Wussten Sie, dass MTHFR das am meisten untersuchte Gen in der Nutrigenomik ist? In der Tat ist der Methylierungsweg an der Umwandlung von Homocystein in Methionin unter Verwendung von Folat beteiligt. Er ist auch an der Verarbeitung von schwefelhaltigen Aminosäuren und der Produktion von Glutathion, unserem wichtigsten Antioxidans, beteiligt. Die DNA-Methylierung verändert das menschliche Genom und kann die Alterung und viele Krankheiten beeinflussen. Lesen Sie unten, um mehr zu erfahren.
Was ist Methylierung?
Die Methylierung beim Menschen betrifft das Nukleotid Cytosin (C). Dabei handelt es sich um den Prozess, bei dem eine Methylgruppe (ein Kohlenstoffatom mit 3 daran gebundenen Wasserstoffatomen) an die Cytosin-Nukleotide gebunden wird [1].
MTHFR, das in der Nutrigenomik am meisten untersuchte Gen, ist ein Schlüsselakteur in diesem Prozess. Menschen mit zwei Kopien der C677T-Variante (nur 4% der Bevölkerung) produzieren ein Enzym, dessen Aktivität um etwa 70% reduziert ist [2].
An der Umwandlung von Folat in MTHF oder Methyltetrahydrofolat sind viele Enzyme beteiligt, darunter auch MTHFR.
- Der Methylierungszyklus beginnt mit Homocystein.
- Eines der Moleküle, die in diesem Weg betroffen sind, ist an der Herstellung von DNA beteiligt.
- Ein anderes, MTR oder Methioninsynthase, wandelt Homocystein in Methionin um. Für ihre Funktion benötigt sie Vitamin B12 und 5-MTHF.
- SAM-e ist mit einer Methylgruppe versehen, die es an unsere DNA "weitergeben" kann, was eine DNA-Methylierung bewirkt.
- Das Endergebnis des Methylierungszyklus ist Methionin, aber er produziert auch andere Verbindungen, die für die antioxidative Abwehr wichtig sind, wie Glutathion, und beeinflusst den Folatstoffwechsel.
Wir hören oft von Möglichkeiten, Gene ein- oder auszuschalten, aber nicht von der biochemischen Grundlage dafür, der Methylierung: Das Hinzufügen einer Methylgruppe ist eine Möglichkeit, ein Gen ein- und auszuschalten.
In normalen Zellen sorgt die Methylierung für die korrekte Aktivierung und Abschaltung von Genen. Die DNA-Methylierung bewirkt eine entscheidende Veränderung des Genoms, die an der Regulierung vieler zellulärer Prozesse beteiligt ist. Zu diesen Prozessen gehören die Struktur und Stabilität der Chromosomen, die DNA-Transkription und die Embryonalentwicklung [1, 3].
Wenn der Methylierungszyklus jedoch weniger effizient ist - etwa wenn die Aktivität von MTHFR reduziert ist - kann sich Homocystein ansammeln, weil nicht genügend davon in Methionin umgewandelt wird.
Ein hoher Homocysteinspiegel ist ein großer Risikofaktor für viele Krankheiten - von Entzündungen und Herzerkrankungen bis hin zu Diabetes, Autoimmunerkrankungen (wie Psoriasis), neurologischen Problemen, Krebs und anderen [2].
Arten der Methylierung
Methylierung ist die Grundlage der Epigenetik, der Lehre davon, wie die Umwelt unsere Gene beeinflusst. Unsere Umwelt, unser Lebensstil und unsere Ernährung sind allesamt Faktoren, die Gene an- oder abschalten können.
Die hier vorgestellten Muster der Methylierung und Demethylierung können sich auf die Gesundheit, das Altern und chronische Krankheiten wie Krebs auswirken [4].
Obwohl sowohl eine Über- als auch eine Untermethylierung schädlich sein kann, ist eswichtig zu berücksichtigen, welche Gene "an" oder "aus" geschaltet werden. Die Aktivierung oder Deaktivierung einiger Schlüsselregionen kann schwerwiegende gesundheitliche Komplikationen zur Folge haben (wie z.B. die Hypomethylierung der sogenannten Wiederholungssequenzen bei Krebs) [5].
1) DNA-Hypermethylierung
Ein gesunder Körper hat ein bestimmtes Maß an Methylierung. Unregelmäßig und übermäßig methylierte DNA kann ein Gen verändern und es daran hindern, das zu produzieren, was eseigentlich soll. Veränderungen in der Anordnung der Methylgruppen können Krankheiten verursachen [6].
