Процесс метилирования в организме что это
Роль процессов метилирования в поддержании здоровья
Метилирование — это одна из наиболее важных метаболических функций организма. Адаптация к стрессу и жизненным перипетиям — это реакции, в которых процессы метилирования играют первостепенное значение. Без адекватных процессов метилирования человек не способен эффективно адаптироваться к изменяющимся условиям, что является прямым путем к преждевременному старению.
Метилирование — это контролируемая передача метильной группы (СН3) от одного вещества другому: белкам, аминокислотам, ферментам и ДНК. Реакции метилирования происходят триллионы раз в каждой клетке в каждую минуту.
Регуляция цикла метилирования
Метилирование регулируется ключевыми ферментами и кофакторами. Кофакторы представлены определенными витаминами и микроэлементами. К ним относятся цинк, магний, B2, B6, фолаты, B12, ниацин и другие. Когда организму не хватает необходимых субстратов или кофакторов, это ставит под угрозу процессы метилирования.
Одной из причин, ведущей к дефициту поступления витаминов и микроэлементов является следование определенной диете. Другой причиной является патология желудочно-кишечного тракта, которая также приводит к неусвоению важных для реакций метилирования компонентов. Третья причина — это наличие генетических полиморфизмов, которые снижают способность поглощать и использовать питательные вещества.
Что такое SNP или генетические полиморфизмы?
Для того, чтобы узнать о «слабых сторонах» здоровья, нет смысла смотреть полные профили генов, можно проверить только определенные области, представляющих интерес.
Генетический полиморфизм — это существование в популяции нескольких альтернативных состояний ДНК двух гомологичных хромосом. Все хромосомы в организме, кроме половых, — парные, поэтому хромосомы из одной пары именуются гомологичными. Последовательность ДНК образована четырьмя нуклеотидными основаниями: A, C, G и T. Если две последовательности ДНК — AAGCCTA и AAGCTTA — отличаются на один нуклеотид, в таком случае говорят о существовании двух аллелей: C и T. Замена одного нуклеотидного основания другим происходит по причине точечных мутаций. Если частота таких замен встречается менее 1% в популяции, речь идет о SNP. Когда SNP встречается в гене, то ген описывается, как имеющий более одного аллеля. В этих случаях SNP могут приводить к изменениям в аминокислотной последовательности и тем самым нарушать структуру продукта гена, менять его свойства. SNP не всегда связаны с генами, они также могут встречаться в некодирующих областях ДНК.
Хотя конкретный SNP может не вызывать расстройства, некоторые SNP связаны с определенными заболеваниями и состояниями. Знание о конкретных изменениях в «правописании» ДНК, позволяет оценить генетическую предрасположенность человека к развитию заболевания.
Как оценить работу цикла метилирования?
Существует генетическое тестирование, которое позволяет оценить работу ключевых ферментов цикла метилирования. Эта панель SNP была разработана доктором Эми Яско. Панель Яско включает SNP для ряда генов, которые являются неотъемлемой частью путей метилирования.
Генетические особенности метилирования
Генетические вариации играют очень важную роль в процессах метилирования. Наличие определенных SNP (однонуклеотидных полиморфизмов) составляют основу несбалансированного метилирования. SNP может присутствовать в одном или обоих генах. Когда он присутствует в одном из генов, то называется гетерозиготным полиморфизмом, когда присутствует в обоих генах — это гомозиготный полиморфизм.
Из-за наличия полиморфизмов в гомо- или гетерозиготном состоянии, снижается активность путей метилирования. В результате ощущается нехватка метильных групп для выполнения ряда важных функций. Это может заложить основу для дальнейшего пагубного влияния факторов окружающей среды, инфекционных агентов, создать предпосылки для серьезных заболеваний.
Активность SNP и экспрессия генов часто могут быть изменены эпигенетическими факторами: диета, образ жизни, питание, воздействие токсических веществ. Эффекты SNP часто кумулятивны; экспрессия одного SNP часто зависит от наличия или отсутствия других SNP.
