Книга Эпигенетика. Управляй своими генами - Михаил Гаврилов

«Белки (полипептиды) – высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединенных в цепочку пептидной связью. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций создают молекулы белков с большим разнообразием свойств. Кроме того, аминокислотные остатки в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его работы в клетке…

Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров – полисахаридов и ДНК. Так, белки-ферменты катализируют протекание биохимических реакций и играют важную роль в обмене веществ. Некоторые белки выполняют структурную или механическую функцию, образуя клеточный скелет, поддерживающий форму клеток. Также белки играют ключевую роль в сигнальных системах клеток, при иммунном ответе и в клеточном цикле.

Белки – важная часть питания животных и человека (основные источники – мясо, птица, рыба, морепродукты, молоко, орехи, бобовые, зерновые; в меньшей степени – овощи, фрукты, ягоды и грибы), поскольку в их организмах не могут синтезироваться все незаменимые аминокислоты, и часть должна поступать с белковой пищей. В процессе пищеварения ферменты разрушают потребленные белки до аминокислот, которые используются для биосинтеза собственных белков организма или подвергаются дальнейшему распаду для получения энергии.

ДНК. Метилирование

ДНК — это улица из домов – наших генов, которые стоят в ряд друг за другом. ДНК из себя представляет длинную молекулу (несколько сантиметров). ДНК – органический полимер, состоящий из мономеров – нуклеотидов. Так как на данный момент самым изученным эпигенетическим механизмом является метилирование ДНК, мы разберем данное явление. В этом процессе идет присоединение метильной группы (-СН3) к азотистому основанию цитозину, в результате чего в ДНК накапливается 5-метилцитозин (метилированный цитозин).

Метилирование ДНК контролирует большое количество генетических механизмов в клетке – репликацию, транскрипцию, репарацию ДНК, рекомбинацию, транспозиции генов, а также является механизмом дифференцировки клеток и тканей, дискриминации и репрессии генов. Также метилирование ДНК выполняет и защитную функцию – препятствует экспрессии экзогенных вирусных и других вредоносных последовательностей ДНК. В случаях полного прекращения метилирования ДНК останавливается и клеточное деление, включается апоптоз, происходит гибель организма. Кроме того, так называемое метилирование «поддерживающего типа» способствует сохранению клеточной памяти о работе промоторных участков генов от одного митоза к другому с целью сохранения функции клеток в ряду поколений. Данный процесс получил название «генетический букмаркинг».

Рис. 12. Метилирование ДНК – присоединение метильной группы -СН3 к азотистому основанию цитозину

(Репликация ДНК – это процесс создания двух дочерних молекул ДНК на основе родительской молекулы ДНК.

Транскрипция ДНК – («переписывание») – процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы; перенос генетической информации с ДНК на РНК.

Репарация ДНК – (восстановление) – особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК.

Рекомбинация генов – перераспределение генетического материала (ДНК или РНК) путем разрыва и соединения разных молекул, приводящее к появлению новых комбинаций генов или других нуклеотидных последовательностей.

Транспозиция генов – перемещения небольших участков генетического материала по одной хромосоме или между разными хромосомами. Транспозиции происходят при участии подвижных (мобильных) генетических элементов – транспозонов.

Дискриминация и репрессия генов – механизмы регуляции действия генов, заключающиеся в подавлении транскрипции или трансляции путем связывания белка-репрессора (кодируемого геном-регулятором) с оператором в ДНК либо специфическим участком матричной РНК (мРНК).

Митоз – непрямое деление клетки, наиболее распространенный способ репродукции эукариотических клеток. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении хромосом между дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений. Неполовые (соматические) клетки человека делятся митозом, а половые (гаметы) – мейозом.

Метилирование в промоторной зоне гена, как правило, приводит к подавлению активности (экспрессии) соответствующего гена. Метилированный цитозин может затем окисляться с помощью особых ферментов, что в конечном итоге приводит к его деметилированию обратно в цитозин.

В ДНК существуют так называемые островки CpG, то есть эти соединения Ц-Г не единичны, а многочисленны и расположены рядом в виде скоплений.

Особенно ими богаты промоторы, очень важные для регуляции активности гена участки. Метилирование промоторных участков генов представляет собой процесс, как будто на эти участки поставили специальные метки. Кстати, они так и называются – метильные метки. Это сопровождается торможением/снижением активности/экспрессии генов из-за того, что в результате метилирования СрG-пар меняется связывание с ДНК различных факторов, участвующих в процессе транскрипции. Некоторые из них являются гормон-рецепторными комплексами. Другими словами, существует связь между гормональными регуляторами, которые участвуют в различных реакциях организма на внешние изменения, и эпигеномом, способным быстро реагировать на изменения и требования среды.

Рис. 13. Островки СрG

Метилирование имеет важное значение, так как не все гены активны постоянно. Большинство из них являются подавленными. Метилирование является эпигенетическим средством сохранения генов, например, гиперметилирование подавляет активность генов до тех пор, пока они не понадобятся. Цель эпигенетической терапии состоит в том, чтобы создать условия для оптимального метилирования, а не повышенного или сниженного.

Сейчас продается много различных «модных» метилированных витаминов в основном западного происхождения. С одной стороны, существуют особые состояния (полиморфизмы) генов, которые не способствуют усвоению, например, цианокобаламина (форма витамина B12), так же эффективно, как метилкобаламина (метильная форма витамина B12). Хотя метильная форма витамина B12 имеет большую биодоступность, но если этими витаминами переборщить, то избыточное их потребление может иметь неблагоприятное эпигенетическое последствие.