Proces metylacji oraz jego znaczenie dla naszego organizmu

Nasze DNA to mapa naszego życia jako organizmu. To zbiór informacji i instrukcji dla wszystkich komórek ciała, zapisanych w formie genów, a dotyczących naszego wzrostu oraz rozwoju. Genetyka zajmuje się przekazywanymi z pokolenia na pokolenie zmianami w obrębie aktywności poszczególnych genów, do których dochodzi w wyniku bezpośredniej modyfikacji sekwencji DNA.

Do wspomnianych zmian zaliczamy: poliformizmy w obrębie pojedynczego nukleotydu (ang. SNP: single nucleotide polymorphism) duplikacje, delecje, translokacje oraz inwersje. Jądro każdej komórki ludzkiego ciała kryje w sobie tzw. chromosom, który składa się z kolei z cząsteczki DNA – kwasu dezoksyrybonukleinowego oraz histonów (zasadowych białek, które neutralizują i wiążą ze sobą „kwaśne” DNA). To właśnie w tym „notatniku” zapisane są wszelkie informacje na temat sposobu funkcjonowania naszych komórek.

Z czego składa się DNA?

Z połączonych ze sobą par nukleotydów, z których każda może zostać utworzona przez kwas fosforowy oraz dowolną z czterech tak zwanych zasad bazowych (adeniny – A, cytozyny – C, guaniny – G oraz tyminy – T, a w przypadku cząsteczki RNA miejsce tyminy zastępuje uracyl (U)). Jednocześnie, jeżeli po jednej stronie nici DNA znajduje się np. adenina, to po drugiej powinna znaleźć się tymina, natomiast jeżeli po jednej stronie nici DNA występuje cytozyna, to po drugiej – guanina. Utworzone w ten sposób pary nazywamy komplementarnymi parami zasad.

Ponieważ nie istnieje jakikolwiek czynnik, który ograniczałby ilość sekwencji poszczególnych baz w jednej nici, oznacza to, że liczba możliwych sekwencji zasad w obrębie DNA jest nieograniczona. DNA zawiera informacje genetyczne, które przybierają formę kodu – sekwencji poszczególnych zasad bazowych, co możemy porównać do sekwencji liter, jakie możemy zapisać na wyciętym pasku papieru. W praktyce oznacza to, że każdy z nas jest unikalny i wyjątkowy na swój sposób. Zarówno pod względem fizycznym, jak i psychiczno-umysłowym. Każdy z nas wymaga też nieco innego sposobu terapii w przypadku problemów ze zdrowiem.

Dlaczego geny są takie ważne?

Zawarte w obrębie sekwencji nukleotydów informacje kodują funkcjonowanie białek obecnych w organizmie człowieka. Białka te kontrolują chemiczne oraz fizyczne procesy, które zachodzą w obrębie komórek, a których ogół składa się na nasz metabolizm. Wiele spośród tych białek pełni funkcję tak zwanych enzymów, czyli katalizatorów, które decydują o przebiegu różnych reakcji biochemicznych. Enzymy stanowią nieodłączny element rozkładu cząstek organicznych, produkcji energii chemicznej, syntezy nowych (małych) molekuł oraz łączenia tych małych molekuł w większe, bardziej złożone cząstki. To właśnie te enzymatyczne polipeptydy decydują w bezpośredni sposób o naszym metabolizmie.

W tym miejscu pojawia się jednak kolejne pytanie: czy istnieje jakikolwiek inny czynnik – poza pierwotną strukturą DNA – który decyduje o enzymatycznej aktywności naszego organizmu, czyli o metabolizmie ogółem? Okazuje się, że tak. Jest nim metylacja.

Metylacja

W ujęciu czysto chemicznym metylacja to proces, który polega na przeniesieniu tak zwanej grupy metylowej (-CH3) między dwoma molekułami, z których jedna jest tak zwanym donorem (dawcą) grupy metylowej, a druga – akceptorem (biorcą). Dlaczego wspomniany proces uznaje się za kluczowy dla naszego zdrowia i dobrego samopoczucia i jaki ma on związek z samą genetyką? Odpowiedzi na to pytanie udzieli nam drugi sposób rozumienia metylacji – na poziomie biologicznym. Chodzi o to, że w odpowiedzi na różne czynniki zewnętrzne, nasze DNA podlega odpowiednim zmianom, które mają za zadanie optymalne dostosowanie funkcjonowania naszego organizmu do nowych warunków. Innymi słowy, metylacja sprawia, że wspomniana wyżej mapa rozwoju organizmu nabiera dynamicznego charakteru i nie jest ustalona raz na zawsze. Prawidłowy przebieg tego procesu odgrywa decydującą rolę dla sprawnego funkcjonowania naszych komórek oraz narządów (jako zbiorowości tych komórek), ponieważ decyduje on o ekspresji oraz aktywności poszczególnych genów. Jeżeli szlaki metylacyjne nie działają prawidłowo, u pacjentów pojawiają się poważne zaburzenia na poziomie działania poszczególnych enzymów (patrz wyżej). Zakłócenia te przybierają formę na przykład nieprawidłowego funkcjonowania układu nerwowego, zaburzeń odporności czy też chorób nowotworowych (uwarunkowanych genetycznie lub stanowiących efekt przypadkowych mutacji).

