Метилирование представляет собой присоединение одного углеродного и трех водородных атомов к другой молекуле. Это явление считается последним словом в сфере здравоохранения. Он сопровождает осуществление практически всех функций организма.
Функции
Метильные группы (углеродные и водородные атомы) участвуют в:
- Ответе организма на стрессовые ситуации.
- Выработке и переработке глутатиона. Он выступает в качестве ключевого антиоксиданта в организме.
- Детоксикации гормонов, тяжелых металлов и химических соединений.
- Контроле воспалительных процессов.
- Ремонте поврежденных клеток.
- Иммунном ответе и его регулировании, борьбе с вирусами и инфекциями, контроле выработки Т-элементов.
Немаловажное значение имеет и процесс метилирования ДНК. Рассмотрим его подробнее.
Эпигенетический контроль развития
Метилирование ДНК способствует передаче паттернов следующему поколению клеток при митозе. Сравнительно недавно было установлено, что процесс присоединения групп атомов в терминально-дифференцированных структурах имеет определенную связь с формированием памяти и синаптической пластичностью. К. Миллер и Д. Свит исследовали метилирование ДНК. Изучение явления привело их к выводу о том, что активность дезоксирибонуклеиновокислотной метилазы значительно возрастает у животных в ходе запоминания новой информации. Это способствует снижению экспрессии генов, которыми подавляются процессы памяти. Кроме этого, авторы указывают еще на одно явление. Исследователи сообщают, что на активацию гена протеина рилина, способствующего изменению синаптических связей и участвующего в патологическом течении шизофрении, влияет формирование памяти. При этом обуславливающим фактором являются демиталазы-энзимы, обеспечивающие деметилирование ДНК (высвобождение от метильных групп). Установленные факты позволяют сделать важнейший вывод. Метилирование ДНК как один из эпигенетических механизмов, а также обратное ему явление, играют существенную роль при хранении информации и запоминании. Эту идею подтверждают результаты исследования группы Э. Коста. Было установлено, что демитилирование генов глутаматдекарбоксилазы и рилина может обуславливаться у мышей небольшими молекулами, которые вмешиваются в установку ДНК в ядре. Эти исследования указывают не только о возможности изменения сложившегося представления о формировании памяти. Они указывают также и на то, что считавшееся ранее перманентным метилирование ДНК является динамическим. Более того, оно может применяться в терапии.
Особенности
Идею о том, что память и метилирование ДНК имеют определенную связь, нельзя назвать новой. Ранее уже была установлена обусловленность синаптической передачи ацетилированием гистонов. Они формируют скелет, на который навивается ДНК. Ацетилирование приводит к снижению сродства гистонов с нуклеиновыми кислотами. В результате открывается доступ к ДНК и другим белкам, связанным, в том числе, с активацией генов. В действительности, гистон-ацетилотрансферазная активность CREBBP (связывающего белка), выступающего как ключевой транскрипционный фактор нейронов, связывалась с воздействием этого протеина на запоминание. Кроме того, было выявлено усиление памяти долговременного характера в процессе использования ингибиторов гистон-дезацетилаз. Оно приводило к ускорению ацетилирования гистонов.
Гипотезы
Свит и Миллер задались следующим вопросом относительно гистон-зависимого подавления экспрессии структур. Если оно может играть определенную роль в регулировании памяти, приведет ли к аналогичному эффекту метилирование ДНК? Это явление рассматривалось преимущественно как средство поддержания активности структур при митозе и формировании систем. Однако в повзрослевшем мозге млекопитающих наблюдалась интенсивность метилаз, несмотря на то, что большая часть его клеток является неделящейся. В связи с тем, что рассматриваемый феномен способствует подавлению экспрессии генов, ученые не могли отвергать вероятность связи метилаз и регуляторных процессов в нейронах.
Проверка предположений
Свит и его коллеги, исследуя метилирование ДНК, значение этого явления в формировании памяти, обрабатывали срезы гиппокампа ингибиторами дезоксирибонуклеинокислотных метилтрансфераз. Они выявили, что это предупреждает начало долговременной потенциации – укрепление синаптических связей как реакцию на нейронную активность. Этот процесс обуславливает действие механизмов обучения и памяти. Ученые выявили также, что ингибиторы уменьшали уровень метилирования в ДНК рилина. Это указывало на его обратимость.
