מתילציה היא תהליך כימי בו עוברת קבוצת מתיל ממולקולה אחת לאחרת. במתיל דנ"א, קבוצת מתיל מזדווגת לחלק ספציפי ב- DNA, ובכך משנה אבן בניין של החומר הגנטי.
מהי מתילציה של DNA?
במתיל דנ"א, קבוצת מתיל מתחברת לחלק ספציפי של ה- DNA, ובכך משנה אבן בניין של החומר הגנטי. במתילציה של DNA, קבוצת מתיל מתחברת לנוקלאוטידים ספציפיים של DNA. DNA, המכונה גם חומצה דאוקסיריבונוקלאית, הוא נשא המידע הגנטי. בעזרת המידע המאוחסן ב- DNA, חלבונים ניתן לייצר. מבנה ה- DNA תואם את זה של סולם חבלים, לפיו קווצות סולם החבלים מעוותות בתבנית סלילית ליצירת מבנה סליל כפול כביכול. החלקים הצדדיים של סולם החבלים נוצרים סוכר ו פוספט שאריות. שלבי סולם החבלים מייצגים אורגניים בסיסים. ה בסיסים של ה- DNA נקראים אדנין, ציטוזין, גואנין ותימין. שתיים בסיסים כל אחד מתחבר כצמד כדי ליצור סולם חבלים. זוגות הבסיס נוצרים כל אחד על ידי שני בסיסים משלימים: אדנין ותימין, וציטוזין וגואנין. נוקלאוטיד הוא מולקולה הנוצרת מ- פוספט, סוכר, ומרכיב בסיס. במהלך מתילציה של DNA, מיוחד אנזימים, המתילטרנספרז, מצמידים קבוצת מתיל לציטוזין הבסיסי. כך נוצר מתילציטוזין.
פונקציה ומשימה
מתילציות של DNA נחשבות לסמנים המאפשרים לתא להשתמש או לא להשתמש באזורים מסוימים של DNA. הם מייצגים מנגנון עבור גֵן תַקָנָה. לכן, הם יכולים להיקרא גם למתגי הפעלה / כיבוי, מכיוון שמתילציה של בסיס ברוב המקרים מונעת העתק של המושפעים גֵן מהעתקת DNA. מתילציה של DNA מבטיחה שניתן להשתמש ב- DNA בדרכים שונות מבלי לשנות את רצף ה- DNA עצמו. מתילציה יוצרת מידע חדש על הגנום, קרי החומר הגנטי. זה מכונה אפיגנום ותהליך של אפיגנטיקה. האפיגנום הוא ההסבר לכך שמידע גנטי זהה יכול ליצור תאים שונים. לדוגמא, תאי גזע אנושיים יכולים להוליד מגוון רחב של רקמות. תא ביצה יחיד יכול אפילו להוליד בן אנוש שלם. האפיגנום של התא מחליט איזו צורה ותפקוד הוא לובש. הגנים המסומנים מראים לפיכך את התא מה לעשות למענו. תא שריר משתמש רק בקטעי ה- DNA המסומנים הרלוונטיים לעבודתו. כך גם תאי עצב, לֵב תאים או תאים של ריאות. הסימונים לפי קבוצות המתיל גמישים. ניתן להסיר או להזיז אותם. זה יהפוך את קטע ה- DNA שהושבת בעבר לפעיל שוב. גמישות זו הכרחית מכיוון שקיים יחסי גומלין מתמידים בין הגנום לסביבה. מתילציה של ה- DNA תופסת את ההשפעות הסביבתיות הללו. מתילציות DNA יכולות להיות גם יציבות והן עוברות בתורשה מדור תאים למשנהו. כך, בגוף הבריא בלבד טחול אי פעם ניתן לייצר תאים בטחול. זה מבטיח כי האיבר המתאים יכול למלא את משימותיו. עם זאת, שינויים אפיגנטיים יכולים להיות מועברים לא רק מתא אחד למשנהו, אלא גם מדור לדור הבא. תולעים, למשל, יורשות חסינות בפני מסוימים וירוסים באמצעות מתילציה של DNA.
מחלות ומחלות
שינויים פתולוגיים באפיגנום התגלו עד כה במחלות רבות וזוהו כגורם למחלות בתחומי האימונולוגיה, הנוירולוגיה ובעיקר האונקולוגיה. ברקמות המושפעות מ סרטן, פגמים באפיגנום נראים כמעט תמיד בנוסף לפגמים ברצף ה- DNA כשלעצמם. בגידולים, לעיתים קרובות נצפה דפוס מתילציה לא תקין של ה- DNA. ניתן להגביר או להפחית מתילציה. לשניהם השלכות מרחיקות לכת על התא. במקרה של מתילציה מוגברת, כלומר היפר-מתילציה, ניתן להשבית מה שמכונה גנים מדכאי גידולים. גנים מדכאי גידולים שולטים במחזור התאים ויכולים לגרום למוות של תאים מתוכנתים של התא הפגוע אם התנוונות התאים קרובה. אם הגנים המדכאים את הגידול אינם פעילים, תאי הגידול יכולים להתרבות ללא הפרעה. במקרה של מתילציה מקומית מופחתת (היפומתילציה), ניתן להפעיל אלמנטים של DNA מזיקים בשוגג. במקרה של תיוג שגוי על ידי קבוצות המתיל, זה מכונה גם epimutation. זה מוביל לחוסר יציבות של הגנום. הוכח כי כמה חומרים מסרטנים מפריעים לתהליך המתילציה בתאים. השינויים בדפוסי המתילציה שונים מ סרטן חולה לחולה סרטן. לדוגמא, מטופל עם כבד סרטן יש דפוסי מתילציה שונים מאשר לחולה עם ערמונית סרטן. החוקרים מסוגלים יותר ויותר לסווג גידולים על פי דפוסי מתילציה. החוקרים יכולים גם לדעת עד כמה התקדם הגידול ובמקרה הטוב כיצד ניתן לטפל בו. עם זאת, ניתוח מתילציה של ה- DNA כשיטה אבחנתית וטיפולית עדיין לא מפותח במלואו, ולכן יעברו מספר שנים עד שהשיטות ייעשה בפועל מחוץ לתחום המחקר. מחלה מאוד ספציפית שמקורה במתילציה היא תסמונת ה- ICF. זה נגרם על ידי מוטציה ב- DNA methyltransferase, האנזים שמקשר את קבוצות המתיל לנוקלאוטידים. זה מוביל למת-מתילציה של ה- DNA אצל אנשים מושפעים. התוצאה היא זיהומים חוזרים עקב מחסור בחיסון. בנוסף, נמוך קומה וכישלון לשגשג עלול להתרחש.
