Эпигенетика. Управляй своими генами

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.