Methylace DNA: nové poznatky revolučního rozměru  
Pokud jsme si mysleli, že o základním principu methylace DNA víme vše a nemůže nás už nic překvapit, není to zdaleka pravda. Před několika týdny totiž vyšlo najevo, že poznání pocházející již ze 70. let, kdy byla methylace DNA u savců popsaná, je až neodpustitelně děravé!

Popsání methylace DNA přineslo po právu velký rozruch: najednou se z ‚Watson-Crickovské‘ genetiky stala podružná záležitost, kdy pouhopouhá sekvence nukleotidů ještě vůbec nic neznamená. Ke slovu se dostala epigenetika – fenomén, který zastřešuje genetiku a rozhoduje o faktickém projevu genů - genové expresi. Zjednodušeně řečeno: že je gen v příznivé nebo nepříznivé podobě zapsán do genomu jedince ještě neznamená, že tento gen bude mít patřičný efekt, čili že bude exprimován a přepsán do proteinu. Ve skutečnosti je ale epigenetika mnohem složitější, protože umožňuje regulovat intenzitu genové exprese ve vybrané tkáni, dokáže určit, která tkáň nakonec vybraný gen bude exprimovat, navíc methylace nepřímo předurčuje odolnost DNA vůči poškození.


5-methyl cytosin
5-methyl cytosin

Na molekulární úrovni methylace DNA představuje modifikaci cytosinu, jednoho z nukleotidů DNA, sice připojením methylové –CH3 skupiny na uhlík v pozici 5 jeho pyrimidinového skeletu. Když methylace cytosinu postihne více cytosinů na jednom lokusu, ještě ke všemu v tzv. CpG regionech (bohatých mimo cytosinu také na guanin, který se s cytosinem páruje), významně to ovlivňuje genovou expresi. Často jsou totiž tyto methylované CpG regiony součástí genu, která umožňuje „přisednutí“ transkripčního faktoru, bez kterého není možné gen přepsat do messengere RNA a poté do proteinu. Pokud je cytosin v těchto regulačních CpG sekvencích methylovaný, gen se nepřepíše a je dokonale vypnutý. V opačném případě může transkripční faktor přisednout a přítomnost genu projevit. Prozatím jsme byli smíření s tím, že v buňkách savců je methylace DNA zprostředkovaná jen a pouze cytosinem.

 


Na základě ‚cytosinového‘ dogmatu se mnoho vědců pustilo do intenzivního studia genů: které geny jsou methylované a za jakých podmínek, mimoto začali testovat úlohu DNA snad ve všech fyziologických procesech, ale také patofyziologických. Velkou roli sehrává poznání DNA methylace ve studiu rakoviny. Tyto rozsáhlé experimenty na různé variace methylované DNA jakoby zaslepily vědce na několik dekád, protože až více než 40 let po objevu methylovaného cytosinu byla popsána methylace dalšího nukleotidu v savčí DNA – adeninu!


Methylovaný adenin přináší světu velké možnosti, stejně jako přinesl cytosin v 80. letech. Epigenetika teď nabývá dalšího rozměru a tak nás bezpochyby čekají další fantastická zjištění. Vyvstává zde celá řada otázek: jaká je biologická úloha methylovaného adeninu? Stejná jako u cytosinu? Jaký je vztah mezi methylací cytosinu a adeninu? Jdou spolu methylovaný cytosin a methylovaný adenin ‚ruku v ruce‘ anebo jsou to rivalové? Co může způsobit nedostatečná methylace adeninu? A jsou stávající poly-adeninové sekvence v našem genomu předurčeny právě pro methylaci? A hlavně: jaké to může mít terapeutické využití? A to jsme zatím pominuli další faktor epigenetiky – modifikace histonů a tzv. histonový kód. Dnes víme, že methylace cytosinu úzce souvisí také s methylací jaderných histonů. Jaké lze potom očekávat interakce histonového kódu s methylací adeninu? A je možné, abychom v savčím genomu narazili také na další modifikované nukleotidy?

Methylovaný adenin nám teď připravil mnoho práce ale také možností. S otázkami, na které nám dosud methylace DNA neodpověděla, může vydatně pomoct právě adenin! Pro léčbu, kde dosavadní poznání selhává, je tento fenomenální objev další nadějí a výzvou. Jedno je ale zřejmé, že „epigenetika už nikdy nebude co bývala“ a je velmi pravděpodobné, že si toto konstatování v brzké době řekneme znovu.

 

Methylovaný adenin není pro molekulární genetiky zcela neznámý. Už před více než padesáti lety byla methylace purinů objevena a popsána v genomu prokaryotických bakterií. Jen u několika málo jednodušších eukaryotických organizmů byl methylovaný adenin v DNA prokázán také.