Идентификация SNPs и их влияние на здоровье и физиологию является постоянной областью исследований — обнаружение и изучение этих небольших изменений в ДНК приведет к улучшению самочувствия и более индивидуализированным медицинским вмешательствам.
Благодаря пониманию, как работают пути метилирования и как связаны генетические полиморфизмы (вариации) с биохимическими путями, можно составить персональную карту восприимчивости к тем или иным заболеваниям. Определив районы «генетической хрупкости», можно дополнить эти пути с помощью нутригенетического питания и таким образом оптимизировать работу биохимических циклов.
Метилирование: влияние на здоровье и старение
Метилированием ДНК называют модификацию молекулы ДНК без изменения ее нуклеотидной последовательности. Метилирование ДНК вызывает модификацию генома, которая работает в клеточных процессах: структуре и стабильности хромосом, транскрипции ДНК и эмбриональном развитии. Метилирование ДНК влияет на старение и многие недуги.
Метилирование ДНК изменяет геном человека и может влиять на старение и многие болезни. Одним из основных генов метилирования является ген MTHFR, самый изученный в нутригеномике. Этот ген участвует в превращении гомоцистеина в метионин с помощью фолиевой кислоты. Он также задействован в переработке серосодержащих аминокислот и производстве глутатиона, нашего главного антиоксиданта.
Метилирование ДНК изменяет геном человека
Что такое метилирование?
Метилирование – это процесс, при котором метильная группа (атом углерода с присоединенными к нему 3-мя атомами водорода) связывается с цитозиновыми нуклеотидами.
Ген MTHFR является ключевым игроком в этом процессе. Ген MTHFR кодирует белок МТНFR (метилентетрагидрофолатредуктазу) – фермент, участвующий в превращении гомоцистеина в метионин при наличии кофакторов – витамина В6, витамина В12 и фолиевой кислоты.
Ген МТНFR имеет несколько вариантов. Например, люди с двумя копиями варианта Rs1801133 или С677Т (всего 4% населения) продуцируют фермент МТНFR, активность которого снижена примерно на 70%.
Мы часто слышим о способах включения или выключения генов, но не часто звучит биохимическая основа метилирования: добавление метильной группы – это один из способов включения и выключения гена. В здоровых клетках метилирование обеспечивает правильную активацию или глушение генов.
Метилирование ДНК вызывает важнейшую модификацию генома, которая участвует в регуляции многих клеточных процессов. Эти процессы включают структуру и стабильность хромосом, транскрипцию ДНК и эмбриональное развитие.
Преобразование фолиевой кислоты в MTHF (или метилтетрагидрофолат) включают в себя множество ферментов, включая MTHFR:
Но если цикл метилирования становится менее эффективным – например, если активность гена MTHFR снижена, а гомоцистеин недостаточно преобразуется в метионин, то происходит накопление гомоцистеина. Высокие показатели гомоцистеина являются большим фактором риска многих заболеваний – от воспаления и болезней сердца до диабета, аутоиммунных заболеваний (таких как псориаз), неврологических проблем, рака и других.
Что такое ген MTHFR?
Ген MTHFR кодирует фермент, известный как метилентетрагидрофолатредуктаза или MTHFR. Этот фермент отвечает за превращение 5, 10-метиленового ТHF в 5-метиловый ТHF, который необходим для превращения гомоцистеина в метионин.
Этот фермент очень важен для производства ДНК и путей метилирования, которые необходимы для всех функций организма.
MTHFR также играет центральную роль в трансформации фолиевой кислоты в SAM (аденозилметионин), универсальный метильный донор в клетках, и влияет на статус метилирования ДНК.
Типы метилирования ДНК
Метилирование – основа эпигенетики, науки о том, как окружающая среда влияет на наши гены. Окружающая среда обитания, образ жизни и диета – все это факторы, которые могут включать или выключать гены. Представленные здесь паттерны метилирования и деметилирования могут оказывать влияние на здоровье, старение и хронические заболевания, например, на риски развития рака.
Хотя избыточное и недостаточное метилирование может быть вредным, важно понимать, какие конкретные гены “включаются“ или “выключаются“. Активация или деактивация некоторых ключевых генов или областей может привести к наиболее серьезным осложнениям для здоровья (например, как гипометилирование так называемых повторяющихся последовательностей при раке).
