La metilazione del DNA, una caratteristica epigenetica essenziale del DNA che modula l'espressione genica e l'integrità del genoma, è catalizzata da metiltrasferasi che utilizzano la S-adenosilmetionina (SAM) quale donatore universale di gruppi metilici. L'enzima metilenetetraidrofolato reduttasi (MTHFR) catalizza la sintesi del 5-metiltetraidrofolato (5-methylTHF), il donatore di gruppi metilici per la sintesi di metionina dall'omocisteina e precursore della SAM. Nel presente studio si è voluto determinare l'effetto dello status dei folati sulla metilazione genomica del DNA con particolare enfasi sul ruolo di una possibile interazione genetico-nutrizionale con la mutazione comune a carico del gene MTHFR. Un nuovo metodo ad elevata sensibilità e specificità per l'analisi delle basi nucleotidiche, basato su tecnologia LC/ESI-MS, è stato da noi inventato e messo a punto per determinare la metilazione genomica del DNA da materiale nucleico isolato da cellule mononucleate da sangue periferico di 105 soggetti omozigoti per la mutazione comune del gene MTHFR (T/T) e 187 soggetti wild-type (C/C) per il medesimo polimorfismo genico. I risultati del presente lavoro hanno dimostrato che la metilazine genomica del DNA correla in modo diretto con lo status dei folati (P<0.01). I genotipi T/T hanno ridotti livelli di metilazione del DNA rispetto ai soggetti wild-type (C/C) (32.23 vs.62.24 ng 5-methylcytosine/mg DNA, P<0.0001). Tuttavia, solamente i soggetti con genotipo T/T con bassi livelli di folatemia rendevano conto dei ridotti livelli di metilazione genomica del DNA (P<0.0001). Dato particolarmente innovativo ed interessante è la scoperta che nei soggetti portatori del genotipo T/T la metilazione del DNA correlava con la porzione metilata dei folati eritrocitari (RBC folates) ed era inversamente proporzionale con la porzione formilata dei folati eritrocitari (P<0.03)che è noto essere presente solamente nei soggetti portatori del genotipo mutante MTHFR T/T. Questi risultati indiacano pertanto che il polimorfismo MTHFR C677T influenzano il principale meccanismo epigenetico del DNA attraverso una interazione genetico-nutrizionale con lo status dei folati.

DNA methylation, an essential epigenetic feature of DNA that modulates gene expression and genomic integrity, is catalyzed by methyltransferases that utilize the universal methyl donor S-adenosyl-L-methionine (SAM). Methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) catalyzes the synthesis of 5-methyltetrahydrofolate (5-methylTHF), the methyl donor for synthesis of methionine from homocysteine and precursor of SAM. In the present study we sought to determine the effect of folate status on genomic DNA methylation with an emphasis on the interaction with the common C677T mutation in the MTHFR gene. A newly developed sensitive and selective LC/ESI-MS method for the analysis of nucleotide bases was used to assess genomic DNA methylation in peripheral blood mononuclear cell DNA from 105 subjects homozygous for this mutation (T/T) and 187 homozygous for the wild-type (C/C) genotype. The results show that genomic DNA methylation directly correlates with folate status (P<0.01). T/T genotypes had a diminished level of DNA methylation compared to those with the C/C wild-type (32.23 vs.62.24 ng 5-methylcytosine/mg DNA, P<0.0001). Only the T/T subjects with low levels of folate, however, accounted for the diminished DNA methylation (P<0.0001). In T/T subjects DNA methylation status correlated with the methylated proportion of red blood cell folate (RBC) and was inversely related to the formylated proportion of RBC folates (P<0.03) that is known to be solely represented in those individuals. These results indicate that the MTHFR C677T polymorphism influences DNA methylation status through an interaction with folate status.

GENE-NUTRIENT INTERACTIONS AND EPIGENETICS. BIOCHEMICAL BASES OF THE ROLE OF PLASMA AND RED BLOOD CELL FOLATE, THE MTHFR C677T POLYMORPHISM AND GENOMIC DNA METHYLATION.