U savců se ale vždy předpokládalo, že methylace postihuje pouze cytosin a dává tak vzniknout 5-methylcytosinu, popř. N-methylcytosinu. Ačkoliv se dřívější studie zaobíraly methylovaným adeninem také v savčích buňkách, výsledky byly silně kontroverzní a nejednoznačné. Na druhou stranu, přítomnost methylovaného adeninu v molekulách RNA savců je známá poměrně dlouho. Mimochodem, také to nás přesvědčuje o tom, že RNA je evolučně starší než DNA. Pokud je stěžejním rozdílem mezi prokaryoty a eukaryoty právě forma genomu (cirkulární DNA versus chromozómy), z pohledu RNA jsou si savci s primitivními eukarioty a bakteriemi mnohem podobnější, než bychom očekávali.

 

 

Literatura

Tao P. Wu et al.: „DNA methylation on N6-adenine in mammalian embryonic stem cells“ Nature, Mar 30 2016, doi:10.1038/nature17640

Autor: Jan Nevoral
Datum: 10.04.2016
Tisk článku

Etnické komunity. Kontinuita kulturní reprodukce - Bittnerová Dana, Moravcová Mirjam
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 230 Kč
cena: 204 Kč
Etnické komunity. Kontinuita kulturní reprodukce
Bittnerová Dana, Moravcová Mirjam
Související články:

Karas stříbřitý: pro reprodukční biologii zvíře z jiné dimenze     Autor: Lukáš Kalous (14.10.2012)
Epigenetická paměť: vzpomínky po dědečkovi     Autor: Tomáš Petrásek (09.12.2013)
Magnetem na špatné spermie     Autor: Jan Nevoral (22.04.2014)
Reprodukce bez sulfanu je jako život bez reprodukce     Autor: Jan Nevoral (01.07.2014)
Překročili jsme Rubikon ve šlechtění skotu?     Autor: Jan Nevoral (06.05.2015)



Diskuze:

Methylace

Vlastislav Výprachtický,2016-04-11 20:42:12

Jsou-li methylací získány ochranné faktory DNA , bude možno využít i jiné chemické substituce pro dosažení dalších efektů, nebo pokud se podaří najít reaakční nosiče.

Odpovědět

Genetika pre nebiologov?

Vendelin Omacka,2016-04-11 08:04:18

Neviete niekto o nejakom (optimalne online) diele, ktore by zhrnovalo sucasne poznatky o tom, ako genetika funguje takym sposobom, aby tomu porozumel priemerne inteligentny makak (t.j. clovek, ktory nie je kovany v biologii?). Nieco ako Chownova Carodejna pec o genetike.

Vsade sa pise o tom, ako mame DNA, RNA, mDNA, atd. ale zaujimalo by ma v kocke ako sa geny zapinaju, vypinaju, ako sa dokaze urcit v ktorej bunke sa ktora cast DNA ma pouzit, ale zaroven je dost narocne pochopit text hemziaci sa stovkami skratiek poskladanych zo pseudonahodnych sekvencii pismen a cislic.

Odpovědět


Re: Genetika pre nebiologov?

Vojtěch Dolejš,2016-04-11 10:55:23

Doporučuji články na wiki, zejména anglické. Molekulární biologie je asi nejlíp zpracovaným tématem co sem na wikipedii viděl. Jinak třeba Základy molekulární biologie od Albertse. Je to sice v podstatě vysokoškolská učebnice, ale má krásné obrázky a je skvěle a jednoduše napsaná.

Odpovědět


Re: Genetika pre nebiologov?

Jiří Eimotan,2016-04-11 20:08:49

To je težko. Pro plné pochopení problematiky, jak si přejete, je potřeba mít nějaký informační background a nejde asi najít publikaci, která by byla natolik simplifikovaná, aby zároveň popsala správně vše co má a zároveň zůstala "jednoduchá".

Jedná se o vysokoškolskou tématiku, ale ve své podstatě to není ani nic těžkého. Nevím co vše víte, takže budu dělat, že nevíte. Osobně bych začal přečtením knihy 1) Genetika - E.Kočárek 2) Základy buněčné biologie - Alberts 3) Genetika - D. Peter Snustad a Michael J. Simmons
wikipedia.com k tomu.

Odpovědět


Re: Genetika pre nebiologov?

Gordon Freeman,2016-04-12 16:36:49

https://www.youtube.com/channel/UCza9xSRDXF2R49a5iWKkT-g/playlists

a další. Ten původní autor se nějak z youtube stáhnul a nemůžu ho najít. Mám ale stažené všechny jeho videa :) Názorné a krásné.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace