Pokaż cały numer - FPN - Farmaceutyczny PrzeglÄ d Naukowy

copyright © 2010 Grupa dr. A. R. Kwiecińskiego ISSN 1425-50735-metylocytozyna jest nazywana piątym składnikiemDNA, obok adeniny, guaniny, cytozyny oraz tyminy [5].Grupa metylowa, składająca się z węgla, trzech atomówwodoru oraz jednego elektronu, ma silne powinowactwo dozasady pirymidynowej DNA – cytozyny. Specyficzne enzymy,należące do metylotransferaz katalizują reakcję przyłączeniagrupy metylowej do węgla w pozycji 5 pierścieniacytozyny w obrębie dinukleotydu CpG. Enzymami tymi są:DNMT1, DNMT3a oraz DNMT3b (DNMT- DNA Methyl-Transferase) [3, 6-8]. Dwa ostatnie ustalają wzór metylacjiw czasie embriogenezy [3]. Donorem grup metylowychw powyższej reakcji jest S-adenozylometionina (SAM) [7].W ustalaniu wzoru metylacji, biorą udział również demetylazy,enzymy odłączające potrzebne grupy ze składnikówpokarmowych w nie bogatych [3, 7, 9].Zmetylowana cytozyna tworząca regularne wiązania wodorowetypu Watsona-Cricka, rozproszona jest niemal w całymgenomie [1, 3]. Istnieją jednak sekwencje DNA, bogatew dinukleotydy CpG, które nie ulegają metylacji. Miejscatakie, zwane wyspami CpG, zlokalizowane są w regionachpromotorowych genów mających znaczenie dla podstawowychfunkcji komórki. W genomie człowieka stwierdzonookoło 29000 wysp CpG (1-2% całego genomu) [1, 3, 7, 10,11]. Prawidłowe komórki posiadają mechanizmy chroniącewyspy przed metylacją. Działają one na wszystkich etapachrozwoju i we wszystkich typach komórek. Jeżeli mechanizmytakie ulegną zaburzeniu, wówczas następują istotnezmiany w profilu metylacji DNA.Zmiany stopnia metylacji DNACzynniki mutagenne, a także stres, głównie oksydacyjnymogą doprowadzić do dramatycznych w skutkach transformacji,tj. zwiększenia bądź zmniejszenia stopnia metylacji[2, 5, 11]. Pierwsza zmiana, czyli hipermetylacja, dotyczyzazwyczaj metylacji wysp CpG, które w zdrowym genomienie ulegają temu procesowi. Konsekwencją jest „wyciszenie”funkcji genów [1, 3, 7]. W przypadku nowotworówzjawisku temu ulegają geny supresorowe, czyli geny, którychprawidłowe produkty ograniczają tempo podziałów komórkowych[1, 3]. Ponadto w wyniku nadmiernej metylacjiwysp CpG, dochodzić może do wystąpienia mutacji punktowychCG do TG. 5-metylocytozyna wykazuje bowiemwiększą skłonność do spontanicznej deaminacji w tyminę,aniżeli cytozyna w formie niezmetylowanej [3, 5, 11].Z kolei w przypadku hipometylacji obserwujemy globalneobniżenie metylacji regionów normalnie podlegających tejreakcji. Ten rodzaj zmian epigenetycznych skojarzony bywaz demetylacją regionów promotorowych onkogenów [1, 3].Wyniki przeprowadzonych dotychczas badań wykazały korelacjęmiędzy stopniem metylacji a występowaniem nowotworówmózgu. Ilość 5-metylocytozyny jest odwrotnie proporcjonalnado stopnia złośliwości guzów mózgu [5].Rola metylacji DNAZmiany o podłożu epigenetycznym zachodzą już u organizmówprokariotycznych, przy czym dotyczą trzech typówmetylacji. Produktami tego procesu, obok 5-metylocytozynysą N-metylocytozyna oraz N-metyloadenina [12]. Na podstawieidentyfikacji miejsc przyłączania grup metylowychw genomie bakterii, stwierdzono, że metylacja uczestniczyw fundamentalnych procesach komórkowych. Bierze udziałw kierowaniu cyklem komórkowym oraz replikacji DNA,reguluje poziom ekspresji genów, wreszcie jest czynnikiemumożliwiającym odróżnienie własnego DNA od obcego[12, 13].Szacuje się, że u ssaków około 5% wszystkich cytozynjest trwale zmetylowanych. U roślin poziom tego procesujest znacznie wyższy i sięga nawet 30%. Z kolei u bezkręgowcówmetylacja obejmuje znacznie mniejszą część chromatyny,a u niektórych z nich jak u Drosophila melanogasternie zachodzi w ogóle [6, 13].Zdolność wyciszania bądź pobudzania poszczególnychgenów, jest szczególnie istotna w okresie rozwoju embrionalnegoorganizmu. A zaznaczyć należy, że we wczesnychfazach rozwojowych, genom przechodzi zmiany profilu metylacji.W zygocie niemal wszystkie niegenetyczne zapisy sąusuwane. Dopiero w piątym miesiącu płód generuje nowykod epigenetyczny, w tym już ostateczny wzór metylacjiDNA [4, 7, 8]. Jednakże w trakcie odtwarzania epigenomuzdarzają się błędy. Dowodem na to może być brak współwystępowaniachorób u bliźniąt jednojajowych. Mimo iż bliźniętamają identyczną sekwencję DNA, to często obserwujesię ujawnienie choroby o podłożu genetycznym (np. chorobaafektywna dwubiegunowa, schizofrenia) tylko u jednegoz nich. Do zmian w zapisie epigenomu dochodzi takżew okresie rozwoju i starzenia się organizmu [4, 8].Dowodem przemawiającym o wadze procesów epigenetycznychsą także wyniki badań, przeprowadzonych na embrionalnychkomórkach macierzystych, którym wyłączonojeden z enzymów odpowiedzialnych za przyłączanie grupymetylowej do cytozyny. Spowodowało to uaktywnienie sięwielu transpozonów, doprowadzając tym samym do dziesięciokrotnegowzrostu mutacji w badanych komórkach [8, 9].Pożywienie a zmiany epigenetyczneTę silną zależność potwierdziły badania przeprowadzonena myszach agouti (o brązowozłotym umaszczeniu). Jednejz grup ciężarnych myszy podawano pokarm standardowy –około 60% ich potomstwa miało jasną sierść. Druga grupakarmiona była paszą bogatą w kobalaminę, kwas foliowyi inne źródła grup metylowych, co spowodowało nasilenieprocesu metylacji DNA. To wystarczyło, aby młode myszymiały ciemnobrązowe futro i nie ujawniały predyspozycji dootyłości, cukrzycy i raka. Zatem kobalamina, kwas foliowy,cholina czy betaina poprzez dostarczenie grup metylowych,zarówno do syntezy DNA, jak i zachowania już ustalonegowzoru metylacji, pełnią fundamentalną rolę w utrzymaniustabilności tej struktury. Brak w diecie kwasu foliowego powodujeakumulację uracylu, który wbudowując się w miejscetyminy, zaburza prawidłową sekwencje i w konsekwencjiprowadzić może nawet do złamania chromosomu. Wrazz kobalaminą odpowiada on również za prawidłową syntezętyminy, a także przemianę homocysteiny w metioninę. Skutkiemnagromadzenia się homocysteiny jest wzrost ryzykawystąpienia chorób naczyniowych i nieprawidłowości rozwojowychoraz neurologicznych [2, 9]. Wykazano równieżciekawą zależność pomiędzy produktami zawierającymi21