Гиперметилирование ДНК
Здоровый организм имеет определенный уровень метилирования. Нерегулярная и чрезмерно метилированная ДНК может изменить активность гена, не позволяя ему делать то, на что он запрограммирован. Изменения в расположении метильных групп могут вызывать заболевания.
Некоторые ученые даже использовали количество метилирования в определенных генах в качестве биологических часов, так как метилирование в отдельных генах пропорционально возрасту. Такие последствия могут приводить к таким болезням, но не ограничиваются только ими:
Слишком сильное метилирование ДНК может инактивировать и снижать экспрессию определенных генов-супрессоров опухоли, что способствует развитию рака.
Кроме того, внешние факторы окружающей среды могут изменять метилирование. Другими словами, в то время как аномальное метилирование в ДНК может быть передано по наследству, этот баланс также может быть изменен всем, что нас окружает.
Гипометилирование ДНК
Слишком мало метилирования также может быть вредным. При недостаточном метилировании ДНК в организме может возникнуть геномная нестабильность и клеточная трансформация.
И хотя считалось, что гиперметилирование чаще встречается при раке, более поздние исследования показали, что гипометилирование также играет определенную роль в онкологических заболеваниях. Гипометилирование может быть полезно при раке в краткосрочной перспективе, но оно также может ускорить рост опухоли.
Метилирование при раке было описано фразой – “слишком много, но также слишком мало”. При раке некоторые части ДНК пере-метилированы, а другие недо-метилированы, что приводит к полному дисбалансу нормального цикла метилирования ДНК.
Помимо рака, гипометилирование также может способствовать воспалению, приводя к атеросклерозу и аутоиммунным заболеваниям, таким как волчанка и рассеянный склероз.
Деметилирование ДНК
Деметилирование ДНК также может играть определенную роль в образовании злокачественных опухолей.
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 имеет важное значение для дифференцировки стволовых клеток в определенные типы клеток. Оказалось, что участки ДНК включаются или выключаются, а затем модифицируются с помощью деметилирования для здорового развития организма.
Деметилирование устраняет модификацию нуклеотидов ДНК.
Метилирование и старение: эпигенетические часы
Метилирование – это не черно-белое явление. И дело не только в том, более или менее метилирована ваша ДНК, но и в том, как именно. Оказывается, метилирование усиливается в детском возрасте, когда происходит большая часть этого процесса. Но с возрастом только определенные участки ДНК, CpG-островки, становятся сверх-метилированными, в то время как остальные части ДНК – остаются недо-метилированными. Такое состояние считается признаком старения.
Основываясь на паттерне метилирования CpG, ученые теперь могут предсказать чей-то возраст. Это называется “эпигенетическими часами” – биомаркером старения, основанным на специфическом прогрессирующем паттерне метилирования, общем для большинства людей, который говорит нам о нашем “функциональном возрасте”. Но есть также “дрейф”, присущий каждому человеку, паттерн, немного отличающийся от общей популяции, который называется “эпигенетическим дрейфом”, что чаще всего исследуется учеными.
В принципе, основываясь на вашем паттерне метилирования ДНК, ученые могли бы 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 в ближайшее время.
Варианты гена MTHFR
Генетические вариации в гене MTHFR приводят к снижению активности фермента MTHFR и связаны с рядом заболеваний и состояний организма, включая сердечно-сосудистые болезни, неврологические дефекты, некоторые формы рака, психические расстройства, диабет и осложнения беременности.
Две, наиболее распространенные мутации (полиморфизмы) гена MTHFR, обнаруженные у человека, являются: rs1801133 и rs1801131.
rs1801133 (MTHFR C677T)
Аллель А этого полиморфизма связан со снижением активности фермента MTHFR, повышением общего уровня гомоцистеина и изменением распределения фолиевой кислоты. (1) У людей с аллелем А наблюдается снижение нормальной активности MTHFR на 35%, а у людей с генотипом АА – на 70%. (5)
rs1801131 (MTHFR A1298C)
Эта мутация также влияет на активность фермента MTHFR и уровень гомоцистеина, но в меньшей степени, чем rs1801133. (1)
Ферментативная активность MTHFR у людей с одним минорным аллелем в мутации rs1801133 ниже, чем активность, присутствующая при одном минорном аллеле в мутации rs1801131.
