• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Metylacja DNA

    Przeczytaj także...
    Lionizacja – losowa inaktywacja jednego z heterosomów, czyli chromosomów płci, na której polega mechanizm kompensacyjny determinacji płci somatycznej osobnika u człowieka i innych ssaków.Grupa alkilowa (alkil) – fragment organicznego związku chemicznego, jednowartościowa grupa utworzona formalnie przez oderwanie jednego atomu wodoru od cząsteczki alkanu. Oznacza się ją literą R (symbol "R" nie jest jednak jednoznaczny i może też oznaczać dowolną resztę chemiczną), a wzór ogólny to: CnH2n+1. Najprostszą z nich jest grupa metylowa (-CH3):
    Adenina (gr. ἀδήν aden – gruczoł), 6-aminopuryna – organiczny związek chemiczny z grupy puryn, jedna z pięciu zasad azotowych, wchodzących w skład podstawowych nukleotydów kwasów nukleinowych (DNA i RNA). W dwuniciowych kwasach nukleinowych adenina tworzy parę komplementarną z tyminą lub uracylem za pomocą dwóch wiązań wodorowych.

    Metylacja DNA – proces przyłączania grup alkilowych (metylowych) (-CH3) do zasad azotowych nukleotydów, w szczególności do cytozyny, rzadziej do adeniny (w pozycji 6). Produktem metylacji cytozyny jest zazwyczaj 5-metylocytozyna, czasem N-metylocytozyna. W proces ten zaangażowane są enzymy z grupy metylaz DNA.

    Imprinting genomowy, rodzicielskie piętno genomowe, naznaczenie genetyczne − polega na różnym stopniu metylacji genów w komórkach jajowych i komórkach plemnikowych. Gen jest metylowany na allelu pochodzącym od jednego z rodziców. Nakładanie imprintingu zachodzi w czasie gametogenezy. Wtedy jest znoszony wzór metylacji odziedziczony po rodzicach i nakładany nowy, zależny od płci. Do zmetylowango nukleotydu nie mogą się przyczepić czynniki transkrypcyjne, co powoduje wyciszenie genu.Euchromatyna to rozluźniona forma chromatyny. Zawiera głównie geny aktywne transkrypcyjnie. W wyniku kondensacji euchromatyny dochodzi do powstania chromatyny zwartej (heterochromatyny), która w okresach wzmożonej aktywności transkrypcyjnej może ponownie przekształcać się (dekondensować) w chromatynę luźną.
  • cytozyna

  • 5-metylocytozyna

  • N-cytozyna

  • Istnieje wiele technik służących do badania tego procesu. Przykładowo, można wykorzystać niektóre techniki immunocytochemiczne, ponieważ udało się opracować specyficzne przeciwciała zdolne do wiązania się z 5-metycytozyną.

    Metylacja jest odpowiedzialna za wiele procesów związanych z rozwojem organizmów – w szczególności za wytworzenie i utrzymywanie odpowiedniej specyfikacji tkankowej.

    Deaminacja (dezaminacja) - reakcja chemiczna polegająca na eliminacji z cząsteczki związku chemicznego grupy aminowej (-NH2), najczęściej z wydzieleniem amoniaku.Heterochromatyna jest częścią chromatyny w jądrze interfazowym, w której nić DNA jest szczególnie mocno upakowana. Jej cechą charakterystyczną jest ograniczenie udziału w procesie transkrypcji, co ma wpływ na ekspresję genów.

    Wzrost metylacji części regulatorowej genu może wywołać zahamowanie jego ekspresji; ogólnie zakłada się, że wysoka metylacja pewnych fragmentów chromatyny związana jest z jej częściową lub całkowitą inaktywacją transkrypcyjną. Innymi słowy duży odsetek zmetylowanych nukleotydów stanowi sygnał dla białek uczestniczących w regulacji struktury chromatyny nakazujący inicjację procesów kondensacji chromatyny, co jest równoznaczne z przemianą euchromatyny w niedostępna dla czynników transkrypcyjnych heterochromatynę. W związku z powyższym metylacja chromatyny stanowi jeden z najważniejszych mechanizmów odpowiedzialnych za regulację ekspresji genów w przypadku organizmów jądrowych.

    Czynnik transkrypcyjny jest białkiem wiążącym DNA na obszarze promotora bądź sekwencji wzmacniającej w specyficznym miejscu lub regionie, gdzie reguluje proces transkrypcji. Czynniki transkrypcyjne mogą być selektywnie aktywowane, bądź dezaktywowane przez inne białka, najczęściej na ostatnim etapie przekazywania sygnału w komórce.Gen (gr. γένος – ród, pochodzenie) – podstawowa jednostka dziedziczności determinująca powstanie jednej cząsteczki białka lub kwasu rybonukleinowego zapisana w sekwencji nukleotydów kwasu deoksyrybonukleinowego.