Эксперименты
Решив пойти дальше в своих исследованиях, Свит и Миллер начали наблюдение за изменениями в паттернах метилирования у мышей в модели, в рамках которой животные учатся связывать определенное местоположение с неприятными стимулами, в частности, слабым шоковым воздействием. Поведение подопытных, получавших ингибиторы, выражало возможные сложности обучения. Оказываясь в обстановке, в которой у них должен был возникнуть страх, они замирали значительно реже, чем контрольные животные.
Выводы
Каким образом метилирование могло воздействовать на память мышей? Ученые объяснили это следующим. В ДНК присутствует достаточно много участков, на которые может воздействовать присоединение групп атомов водорода и углерода. В этой связи исследователи решили обратиться к следующему явлению. Они изучили в первую очередь метилирование генов, роль которых в формировании памяти уже была установлена. Сперва был рассмотрен участок, на котором процессы памяти белка фосфатазы подавляются. Снижение экспрессии могло бы вызвать обратное явление. Действительно, через час контекстуального обуславливания страха уровень метилирования выросла больше чем в сто раз. При этом мРНК-уровни в районе гиппокампа СА1 подверглись слабому, но статистически значимому снижению. Этот эффект обнаруживается в мозге животных при сочетании незначительного шокового воздействия на конечности и новизны контекста. Отдельно эти стимулы не обеспечивают никакого влияния на метилирование. Соответственно, присоединение групп осуществляется исключительно при настоящем обучении.
Метилирование ДНК и старение
Проблемы возраста и появления онкологических заболеваний являются одними из наиболее обсуждаемых тем. За многие годы исследований ученые предлагали самые разные теории и модели. Однако ни одна концепция на настоящее время не отвечает полностью на все вопросы. Между тем, наибольший интерес в рамках поиска решения проблемы старения представляет исследование изменения генной активности. В частности, свое мнение по этому поводу высказал профессор Анисимов. Он указывает на то, что проявление (экспрессия) генов зависит, в числе прочего, от метилирования, что может влиять на скорость старения. До 5% остатков цитозина дезоксирибонуклеиновой кислоты прошли присоединение групп углеродных и водородных атомов с образованием 5мЦ (5-метилцитозина). Это основание считается единственным постоянным в ДНК высших организмов. Присоединение групп имеет место в обеих нитях симметрично. Остатки 5мЦ всегда прикрываются остатками гуанина. При этом структуры выполняют разные функции. Однако важно отметить, что метилирование участвует в регуляцию генной активности. Изменения в ходе присоединения групп обуславливается сбоями в уровне транскрипции.
Причины
Возрастное деметилирование впервые было описано в 1973 г. При этом была выявлена разница степени отделения групп в тканях крыс. В мозге деметилирование шло активнее, чем в печени. Впоследствии было установлено снижение 5мЦ с возрастом в легких, а также фибробластовых образованиях кожи. Исследователи предположили, что возрастное деметилирование обуславливает предрасположенность клеток к опухолевой трансформации. Это явление можно представить простыми словами следующим образом. Неактивный ген соединяется с метильной группой. Под воздействием химических реакций происходит ее отсоединение. Соответственно, ген активизируется. Группа атомов исполняет функции предохранителя. Чем меньше их количество, тем больше будет дифференцирована клетка и, соответственно, старше, чем их больше – тем она моложе. В качестве классического примера, широко используемого в литературе, можно привести развитие определенных видов лососевых. Выявлен феномен их исключительно быстрой гибели непосредственно после нереста. Вчера еще молодые особи в репродуктивном возрасте погибают в течение непродолжительного времени. В биологическом плане этот феномен представляет собой ускоренное старение, которое сопровождается масштабным деметилированием ДНК.
Как помочь организму?
Существуют различные способы, посредством которых можно улучшить врожденное метилирование ДНК. Среди наиболее популярных следует назвать:
- Употребление в пищу свежей зелени. Особенно рекомендованы листовые овощи. Они выступают как источники фолиевой кислоты, необходимой для обеспечения правильного метилирования.
- Прием витаминов В12 и В6, рибофлавина. Их источниками являются яйца, рыба, миндаль, грецкие орехи, спаржа и пр.
- Прием достаточного количества цинка и магния. Они обеспечивают поддержание метилирования.
- Прием пробиотиков. Они способствуют получению и усвоению витаминов В-группы и фолиевой к-ты.
Немаловажно также минимизировать стрессовые ситуации, отказаться от вредных привычек (употребления спиртного, курения). Необходимо внимательно следить за тем, чтобы в организм не попадали токсические вещества. Эти соединения забирают метильные группы, нагружают печень.
