tomēr DNS metilācijas kā diagnostikas un terapeitiskās metodes analīze vēl nav pilnībā izstrādāta, tāpēc paies daži gadi, pirms metodes patiešām varēs izmantot ārpus izpētes zonas.
Ļoti īpaša slimība, kuras izcelsme ir metilēšana, ir ICF sindroms. DNS metiltransferāzē ir mutācija, t.i., fermentā, kas metilgrupas savieno ar nukleotīdiem. Rezultātā ietekmētajos notiek nepietiekama DNS metilācija. Sekas ir atkārtotas infekcijas imūndeficīta dēļ. Turklāt var rasties īss augums un nespēja zelt.