    U ssaków około 5% reszt cyzotynowych jest stale zmetylowanych, metylacja zachodzi zazwyczaj w dinukleotydowych sekwencjach CpG, często nazywanych "wyspami CpG". U roślin procent metylacji jest zazwyczaj większy – często wynosi on około 30%, proces ten może zachodzić w sekwencjach symetrycznych postaci wysp CpG i wysp CpNpG (gdzie N oznacza dowolny nukleotyd) oraz w sekwencjach niesymetrycznych w obrębie wysp CpNpN. Zazwyczaj metylacja u bezkręgowców obejmuje mniejszą część chromatyny, u niektórych organizmów takich jak Drosophila melanogaster nie zachodzi.

    Naprawa DNA – szereg procesów prowadzących do identyfikacji i naprawy zmian w cząsteczkach DNA w żywej komórce. W komórkach organizmów żywych procesy metaboliczne i czynniki środowiskowe mogą powodować uszkodzenie DNA. W każdej komórce codziennie ma miejsce nawet milion takich uszkodzeń. Wiele z nich powoduje trwałe zmiany w cząsteczce DNA, które mogą upośledzić albo pozbawić komórkę możliwości prawidłowej transkrypcji kodowanego przez uszkodzony fragment DNA genu. Inne uszkodzenia mogą skutkować potencjalnie groźną dla genomu komórki mutacją, dotyczącą tej komórki i wszystkich następnych powstałych z niej po podziałach. Oznacza to, że proces naprawy DNA w komórce musi być cały czas aktywny, by móc szybko i skutecznie niwelować skutki każdego uszkodzenia komórkowego DNA.Zasady azotowe – związki chemiczne, które posiadają w swoim składzie azot i jednocześnie wykazują własności zasadowe.

    Przede wszystkim, poziom ekspresji danego genu jest skorelowany z ilością zmetylowanego DNA w sekwencji promotora. Im stopień metylacji jest większy tym słabsza ekspresja danego genu. Należy zauważyć, że geny mogą być aktywowane lub wygaszane przez dodawanie bądź usuwanie grup metylowych. Przykładowa silna metylacja transgenu przed wprowadzeniem go do komórki zazwyczaj prowadzi do zahamowania jego transkrypcji. Natomiast wprowadzenie do sekwencji DNA azacytozyny, będącej analogiem cytozyny, który nie może być zmetylowany w pozycji 5 prowadzi do aktywacji uprzednio zablokowanego genu. U ssaków i u roślin podczas wczesnych faz rozwoju genom przechodzi zmiany swego profilu metylacji. W przypadku ssaków wzór metylacji jest wymazywany w zygocie i ponownie generowany w epiblaście przed rozpoczęciem gastrulacji. U roślin zmiany w profilu metylacji są spowodowane przez transpozony (które z kolei są blokowane przez proces metylacji). Istnieją co najmniej dwa mechanizmy, poprzez które metylacja może prowadzić do blokowania ekspresji genów. W pierwszym dodanie grupy metylowej (która w oczywisty sposób zmienia przestrzenną strukturę rozpatrywanej sekwencji DNA) uniemożliwia przyłączenie się czynnika transkrypcyjnego, który w efekcie nie rozpoznaje swej docelowej sekwencji. W drugim mechanizmie zmetylowanie DNA prowadzi do przyłączenia specyficznych białek pokrywających DNA, co także uniemożliwia czynnikom transkrypcyjnym dostęp do chromatyny. Obecnie udało się wyizolować i zbadać właściwości wielu białek wiążących się do zmetylowanych sekwencji DNA.

    Chromatyna (chromatinum) – włóknista substancja występująca w jądrze komórkowym, zbudowana z DNA, histonów i niehistonowych białek. Stanowi główny składnik chromosomów. U bakterii również występuje chromatyna.Enzymy – wielkocząsteczkowe, w większości białkowe, katalizatory przyspieszające specyficzne reakcje chemiczne poprzez obniżenie ich energii aktywacji.

    Powszechnie uważa się, że metylacja DNA jest konsekwencją wyciszania transkrypcji, a nie czynnikiem inicjującym ten proces. Powstało kilka teorii tłumaczących rolę tego procesu; może ona blokować ogólne mechanizmy kontroli ekspresji genów, a także stanowić ochronę przed transkrypcją różnych form inwazyjnego DNA. Zarówno u roślin jak i u zwierząt transgeny często są poddawane metylacji de novo co powoduje utratę ich funkcji.