FRISO, Simonetta
2002-01-01

Abstract

La metilazione del DNA, una caratteristica epigenetica essenziale del DNA che modula l'espressione genica e l'integrità del genoma, è catalizzata da metiltrasferasi che utilizzano la S-adenosilmetionina (SAM) quale donatore universale di gruppi metilici. L'enzima metilenetetraidrofolato reduttasi (MTHFR) catalizza la sintesi del 5-metiltetraidrofolato (5-methylTHF), il donatore di gruppi metilici per la sintesi di metionina dall'omocisteina e precursore della SAM. Nel presente studio si è voluto determinare l'effetto dello status dei folati sulla metilazione genomica del DNA con particolare enfasi sul ruolo di una possibile interazione genetico-nutrizionale con la mutazione comune a carico del gene MTHFR. Un nuovo metodo ad elevata sensibilità e specificità per l'analisi delle basi nucleotidiche, basato su tecnologia LC/ESI-MS, è stato da noi inventato e messo a punto per determinare la metilazione genomica del DNA da materiale nucleico isolato da cellule mononucleate da sangue periferico di 105 soggetti omozigoti per la mutazione comune del gene MTHFR (T/T) e 187 soggetti wild-type (C/C) per il medesimo polimorfismo genico. I risultati del presente lavoro hanno dimostrato che la metilazine genomica del DNA correla in modo diretto con lo status dei folati (P<0.01). I genotipi T/T hanno ridotti livelli di metilazione del DNA rispetto ai soggetti wild-type (C/C) (32.23 vs.62.24 ng 5-methylcytosine/mg DNA, P<0.0001). Tuttavia, solamente i soggetti con genotipo T/T con bassi livelli di folatemia rendevano conto dei ridotti livelli di metilazione genomica del DNA (P<0.0001). Dato particolarmente innovativo ed interessante è la scoperta che nei soggetti portatori del genotipo T/T la metilazione del DNA correlava con la porzione metilata dei folati eritrocitari (RBC folates) ed era inversamente proporzionale con la porzione formilata dei folati eritrocitari (P<0.03)che è noto essere presente solamente nei soggetti portatori del genotipo mutante MTHFR T/T. Questi risultati indiacano pertanto che il polimorfismo MTHFR C677T influenzano il principale meccanismo epigenetico del DNA attraverso una interazione genetico-nutrizionale con lo status dei folati.
Epigenetics; DNA methylation; gene expression; gene-nutrient interactions; folate; one carbon metabolism; MTHFR polymorphism; MTHFR 677C>T; folate metabolism; LC/MS; LC/ESI-MS; method for DNA methylation; S-adenosyl-L-methionine; SAM; S-adenosyl-homocysteine; SAH; 5-methyltetrahydrofolate; 5-methylTHF; methionine
DNA methylation, an essential epigenetic feature of DNA that modulates gene expression and genomic integrity, is catalyzed by methyltransferases that utilize the universal methyl donor S-adenosyl-L-methionine (SAM). Methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) catalyzes the synthesis of 5-methyltetrahydrofolate (5-methylTHF), the methyl donor for synthesis of methionine from homocysteine and precursor of SAM. In the present study we sought to determine the effect of folate status on genomic DNA methylation with an emphasis on the interaction with the common C677T mutation in the MTHFR gene. A newly developed sensitive and selective LC/ESI-MS method for the analysis of nucleotide bases was used to assess genomic DNA methylation in peripheral blood mononuclear cell DNA from 105 subjects homozygous for this mutation (T/T) and 187 homozygous for the wild-type (C/C) genotype. The results show that genomic DNA methylation directly correlates with folate status (P<0.01). T/T genotypes had a diminished level of DNA methylation compared to those with the C/C wild-type (32.23 vs.62.24 ng 5-methylcytosine/mg DNA, P<0.0001). Only the T/T subjects with low levels of folate, however, accounted for the diminished DNA methylation (P<0.0001). In T/T subjects DNA methylation status correlated with the methylated proportion of red blood cell folate (RBC) and was inversely related to the formylated proportion of RBC folates (P<0.03) that is known to be solely represented in those individuals. These results indicate that the MTHFR C677T polymorphism influences DNA methylation status through an interaction with folate status.
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