Знаете ли вы, что MTHFR является наиболее изученным геном в нутригеномике? Фактически, путь метилирования участвует в превращении гомоцистеина в метионин с использованием фолата. Он также участвует в переработке серосодержащих аминокислот и производстве глутатиона, нашего основного антиоксиданта. Метилирование ДНК изменяет геном человека и может влиять на старение и многие заболевания. Читайте ниже, чтобы узнать больше.
Что такое метилирование?
Метилирование у людей влияет на цитозин (С) нуклеотид. Это процесс, посредством которого метильная группа (атом углерода с присоединенными к нему 3 атомами водорода) связывается с цитозиновыми нуклеотидами [1].
MTHFR, наиболее широко изучаемый ген в нутригеномике, является ключевым игроком в этом процессе. Люди с двумя копиями варианта C677T (только 4% населения) вырабатывают фермент, активность которого снижается примерно на 70% [2].
Этапы превращения фолата в MTHF или метилтетрагидрофолат включают в себя множество ферментов, в том числе MTHFR.
- Цикл метилирования начинается с гомоцистеина.
- Одна из молекул, затронутых этим путем, участвует в создании ДНК.
- Другой, MTR или метионинсинтаза, превращает гомоцистеин в метионин. Для его функционирования необходим витамин B12 и 5-MTHF.
- К SAM-e присоединена метильная группа, которую он может “передавать” нашей ДНК, вызывая метилирование ДНК.
- Конечным результатом цикла метилирования является метионин, но он также производит другие соединения, важные для антиоксидантной защиты, такие как глутатион, и влияет на метаболизм фолиевой кислоты.
Мы часто слышим о способах “включения” или “выключения” генов, но не о биохимической основе метилирования: добавление метильной группы — один из способов включения и выключения гена. В нормальных клетках метилирование обеспечивает надлежащую активацию и подавление генов. Метилирование ДНК вызывает важную модификацию генома, которая участвует в регуляции многих клеточных процессов. Эти процессы включают структуру и стабильность хромосом, транскрипцию ДНК и эмбриональное развитие [1, 3].
Но если цикл метилирования менее эффективен – например, если активность MTHFR снижается – гомоцистеин может накапливаться, потому что его недостаточно превращается в метионин. Высокий уровень гомоцистеина является серьезным фактором риска многих заболеваний – от воспаления и болезней сердца до диабета, аутоиммунных заболеваний (таких как псориаз), неврологических проблем, рака и других [2].
Типы метилирования
Метилирование является основой эпигенетики, изучения того, как окружающая среда влияет на наши гены. Наше окружение, образ жизни и диета — все это факторы, которые могут включать или выключать гены. Представленные здесь закономерности метилирования и деметилирования могут оказывать влияние на здоровье, старение и хронические заболевания, такие как рак [4].
Хотя чрезмерное и недостаточное метилирование может быть вредным, важно учитывать, какие гены “включены” или “выключены“. Активация или деактивация некоторых ключевых областей может иметь самые серьезные осложнения для здоровья (например, гипометилирование так называемых повторяющихся последовательностей при раке) [5].
1) Гиперметилирование ДНК
Здоровый организм имеет определенный уровень метилирования. Неправильная и чрезмерно метилированная ДНК может изменить ген, не позволяя ему производить то, для чего он предназначен. Изменения в размещении метильных групп могут вызывать заболевания [6].
Некоторые исследователи даже использовали количество метилирования в определенных генах в качестве биологических часов, поскольку его количество в отдельных генах пропорционально возрасту. Последствия включают, но не ограничиваются:
- Вызывает рак
- Снижение функции иммунной системы
- Вред здоровью мозга
- Снижение энергии и физических упражнений
- Ускорение старения
Оно может инактивировать и снижать экспрессию определенных генов-супрессоров опухолей [3].
Кроме того, внешние факторы окружающей среды могут изменять метилирование. Другими словами, хотя аномальное метилирование в ДНК может самовоспроизводиться и передаваться по наследству, этот баланс также может быть изменен всем вокруг нас [6].
2) Гипометилирование ДНК
Слишком мало метилирования также может быть вредным.
Если в организме недостаточно метилирования, это может вызвать нестабильность генома и трансформацию клеток [3].
И хотя считалось, что гиперметилирование чаще встречается при раковых заболеваниях, более поздние исследования показали, что гипометилирование также играет роль в этих состояниях. Гипометилирование может быть полезно для рака в краткосрочной перспективе, но оно также может ускорить рост рака [7].
Метилирование при раке было описано как “слишком много или слишком мало“. При раке некоторые части ДНК чрезмерно метилированы, а другие части недостаточно метилированы, что приводит к полному дисбалансу нормального цикла метилирования [8].
И помимо рака, гипометилирование может также способствовать воспалению, приводящему к атеросклерозу и аутоиммунным заболеваниям, таким как волчанка и рассеянный склероз [5].
3) Деметилирование ДНК
Деметилирование ДНК также может играть роль в образовании опухолей [9].
Но во время развития эмбриона этот процесс имеет решающее значение. Ученые долго пытались понять, как сложные биохимические сигналы передаются в эмбрионе, чтобы идентичные стволовые клетки могли развиться в специализированные клетки, ткани и органы. Деметилирование происходит в ранних эмбрионах и необходимо для дифференцировки стволовых клеток в определенные типы клеток. Участки ДНК включаются или выключаются, а затем снова модифицируются с помощью деметилирования для обеспечения здорового развития [10].
Деметилирование устраняет модификацию нуклеотидов ДНК [6].
Метилирование и старение: “эпигенетические часы”
Метилирование — это не черно-белое симметричное явление. И дело не только в том, более или менее метилирована ваша ДНК, но и в том, как. Оказывается, что метилирование увеличивается в детстве, когда происходит большая часть этого процесса. С возрастом только определенные участки ДНК, CpG-островки, становятся чрезмерно метилированными, в то время как остальные недостаточно метилированы. Это признак старения [11].
Основываясь на характере метилирования CpG, ученые теперь могут предсказать чей-то возраст. Это называется “эпигенетические часы” – биомаркер старения, основанный на специфической прогрессирующей схеме метилирования, общей для большинства людей, которая говорит нам о нашем “функциональном возрасте”. Но у каждого человека также есть “дрейф”, паттерн, немного отличающийся от общей популяции у каждого человека, называемый “эпигенетическим дрейфом”, который все еще изучается [11].
В принципе, основываясь на вашей схеме метилирования ДНК, ученые могут определить ваш “эпигенетический возраст” и сравнить его с вашим фактическим возрастом. Исходя из этого, вы можете быть эпигенетически моложе или старше. И если вы эпигенетически старше, это может указывать на большую вероятность проблем со здоровьем [11].