    Transpozon − sekwencja DNA, która może przemieszczać się na inną pozycje w genomie tej samej komórki w wyniku procesu zwanego transpozycją. Transpozycja często powoduje mutacje i może zmieniać ilość DNA w genomie. Transpozony są także nazywane "wędrującymi genami" lub "skaczącymi genami" (ang. jumping genes) oraz "mobilnymi elementami genetycznymi" (ang. mobile genetic elements). Za badania nad transpozonami u kukurydzy, powodującymi zmiany ubarwienia nasion, Barbara McClintock otrzymała Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w roku 1983.Genom – materiał genetyczny zawarty w podstawowym (haploidalnym) zespole chromosomów. Termin mylony jest z genotypem, czyli całością informacji genetycznej zawartej w chromosomach organizmu.

    Zazwyczaj mamy do czynienia z tzw. metylacją symetryczną (sekwencje postaci CpG lub CpNpG), te same sekwencje są metylowane w obu niciach DNA, (jeżeli będą odczytywane w przeciwległych kierunkach). Takie rozwiązanie znacznie ułatwia przekazywanie niezmienionego wzorca metylacji komórkom potomnym. Należy zauważyć, że zachowanie niezmienionego profilu metylacji jest konieczne do utrzymania prawidłowego profilu ekspresji białek w danej komórce. Jednakże ogólne zmiany we wzorze metylacji, zachodzące podczas wczesnego rozwoju ssaków muszą być związane z aktywnością de novo odpowiednich metylaz. Wzór metylacji ustala się jedynie raz w określonej linii komórek i następnie jest on sukcesywnie przekazywany w czasie kolejnych rund replikacyjnych poprzez aktywność innych metylaz DNA, zdolnych do rozpoznawania hemimetylowanego DNA (to znaczy takiego, w którym jedynie jedna nić zawiera zmetylowane nukleotydy). Udało się wyizolować kilka takich enzymów.

    Nowotwór (łac. neoplasma, skrót npl – z greckiego neoplasia) – grupa chorób, w których komórki organizmu dzielą się w sposób niekontrolowany przez organizm, a nowo powstałe komórki nowotworowe nie różnicują się w typowe komórki tkanki. Utrata kontroli nad podziałami jest związana z mutacjami genów kodujących białka uczestniczące w cyklu komórkowym: protoonkogenów i antyonkogenów. Mutacje te powodują, że komórka wcale lub niewłaściwie reaguje na sygnały z organizmu. Powstanie nowotworu złośliwego wymaga kilku mutacji, stąd długi, ale najczęściej bezobjawowy okres rozwoju choroby. U osób z rodzinną skłonnością do nowotworów część tych mutacji jest dziedziczona.Antyonkogen, inaczej gen supresorowy – gen działający hamująco na procesy proliferacji komórkowej (geny bramkowe) bądź stabilizująco na procesy utrzymujące stabilność genetyczną komórki (geny opiekuńcze).

    Poprzez metylację DNA kontrolowane są istotne procesy związane z rozwojem organizmów, takie jak imprinting oraz inaktywacja chromosomu X. Zaburzenia metylacji DNA mogą doprowadzić do przemiany nowotworowej komórki (na przykład w wyniku wyłączenia ekspresji niektórych genów supresorowych nowotworów). Badanie wzorca metylacji możliwe jest m.in. poprzez zastosowanie zmodyfikowanej reakcji PCR. Ponieważ większość tkanek posiada specyficzny dla siebie wzór metylacji pojawiły się pomysły na zastosowanie tego rodzaju badań w diagnostyce nowotworów.

    Uracyl (z łac. urina = mocz i acetum = ocet) − organiczny związek chemiczny, jedna z pirymidynowych zasad azotowych wchodzących w skład nukleotydów RNA. W połączeniu z rybozą tworzy nukleozyd urydynę. Reszta uracylu tworzy komplementarną parę z resztą adeniny w RNA. Pochodne uracylu (na przykład 5-fluorouracyl) stosowane są jako leki w onkologii.Analog - związek chemiczny, w którym jeden lub kilka atomów zostało zastąpionych innymi atomami w stosunku do związku macierzystego, natomiast struktura pozostała niezmieniona.

    ]

    Deaminacja niemodyfikowanej cytozyny prowadzi do uracylu, który jest rozpoznawany przez enzymy naprawcze DNA (→ Naprawa DNA); natomiast w wyniku deaminacji 5-metylocytozyny powstaje tymina, co prowadzić może do mutacji typu tranzycji.

    Zarówno cytozyna, jak i 5-metylocytozyna ulegają deaminacji pod wpływem kwasu azotawego, natomiast wodorosiarczyny deaminują jedynie cytozynę. Pozwala to na analizę metylacji DNA za pomocą sekwencjonowania wodorosiarczynowego.