Metylacja decyduje o działaniu naszego DNA. Obrazowo możemy porównać ten proces do włącznika światła: naciśnięcie odpowiedniego przycisku zapala lampę (w przypadku metylacji – aktywuje poszczególne geny), a jego ponowne naciśnięcie – wyłącza ją (w przypadku metylacji mówimy o wyciszaniu odpowiednich genów, ang. gene silencing). Defekty w obrębie procesów metylacji destabilizują całe nasze DNA, innymi słowy – hamują nasz prawidłowy rozwój i przyczyniają się do powstawania wielu różnych chorób. Metylacji mogą ulegać dwie spośród czterech zasad bazowych: adenina i cytozyna, co odpowiada między innymi za inaktywację chromosomu X, starzenie się oraz kancerogenezę.

Wiemy już, że metylacja DNA ma charakter epigenetycznej modyfikacji, która jest krytyczna dla prawidłowego funkcjonowania naszego organizmu. Zastanówmy się teraz, jakie czynniki są absolutnie konieczne dla sprawnego funkcjonowania tego procesu.

Reklama

Methyl B12 – Intercell® Sprawdź

Witamina B12 MSE MAX Sprawdź

Witamina B12 MSE 250µg Sprawdź

Homocystein-Intercell Sprawdź

Cynkomit MSE Sprawdź

Cynk dwuwartościowy MSE Sprawdź

Metylacja DNA

Determinanty sprawnego cyklu metylacji możemy podzielić na dwie grupy:

1. Geny, które kodują enzymy bezpośrednio uczestniczące w tym procesie. Do enzymów tych należą między innymi enzymy z rodziny tzw. DNMT, które bezpośrednio katalizują przyłączenie grupy metylowej do cząsteczki DNA (metylację) oraz demetylację (usunięcie grupy metylowej z molekuły DNA) oraz enzymy, które mówiąc w dużym uproszczeniu, decydują o tym, czy powinno dojść do metylacji, czy nie. Niektóre spośród tych ostatnich do sprawnego funkcjonowania wymagają obecności cynku (ang. zinc-finger proteins, wśród nich np. ZBTB4).

2. Kofaktory przebiegu procesu metylacji, nośniki grup metylowych oraz odpowiednie geny, kodujące metabolizm kofaktorów i donorów grup metylowych.

I tak okazuje się, że witamina B9 – kwas foliowy stanowi kluczowe źródło atomów węgla, które są konieczne do metylacji DNA. Kwas foliowy pełni rolę istotnego nośnika grupy metylowej, natomiast ze względu na jego niską wydajność, w ramach cyklu metylacyjnego najważniejszym nośnikiem reszt –CH3 jest aminokwas metionina, a dokładniej mówiąc jej metylowana postać, czyli S-adenozylometionina (w skrócie S-AM). Ilość kwasu foliowego w organizmie stanowi zatem czynnik limitujący przebieg samej metylacji w organizmie.

W ramach cyklu metylacyjnego rolę akceptora wspomnianych grup metylowych pełni S-adenozylohomocysteina (SAH). Do kofaktorów enzymów, które biorą udział w cyklu metylacyjnym, zaliczamy: witaminę B12, witaminę B6 oraz witaminę B2. Oprócz aminokwasu metionina, wśród innych bioaktywnych substancji związanych z procesem metylacji należy wymienić też: betainę (otrzymywaną poprzez utlenienie choliny), która także pełni funkcję donora grupy metylowej.

Wśród genów, które mają absolutnie kluczowe znaczenie dla prawidłowego przebiegu omawianego w poniższym artykule procesu, należy wymienić przede wszystkim: MTHFR, BHMT, CBS, MTR, MTRR, FOLR i wiele innych. Omówienie roli każdego z nich przekracza ramy niniejszego artykułu, warto natomiast zdawać sobie sprawę, że wszelkie mutacje w ich obrębie będą wywierały poważny wpływ na nasze zdrowie oraz metabolizm (w tym produkcję energii, kancerogenezę, procesy odpornościowe, funkcjonowanie układu nerwowego oraz hormonalnego itd.).

Podsumowując powyższe rozważania, w dużym uproszczeniu możemy powiedzieć, że zdrowie i dobre samopoczucie człowieka zależy od trzech kluczowych czynników: sprawnego funkcjonowania mitochondriów (produkcja niezbędnej do życia energii w formie molekuł ATP), pozbawionego znaczących mutacji DNA (oryginalnej sekwencja genów) oraz sprawnie działającej metylacji (wtórna aktywacja i wyciszanie poszczególnych genów), jako odpowiedzi naszego organizmu na czynniki zewnętrzne (zob. też artykuł epigenetyka).

Dla sprawnego przebiegu procesu metylacji ogromne znaczenie ma między innymi wystarczająca podaż w organizmie: naturalnych folianów, jako źródła biodostępnego kwasu foliowego, witaminy B2, B6, B12, cynku oraz metioniny i betainy. Jeżeli zabraknie nam którejkolwiek z wymienionych substancji odżywczych, nasz organizm traci w długim okresie zdolność do optymalnego reagowania na czynniki zewnętrzne oraz kontrolowania przebiegu zachodzących w każdej sekundzie naszego życia przemian metabolicznych.

Świadomość znaczenia metylacji to kolejny powód do zwrócenia szczególnej uwagi na optymalne wyposażenie organizmu we wszystkie niezbędne mikroskładniki odżywcze, w tym poprzez odpowiednią dietę oraz suplementację.