Einige Forscher haben die Menge der Methylierung in bestimmten Genen sogar als biologische Uhr verwendet, da ihr Vorkommen in einzelnen Genen proportional zum Alter ist. Dies hat unter anderem folgende Auswirkungen:
- Verursacht Krebs
- Schwächung der Funktion des Immunsystems
- Schädigung der Gesundheit des Gehirns
- Beeinträchtigung von Energie und Bewegung
- Beschleunigung des Alterungsprozesses
Sie kann die Expression bestimmter Tumor-Unterdrückergene inaktivieren und reduzieren [3].
Außerdem können externe Umweltfaktoren die Methylierung verändern. Mit anderen Worten: Eine abnorme Methylierung in der DNA kann sich zwar selbst replizieren und weitergegeben werden, aber dieses Gleichgewicht kann auch durch alles um uns herum verändert werden [6].
2) DNA-Hypomethylierung
Auch eine zu geringe Methylierung kann schädlich sein. Wenn die Methylierung im Körper unzureichend ist, kann dies zu genomischer Instabilität und Zelltransformation führen [3].
Und obwohl man dachte, dass Hypermethylierung häufiger bei Krebserkrankungen vorkommt, haben neuere Forschungen ergeben, dass auch Hypomethylierung bei diesen Erkrankungen eine Rolle spielt. Hypomethylierung kann für Krebs kurzfristig von Vorteil sein, aber sie kann auch das Krebswachstum beschleunigen [7].
Methylierung bei Krebs wurde als "zu viel, aber zu wenig"beschrieben . Bei Krebs sind einige Teile der DNA übermethyliert und andere Teile untermethyliert, was zu einem völligen Ungleichgewicht des normalen Methylierungszyklus führt [8].
Abgesehen von Krebs kann Hypomethylierung auch zu Entzündungen beitragen, die zu Atherosklerose und Autoimmunkrankheiten wie Lupus und Multipler Sklerose führen [5].
3) DNA-Demethylierung
Die DNA-Demethylierung kann auch bei der Entstehung von Tumoren eine Rolle spielen [9].
Aber während der Embryonalentwicklung ist dieser Prozess von entscheidender Bedeutung. Wissenschaftler haben lange darum gerungen zu verstehen, wie komplexe biochemische Botschaften im Embryo übermittelt werden, damit sich identische Stammzellen zu spezialisierten Zellen, Geweben und Organen entwickeln können.
Die Demethylierung findet in frühen Embryonen statt und ist für die Differenzierung von Stammzellen in bestimmte Zelltypen unerlässlich. DNA-Regionen werden an- oder abgeschaltet und dann durch Demethylierung wieder modifiziert, damit eine gesunde Entwicklung stattfinden kann [10].
Die Demethylierung entfernt die Modifikation der DNA-Nukleotide [6].
Methylierung und Alterung: die epigenetische Uhr
Methylierung ist kein schwarz-weißes, symmetrisches Phänomen. Und es geht nicht nur darum, ob Ihre DNA mehr oder weniger methyliert ist, sondern wie. Es stellt sich heraus, dass die Methylierung in der Kindheit zunimmt, wenn der größte Teil dieses Prozesses stattfindet.
Mit zunehmendem Alter werden nur bestimmte Bereiche der DNA, die CpG-Inseln, übermethyliert, während der Rest untermethyliert ist. Dies ist das Markenzeichen des Alterns [11].
Anhand des Musters der CpG-Methylierung können Wissenschaftler nun das Alter einer Person vorhersagen. Dies wird als epigenetische Uhr bezeichnet - ein Biomarker des Alterns, der auf einem bestimmten fortschreitenden Methylierungsmuster basiert, das den meisten Menschen gemeinsam ist und uns Auskunft über unser funktionelles Alter gibt.
Aber es gibt auch eine "Drift" in jedem Individuum, ein Muster, das sich von der allgemeinen Bevölkerung in jeder Person leicht unterscheidet, die "epigenetische Drift", die noch erforscht wird [11].
Auf der Grundlage Ihres DNA-Methylierungsmusters könnten Wissenschaftler in der Lage sein, Ihr "epigenetisches Alter" zu bestimmen und es mit Ihrem tatsächlichen Alter zu vergleichen. Auf diese Weise könnten Sie epigenetisch jünger oder älter sein. Und wenn Sie epigenetisch älter sind, kann dies auf ein höheres Risiko für gesundheitliche Probleme hinweisen [11].