Снижение активности фермента MTHFR приводит к снижению превращения аминокислоты гомоцистеина в метионин и накоплению гомоцистеина в крови. Аномально повышенные уровни гомоцистеина называют “гомоцистинурией” или “гипергомоцистеинемией”.
Повышение уровня гомоцистеина в крови может увеличить восприимчивость к ряду заболеваний.
Ряд исследований связал полиморфизмы MTHFR, особенно rs1801133, с различными заболеваниями, но результаты иногда были противоречивы. Это противоречие можно объяснить небольшими размерами выборки и этническими факторами, влияющими на презентацию заболеваний в различных популяциях по всему миру.
Заболевания, связанные с мутациями гена MTHFR
Ассоциация между данным генотипом и состоянием организма или болезнью не обязательно означает, что генотип вызывает эту болезнь. Тем не менее, аллель A в полиморфизме rs1801133 был связан со многими заболеваниями, включая:
Если у вас есть генотип, связанный с низкой активностью MTHFR, и вы обеспокоены каким-либо конкретным состоянием здоровья, то ваш врач может помочь разработать соответствующую стратегию профилактики.
Дополнительные возможности по влиянию на метилирование ДНК
Анализы на уровень гомоцистеина и фолиевой кислоты
Следует отметить, что большинство исследований, проведенных на генах MTHFR, показывают корреляции с заболеванием только тогда, когда уровень гомоцистеина высок или уровень фолатов низок. Поэтому вы можете спросить своего врача о необходимости сдачи анализов на уровень фолиевой кислоты или гомоцистеина. Высокие значения гомоцистеина показывают, что у вас может быть проблема метилирования или присутствует дефицит витаминов B12 / фолиевой кислоты, также вызванный возможной мутацией гена MTHFR.
Если ваши анализы показывают высокий уровень гомоцистеина, ваш врач, скорее всего, посоветует соответствующую диету и прием витаминов. Этот план, вероятно, будет включать повышенное потребление фолиевой кислоты, витамина В12 и витамина В6, которые влияют на уровень гомоцистеина в крови.
Богатая этими витаминами диета, включающая фрукты, овощи, темную листовую зелень (шпинат, капуста, бок-чой и швейцарский мангольд), яйца и красное мясо, обеспечивает нужное количество витаминов группы В, необходимые для поддержания низкого уровня гомоцистеина. Кроме того, добавление всех этих трех веществ может дополнительно улучшить уровень гомоцистеина.
У здоровой контрольной группы людей был выявлен уровень гомоцистеина менее 7 мкмоль/л, тогда как у больных шизофренией он составлял в среднем 12 мкмоль/л.
Биодоступность фолиевой кислоты
Недавно было обнаружено, что человеческий кишечник может очень эффективно преобразовывать фолаты из пищевых источников в 5-MTHF (тип фолата, который может использовать наш организм). Однако его способность превращать дополнительный искусственный фолат – ограничена.
Восстановленный фолат ((6S) 5-MTHF) – это биодоступная форма фолиевой кислоты, которая легко усваивается и метаболизируется в организме человека. Он доступен в виде добавок, обычно маркированных как L-метилтетрагидрофолат или метилфолат.
Кроме того, вы можете добавить метил-витамин В12 (метилкобаламин), более биодоступную форму витамина В12, вместо обычного витамина В12. Это облегчит доступ к витамину В12 для вашего организма.
Если у вас обнаружены генотипы АА rs1801133 и GG rs1801131 в гене MTHFR, то лучше всего для вашего здоровья, если вы поговорите с врачом о добавках и других вариантах улучшения состояния.
Потребность в фолиевой кислоте
В настоящее время рекомендуемый уровень получения фолиевой кислоты составляет 400 мкг/сут для среднего взрослого человека с увеличением до 600 мкг/сут для беременных и кормящих женщин.
