Alkilacija označuje prenos alkilne skupine iz ene molekule v drugo. Alkilacije imajo mutagene in rakotvorne učinke, saj DNA in RNA pogosto napadajo in spreminjajo alkilirajoča sredstva. Tako imenovana alkilirajoča sredstva se v medicini po eni strani uporabljajo za zaviranje rasti celic kot citostatiki in po drugi strani sprožilci rak ali povzročijo dedno škodo pri potomcih.
Kaj je alkilacija?
Alkilacija označuje prenos alkilne skupine iz ene molekule v drugo. DNK in RNK pogosto napadajo in spreminjajo alkilirajoča sredstva. Nekatere kemične snovi razvijejo mutagene in rakotvorne učinke s svojo sposobnostjo induciranja alkilacije. Alkilacija vključuje prenos alkilnih skupin. Poseben primer alkiliranja je metilacija. Metilna skupina spada tudi med alkile. Metilacije pa v telesu vedno potekajo v fizioloških pogojih, medtem ko alkilne skupine vsebujejo več kot eno ogljika atom običajno povzročijo snovi, ki so telesu tuje. Metilacije DNK so odgovorne za epigenetske spremembe. Poleg tega v organizmu potekajo tudi številne druge reakcije metilacije. V teh reakcijah se metilne skupine prenesejo v posebne funkcionalne skupine, kot so hidroksi, amino ali sulfhidrilne skupine. Ko se prenašajo etilne, propilne ali celo alkilne skupine z več verigami, to vpliva zlasti na genski material. Bolj ko se alkilne skupine vežejo na DNA, pogosteje se verige DNA lomijo. Poleg tega se lahko različni prameni vežejo tudi drug na drugega. Končno tudi alkilacije višjih verig vedno vodi do spremembe nukleinske kisline molekule. Zaradi sprememb nukleinske kisline je rast celic med drugim zavirana.
Funkcija in naloga
Zaradi učinka alkilacije na zaviranje rasti so potencialne aplikacije v rak zdravljenje. Čeprav imajo alkilirajoče spojine rakotvorni učinek, lahko hkrati ustavijo nemoteno rast obstoječih rak celic. Z uničenjem DNK se rast prekine v proliferirajočih celicah (delitvenih celicah) na tako imenovanih kontrolnih točkah celičnega cikla. Celica počasi umira. To velja tako za rakave celice, kot tudi za celice, ki so v fizioloških razmerah močne rasti, kot so imunske celice, sluznice, lasje koreninske celice in zarodne celice. Medtem ko se spremembe v DNK pojavljajo v vsaki celici, sta učinek in intenzivnost največja pri razmnoževanju celic. Tako so najbolj prizadete celice, ki se še posebej hitro delijo. To je osnova za selektivni učinek citostatika droge na rakave celice. Iz tega razloga se za rak uporablja veliko alkilirajočih citostatikov terapija kot del kemoterapija. Z dolgotrajno uporabo teh snovi se njihova škodljivost poveča, saj so tudi počasneje rastoče celice v manjši meri gensko spremenjene. V posebnem primeru metilacije se v veliki meri metilira tudi DNA. Vendar ne pride do genetske spremembe. Osnovno zaporedje ostane nespremenjeno. Metilne skupine so vezane samo na citidin. Metilirana področja DNK so neaktivna, zato genetske kode tukaj ni več mogoče brati. To vodi do epigenetskih sprememb v DNK. DNK je tako spremenjena, vendar genska koda ostaja nedotaknjena. Zaradi epigenetskih sprememb se telo spremeni tudi v obliki modifikacij fenotipa. Prav ti procesi so odgovorni za vpliv okolja na tvorjenje in izražanje značilnih lastnosti, ki jih genotip ne določa v celoti. Razlikovanje posameznih celic v različne organe in tkiva je povezano tudi z epigenetskimi spremembami. Diferenciacija je posledica diferencialne aktivnosti genov v različnih vrstah celic.
Bolezni in motnje
Osnova kemoterapija temelji na citostatičnem učinku alkilirajočih snovi. Hkrati pa so hudi neželeni učinki kemoterapevtikov tudi posledica njihovih alkilirajočih učinkov. Ta sredstva imajo svoj terapevtski učinek proti raku zaradi vpliva, ki zavira rast na celice. Celice raka rastejo najhitrejši. Zato so najbolj prizadeti. Vendar pa je oslabljena tudi rast imunskih celic, sluzničnih celic ali zarodnih celic, zato so znani neželeni učinki kemoterapija ki se kažejo v dovzetnosti za okužbe, slabost, bruhanje, anemija, izpadanje las, suha sluznica in drugi neprijetni simptomi. Pomembna citostatska sredstva za kemoterapijo predstavljajo derivate dušik-izgubljene spojine, alkilsulfonati, nitrosourea in različne druge skupine snovi. Vsem je skupen alkilirajoči učinek na DNA, ki se pri tem uniči. Vse zdravilne učinkovine se lahko uporabljajo za raka terapija, vendar imajo ustrezne neprijetne stranske učinke. Če zdrav človek pride v stik s temi snovmi, se poveča tveganje za nastanek raka. Kratkoročni učinek teh snovi je ustaviti delitev celic in povzročiti umiranje celic. Postopne spremembe DNK v počasi rastočih celicah lahko tudi vodi do njihove dolgoročne preobrazbe v rakave celice. Alkilirajoče kemične spojine v industriji in živilski industriji imajo v nekaterih primerih tudi rakotvorne in mutagene učinke. Sem spadajo dimetil sulfat v kemični industriji in hladno sterilizatorji dimetil dikarbonat in dietil dikarbonat v živilski industriji. Metilacije telesa lahko tudi vodi na bolezni, če se pojavijo nepravilno. Tako se je povečala ali zmanjšala gen aktivnost temelji na metilaciji DNA. Kadar pa je metilacija napačna, se razvijejo bolezni. Na primer, tumorji se lahko razvijejo kot posledica nepravilnega gen aktivacija. To velja, če je predpisan gen saj je delitev celic neaktivna. Toda aktivacija genov, ki bi morali biti običajno neaktivni, lahko vodi tudi do degeneracije celic. Pri različnih tumorjih so odkrili različne vzorce metilacije v ustreznih zdravih tkivih. Vseeno je, ali je stopnja metilacije premočna ali prešibka.
