מתילציה של DNA

מתילציה היא תהליך כימי בו קבוצת מתיל מועברת ממולקולה אחת למולקולה אחרת. בתוך ה מתילציה של DNA קבוצת מתיל מזווגת לחלק מסוים של ה- DNA ובכך משנה אבן בניין של החומר הגנטי.

מהי מתילציה של DNA?

במתילציה של DNA, קבוצת מתיל נקשרת לנוקלאוטידים מסוימים ב- DNA. ה- DNA, הידוע גם בשם DNA או חומצה deoxyribonucleic, הוא הנושא של מידע גנטי. בעזרת המידע המאוחסן ב- DNA ניתן לייצר חלבונים.

מבנה ה- DNA תואם לזה של סולם חבלים, לפיו סלעי סולם החבלים מעוותים בצורה סלילית ויוצרים מבנה סליל כפול כביכול. החלקים הצדדיים של סולם החבלים עשויים משאריות סוכר ופוספט. שלוחות סולם החבלים מייצגות בסיסים אורגניים, בסיסי ה- DNA הם אדנין, ציטוזין, גואנין ותימין.

שני בסיסים מתחברים כל אחד כזוג ליצירת סולם חבלים. זוגות הבסיס נוצרים על ידי שני בסיסים משלימים: אדנין ותימין וכן ציטוזין וגואנין. נוקלאוטיד הוא מולקולה הנוצרת מפוספט, סוכר ומרכיב בסיס. במתילציה של DNA, אנזימים מיוחדים, המתילטרנספרזות, מחברים קבוצת מתיל לציטוזין הבסיס. כך נוצר מתילציטוזין.

פונקציה ומשימה

מתילציות ה- DNA נחשבות לסמנים המאפשרות לתא להשתמש או לא להשתמש באזורים מסוימים ב- DNA. הם מייצגים מנגנון לוויסות גנים, ולכן אפשר לקרוא להם גם מתג הפעלה / כיבוי, מכיוון שברוב המקרים מתילציה של בסיס מונעת העתק של הגן הנוגע במהלך שעתוק ה- DNA.

מתילציה של DNA מבטיחה כי ניתן להשתמש ב- DNA בדרכים שונות מבלי שרצף ה- DNA עצמו ישתנה. מתילציה יוצרת מידע חדש על הגנום, כלומר האיפור הגנטי. אחד מדבר על אפיגנום ועל תהליך האפיגנטיקה. האפיגנום מסביר מדוע תאים שונים יכולים לייצר מידע גנטי זהה. לדוגמא, מגוון רחב של סוגי רקמות יכולים לנבוע מתאי גזע אנושיים. אדם שלם יכול אפילו לצאת מתא הביצה הבודד. האפיגנום של התא מחליט איזו צורה ותפקוד הוא לוקח. הגנים המסומנים מראים לתא מה לעשות עבורו. תא שריר משתמש רק בקטעי ה- DNA המסומנים הרלוונטיים לו לצורך עבודתו. תאי עצב, תאי לב או תאים בריאות עושים את אותו הדבר.

הסימונים על ידי קבוצות המתיל גמישים. ניתן להסירם או להזיזם. זה היה הופך את מקטע ה- DNA שהושבת בעבר לפעיל שוב. גמישות זו הכרחית מכיוון שיש יחסי גומלין מתמידים בין הגנום לסביבה. מתילציה של ה- DNA תופסת את ההשפעות הסביבתיות הללו.

מתילציות DNA יכולות להיות גם יציבות ומועברות מדור של תאים לדור הבא. בגוף בריא, רק תאי טחול יכולים להתפתח אי פעם בטחול. זה מבטיח שהגוף המתאים יכול למלא את משימותיו.

לא ניתן להעביר את השינויים האפיגנטיים רק מתא אחד לשני, אלא גם מדור לדור. לדוגמא, תולעים יורשות חסינות לנגיפים מסוימים באמצעות מתילציה של DNA.

מחלות ומחלות

שינויים פתולוגיים באפגניום התגלו עד כה במחלות רבות וזוהו כגורם למחלות בתחומי האימונולוגיה, הנוירולוגיה ובמיוחד האונקולוגיה.

ברקמות המושפעות מסרטן, בנוסף לפגמים ברצף הדנ"א עצמו, כמעט תמיד נמצאות שגיאות באפיגנום. לעתים קרובות נראה דפוס לא תקין של מתילציה של DNA בגידולים. ניתן להגדיל או להקטין את המתילציה. לשניהם השלכות מרחיקות לכת על התא. עם מתילציה מוגברת, כלומר היפר-מתילציה, ניתן להפעיל את הגנים המדכאים את הגידול. גנים מדכאי גידולים שולטים על מחזור התאים ויכולים לעורר מוות תאים מתוכנת של התא הפגוע אם קיים איום של התנוונות התא. אם הגנים המדכאים את הגידול אינם פעילים, תאי הגידול יכולים להתרבות ללא הפרעה.

עם מתילציה מקומית מופחתת (hypomethylation), ניתן להפעיל אלמנטים של DNA מזיקים בשוגג. אם קבוצות המתיל מסומנות בצורה לא נכונה, מכונה זאת גם התחממות. זה מוביל לחוסר יציבות בגנום.הוכח כי חומרים מסרטנים מסוימים מפריעים לתהליך המתילציה בתאים.

השינויים בדפוסי מתילציה שונים מחולה סרטן לחולה סרטן. לדוגמא, לחולה בסרטן הכבד יש רמות מתילציה שונות מאשר חולה בסרטן הערמונית. באופן זה החוקרים מצליחים יותר ויותר לסווג גידולים על פי דפוס המתילציה שלהם. החוקרים יכולים גם לראות עד כמה התקדם הגידול וכיצד לטפל בו בצורה הטובה ביותר. עם זאת, ניתוח מתילציה של DNA כשיטה אבחנתית וטיפולית עדיין לא מפותח באופן מלא, כך שיעברו כמה שנים עד שבאמת ניתן להשתמש בשיטות מחוץ לאזור המחקר.

מחלה מאוד מיוחדת שמקורה במתילציה היא תסמונת ICF. קיימת מוטציה במתילטרנספרז DNA, האנזים המקשר בין קבוצות המתיל לנוקלאוטידים. כתוצאה מכך, קיימת תת-מתילציה של ה- DNA אצל הנפגעים. התוצאה היא זיהומים חוזרים ונשנים כתוצאה ממחסור בחיסון. בנוסף, יכול להתרחש קומה קצרה ואי לשגשג.