Имейте в виду, что добавление фолатов, как известно, маскирует существующую анемию, вызванную недостаточным уровнем витамина В12. Чтобы избежать дефицита B12, держите своего врача в курсе любых добавок или лекарств, которые вы решите принимать.
Увеличение потребления холина
Холин может помочь вашему организму обойти недостаток фолиевой кислоты в цикле метилирования. Хорошие источники холина включают яичные желтки, говяжью печень и зародыши пшеницы. Метаболит холина, бетаин, на самом деле является тем, что работает через цикл метилирования, поэтому пищевые источники бетаина (свекла, киноа и шпинат) также будут полезны. Существуют добавки с бетаином (называются TMG).
Способы влияния на ген MTHFR
Увеличение активности MTHFR
Исследования с участием человека
Исследование на грызунах
Снижение активности
Исследования с участием человека
Пентанал (R) (содержится в оливковом масле и нескольких эфирных маслах. Также присутствует в пиве Банту, сливовом бренди, кардамоне, листьях кориандра, рисе, бурбонской ванили, мускатном шалфее, вареных креветках, морских гребешках, яблоках, бананах, черешне, черной смородине и других продуктах).
Процесс метилирования — что это такое и как он влияет на старение и здоровье
Знаете, какой поисковый запрос, связанный с процессом метилирования, один из самых частых? «Метилирование простыми словами». Действительно, тема очень сложная, но разобраться в ней стоит хотя бы потому, что метилирование является одной из наиболее значимых метаболических функций организма. Так, адекватные процессы метилирования помогают человеческому организму адаптироваться к стрессу, и значит, избежать болезней и отсрочить старость. Ведь уже доказано, что все болезни от нервов, и именно стресс является фактором запуска механизма старения раньше срока.
Метилирование влияет на самые разные биологические процессы, а также органы и системы в организме: детоксикация, производство энергии, иммунная система, синтез нейротрансмиттеров (дофамин, серотонин, адреналин) и глютатиона, регулирование гормонов, генная экспрессия и поддержание ДНК. Гиперметилирование промоторной области генов связано с увеличением числа болезненных состояний, включая аллергию (Martino et al., 2015), аутоиммунитет (Nakano et al, 2013), синдром Дауна (Jin et al., 2013) и рак ( Varley et al., 2013).
В каждой клетке ежесекундно происходит множество реакций метилирования, и весь этот процесс регулируют ферменты и кофакторы, молекулы-помощники, которые участвуют в биологических превращениях. К кофакторам относят ряд витаминов и микроэлементов: цинк, магний, витамины группы В и другие. Их баланс крайне важен.
Причины нарушенного метилирования могут быть разными: от генетики до заболеваний желудочно-кишечного тракта, в силу которых организм не в состоянии усвоить важные для метилирования вещества. Отсюда вытекает еще один фактор: к их дефициту может привести несбалансированный рацион. И здесь как раз очень важно понимать, что как недостаток, так и избыток одинаково чреваты негативными последствиями для организма. Речь, прежде всего, о витаминах группы B в метильных формах.
Генетический тест «Панель метилирования Яско»
Разработанный доктором Эми Яско генетический тест анализирует 30 генов, которые участвуют в процессах метилирования. «Панель метилирования Яско» помогает выявить нарушения в работе генов, связанные с определенными мутациями, и позволяет понять, насколько эффективно работает цикл метилирования у конкретного человека.
Доктор Яско провела работу с пациентами, страдающими хроническими головными болями, снижением иммунитета, а также имевшими неврологические расстройства и расстройства аутистического спектра. На основании их генотипов стало возможным выявить индивидуальные генетические предрасположенности, связанные со спектром заболеваний, и разработать подходы к их коррекции.
Генетический тест «Панель метилирования Яско» позволяет обнаружить нарушения в цикле метилирования человека — химическом процессе, который помогает получать энергию для клеток, выводить токсические вещества, регулировать уровень нейромедиаторов, а также участвует в восстановлении и экспрессии генов.