    Bibliografia[]

  • R.M. Twyman Krótkie wykłady. Biologia rozwoju Wyd. PWN Warszawa 2003.
  • Piotr Węgleński (red) Genetyka molekularna, wydanie 2 poprawione Wyd. PWN Warszawa 2006
  • Przypisy

    1. Elias Daura-Oller, Maria Cabre, Miguel A Montero, Jose L Paternain, and Antoni Romeu (2009)"Specific gene hypomethylation and cancer: New insights into coding region feature trends". Bioinformation. 2009; 3(8): 340–343.PMID PMC2720671
    2. Clark SJ, Harrison J, Paul CL, Frommer M, "High sensitivity mapping of methylated cytosines", Nucleic Acids Res., 22, 2990-2997, 1994, PMID 8065911
    Tranzycja – zmiana prawidłowych nukleotydów w DNA na inne w ramach jednej grupy zasad azotowych (puryn lub pirymidyn) - adeniny na guaninę, a cytozyny na tyminę (i na odwrót). Jeden z rodzajów mutacji genowych. Zarówno tranzycja jak i transwersja należą do typu mutacji jakim są substytucje.Promotor – odcinek DNA, położony zazwyczaj powyżej sekwencji kodującej genu, który zawiera sekwencje rozpoznawane przez polimerazę RNA zależną od DNA. Po połączeniu się polimerazy RNA z promotorem rozpoczyna się transkrypcja (proces przepisywania informacji genetycznej z DNA na RNA). Promotory eukariotyczne zawierają także sekwencje rozpoznawane przez czynniki transkrypcyjne, które wiążąc się z DNA umożliwiają związanie się polimerazy RNA z nicią DNA i rozpoczęcie transkrypcji. Promotor może mieć długość od kilkudziesięciu do kilkuset nukleotydów.



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Ssaki (Mammalia) – zwierzęta należące do kręgowców, charakteryzujące się głównie występowaniem gruczołów mlekowych u samic, zazwyczaj obecnością owłosienia (włosy lub futro; silnie zredukowane u gatunków wodnych, jak hipopotamy, u waleni całkowicie zanikają przed porodem lub w trakcie) oraz stałocieplnością (potocznie "ciepłokrwistość"). Większość ssaków utrzymuje temperaturę w granicach 36-39 °C. Stałocieplność umożliwia aktywny tryb życia w różnych środowiskach – od mroźnych obszarów podbiegunowych do gorących tropików. Futro i tłuszcz pomagają uchronić się przed zimnem, a wydzielanie potu i szybki oddech pomagają pozbyć się nadmiernego ciepła.
    Transgen - gen lub materiał genetyczny przeniesiony z komórek jednego organizmu do innego (także z wirusów) drogą naturalną lub metodami inżynierii genetycznej. Bardziej precyzyjnie termin ten jest używany zwykle tylko wobec genów, czyli DNA kodującego informację o sekwnecji białka lub RNA.
    Zwierzęta (Animalia) – królestwo obejmujące wielokomórkowe organizmy cudzożywne o komórkach eukariotycznych, bez ściany komórkowej, w większości zdolne do aktywnego poruszania się. Są największym i najbardziej zróżnicowanym gatunkowo królestwem organizmów. Największą grupę zwierząt stanowią bezkręgowce, a wśród nich owady. Drugą, obok bezkręgowców, grupą zwierząt są kręgowce. Wśród nich tradycyjnie wyróżnia się ryby, płazy, gady, ptaki i ssaki, do których należy również człowiek.
    Ekspresja genu (ang. gene expression) – proces, w którym informacja genetyczna zawarta w genie zostaje odczytana i przepisana na jego produkty, które są białkami lub różnymi formami RNA.
    Kwas azotawy (nazwa Stocka: kwas azotowy(III)), HNO2 – nieorganiczny związek chemiczny, umiarkowanie słaby i nietrwały kwas tlenowy.
    Replikacja DNA − proces, w którym podwójna nić DNA (podwójna helisa) ulega skopiowaniu. Replikacja jest semikonserwatywna (półzachowawcza) - w każdej z dwóch uzyskanych podwójnych nici DNA będzie jedna nić macierzysta i jedna nowa. Nie licząc niewielkiego prawdopodobieństwa (ok. 1 błąd na 10 nukleotydów, dla porównania błąd transkrypcji - 1 na 10) wystąpienia błędu obie cząsteczki DNA będą identyczne. Proces ten zachodzi podczas interfazy (w fazie S).
    Wywilżna karłowata, drozofila karłówka, muszka owocowa, wywilżnia, wywilżanka, drozofila, octówka (Drosophila melanogaster) – niewielki owad (wielkości 2–3 mm) z rzędu muchówek. Jest gatunkiem należącym do bezkręgowych organizmów modelowych. Został użyty przez Thomasa Morgana w badaniach nad chromosomową teorią dziedziczności. Owad ten jest też jednym z pierwszych zwierząt wykorzystywanych w bioastronautyce – od 1952 w lotach balonowych w górne warstwy atmosfery – i pierwszym zwierzęciem umieszczonym przez ludzi w przestrzeni kosmicznej (20 lutego 1947).

    Reklama