С помощью информации о работе цикла метилирования можно составить индивидуальную карту восприимчивости к различным заболеваниям, чтобы предотвратить или замедлить их развитие.
Аутизм и генетический анализ «Панель метилирования Яско»
Генетические тесты для людей с расстройствами аутистического спектра пока не являются обязательными, хотя зачастую их результаты могут изменить жизнь пациентов к лучшему. Исследование генов не применяется для диагностики аутизма, однако информация о наличии определенных мутаций влияет на подход к лечению, профилактику различных осложнений и на подбор индивидуальной терапии.
«Панель метилирования Яско» может помочь в решении проблемы детского аутизма. Особенности питания ребенка с раннего возраста, прием лекарственных препаратов и вакцинация способны спровоцировать тяжелые осложнения расстройств аутистического спектра, поэтому, чтобы предотвратить их, важно знать о конкретных изменениях в генах. Коррекция образа жизни и индивидуальная диета дают хорошие результаты.
Подробнее о метилировании
Метилирование — это биохимическая реакция метильной группы, одного атома углерода и трех атомов водорода (CH3), происходящая в клетках человеческого организма. Процесс метилирования заключается в присоединении данной группы к цитозину, что может приводить к изменению ДНК. С циклом метилирования пересекаются и другие важные биологические циклические процессы, а его нарушение обусловливает развитие многих хронических заболеваний.
Активность процесса метилирования может снижаться из-за наличия в организме генетических мутаций. Подобная ситуация может заложить основу для дальнейшего негативного влияния на человека факторов окружающей среды, различных инфекций и создать предпосылки для развития серьезных недугов.
Некоторые из генетических патологий могут быть связаны с определенными заболеваниями и состояниями. Знание о конкретных изменениях в генах поможет оценить предрасположенность человека к развитию того или иного недуга. Обнаружение и изучение мутаций ДНК должно улучшить здоровье человечества и привести к персонализированному подходу в лечении.
Доктор Яско
Эми Яско — обладательница докторской степени в области микробиологии/ иммунологии/ инфекционных заболеваний Медицинского колледжа Олбани, грантов Йельского медицинского центра, онкологического центра Уилмонта и центра детских инфекционных заболеваний Департамента микробиологии и иммунологии (США).
В предыдущие годы деятельности Эми Яско входила в состав научно-консультативного совета Национального фонда альтернативной медицины (NFAM), занималась проектом Documenting Hope for chronic disease по профилактике и лечению тяжелых хронических заболеваний у детей. Будучи также совладелицей компании DNA technology, она стала автором нескольких запатентованных изобретений, связанных с методами анализа ДНК и РНК, в том числе первого недорогого ДНК-синтезатора.
Сегодня доктор переключила свое внимание на использование более естественных подходов к решению проблем со здоровьем, получив для этого дополнительное образование. Эми Яско работает натуропатом, врачом холистической медицины — течения, сосредоточенного на комплексном лечении человека. Является членом Американской ассоциации интегративной медицины.
Что помогает улучшить процесс метилирования
Активность мутаций и экспрессия генов зачастую могут быть изменены с помощью эпигенетических механизмов: образа жизни, определенной диеты, защиты от воздействия токсических веществ. Благодаря обнаружению «опасных» изменений в генах можно улучшить пути метилирования с упором на дополнительное получение нужных веществ. Такое эпигенетическое воздействие поможет оптимизировать работу циклов метилирования, улучшить самочувствие и подходить к процессу лечения в индивидуальном порядке.
На основании результатов генетического теста «Панель метилирования Яско» можно составить персональный перечень полезных веществ, лекарств и продуктов питания, которые помогут на каждом этапе циклов метилирования и улучшат общее состояние организма.
Определенную роль в цикле метилирования играют бактерии. Многие бифидобактерии являются производителями фолатов, в то время как, например, лактобациллы, являются их потребителями. Дисбактериоз может нарушать процесс метилирования, но восстановление микрофлоры кишечника, в свою очередь, может помочь вернуть его в равновесие. Узнать о состоянии микрофлоры можно пройдя специальный тест.