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Epigenetik leicht erklärt: Beispiele, Vererbung und DNA-Methylierung

Name: Knowunity
Brand: Knowunity

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Epigenetik leicht erklärt: Beispiele, Vererbung und DNA-Methylierung

Nele Schunk

@nelekathi

25 Follower

Epigenetik beschäftigt sich mit Veränderungen der Genfunktionen ohne Änderung der DNA-Sequenz. Diese Veränderungen können durch Umwelteinflüsse ausgelöst werden und teilweise vererbt werden. Wichtige epigenetische Mechanismen sind DNA-Methylierung und Histonmodifikationen, die die Genaktivität regulieren. Epigenetische Prozesse spielen eine wichtige Rolle bei der Zelldifferenzierung, Krankheitsentstehung und Vererbung von Merkmalen.

DNA-Methylierung schaltet Gene durch Anheften von Methylgruppen aus
Histonmodifikationen verändern die Chromatinstruktur und Genaktivität
Umweltfaktoren wie Ernährung können epigenetische Veränderungen auslösen
Epigenetische Markierungen können teilweise an Nachkommen weitergegeben werden
Epigenetik erklärt, wie gleiche Gene in verschiedenen Zellen unterschiedlich aktiv sein können

22.2.2021

5381

Schunk, Nele, Q2c
Epigenetik Nele Schunk
Definition:
●
●
Epigenetik
Epigenetische Veränderungen:
Bei Genmutation kommt es zu einer Änderung

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Definition der Epigenetik

Epigenetik ist ein Teilgebiet der Genetik, das sich mit Veränderungen von Genfunktionen beschäftigt, die nicht durch Änderungen der DNA-Sequenz hervorgerufen werden. Im Gegensatz zu Genmutationen, bei denen sich die Nukleotidsequenz der DNA ändert, bleiben bei epigenetischen Veränderungen die DNA-Bausteine unverändert.

Definition: Epigenetik untersucht Veränderungen der Genaktivität ohne Änderung der DNA-Sequenz.

Epigenetische Veränderungen kommen bei Tieren und Menschen vor und werden nicht immer an Nachkommen weitergegeben. Durch molekulare Mechanismen wird das Ablesen von Genen verstärkt oder abgeschwächt, ohne die gespeicherte genetische Information zu verändern.

Highlight: Epigenetische Prozesse ermöglichen eine flexible Anpassung der Genaktivität an Umwelteinflüsse.

Das Epigenom stellt eine neue Informationsebene auf dem Genom dar. Kleine Moleküle werden an das Erbgut angeheftet oder entfernt, Proteine falten den DNA-Strang oder entwirren ihn, und RNA-Moleküle binden an die DNA. Diese epigenetischen Markierungen beeinflussen, wann und in welchem Ausmaß Gene aktiviert oder deaktiviert werden.

Beispiel: Durch epigenetische Regulierung können identische Gene in verschiedenen Zelltypen unterschiedlich aktiv sein.

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DNA-Methylierung

Die DNA-Methylierung ist ein wichtiger epigenetischer Mechanismus zur Speicherung von Informationen im Epigenom. Dabei werden Methylgruppen (-CH3) dauerhaft an bestimmte DNA-Basen gebunden, was zur Stilllegung von Genen führen kann.

Vocabulary: DNA-Methyltransferasen sind Enzyme, die die Übertragung von Methylgruppen auf die DNA katalysieren.

Der Prozess der DNA-Methylierung läuft folgendermaßen ab:

Methylgruppen werden an Cytosinbasen der DNA gebunden
DNA-Methyltransferasen katalysieren diesen Vorgang
Je mehr Cytosinbasen methyliert sind, desto geringer ist die Transkriptionsrate des betroffenen Gens

Highlight: Das Methylierungsmuster kann bei der Zellteilung auf den neu gebildeten DNA-Strang kopiert werden.

Ein Beispiel für die Bedeutung der DNA-Methylierung ist die Stilllegung von X-Chromosomen bei weiblichen Säugetieren:

In weiblichen Embryonen wird zufällig eines der beiden X-Chromosomen in allen Zellen stillgelegt
Das inaktivierte X-Chromosom enthält viele methylierte Cytosin-Bausteine und wird als Barr-Körperchen bezeichnet
Im aktiven X-Chromosom sind nur wenige Cytosinbasen methyliert
Diese Stilllegung wird bei der Bildung von Eizellen wieder aufgehoben

Example: Durch die X-Chromosom-Inaktivierung wird in allen Körperzellen von Frauen die gleiche Menge an X-chromosomalen Genprodukten erzeugt wie in den Zellen von Männern.

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Histonmodifikationen

Histonmodifikationen sind neben der DNA-Methylierung ein weiterer wichtiger epigenetischer Mechanismus. Histone sind Proteine, die am Aufbau des Chromatins beteiligt sind und die DNA-Struktur beeinflussen.

Definition: Histonmodifikationen sind chemische Veränderungen an Histonproteinen, die die Genaktivität regulieren.

Der Prozess der Histonmodifikation umfasst folgende Schritte:

An Aminosäuren der Histonmoleküle werden bestimmte chemische Gruppen angehängt
Dabei handelt es sich beispielsweise um Methyl- oder Acetylgruppen (-COCH3)
Diese Modifikationen werden von regulatorischen Proteinen durchgeführt
Die Veränderungen sind reversibel

Example: Werden Acetylreste an Histone angehängt, wird das Chromatin aufgelockert, was die Genaktivität erhöhen kann.

Histonmodifikationen können mit der DNA-Methylierung zusammenwirken:

Bei der Bildung von Barr-Körperchen (inaktivierte X-Chromosomen) sind neben DNA-Methylierungen auch Histonveränderungen beteiligt
Die Kombination verschiedener epigenetischer Markierungen ermöglicht eine präzise Kontrolle der Genaktivität

Highlight: Der "Histon-Code" aus verschiedenen Modifikationen bestimmt die Zugänglichkeit und Aktivität von Genen.

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Epigenetische Vererbung und Umwelteinflüsse

Epigenetische Veränderungen können durch verschiedene Umwelteinflüsse hervorgerufen werden und in manchen Fällen sogar an nachfolgende Generationen weitergegeben werden. Dies erweitert unser Verständnis von Vererbung über die reine DNA-Sequenz hinaus.

Highlight: Epigenetische Vererbung beim Menschen zeigt, dass erworbene Merkmale teilweise weitergegeben werden können.

Folgende Umweltfaktoren können epigenetische Veränderungen auslösen:

UV- oder Röntgenstrahlung
Bestimmte chemische Substanzen
Stress
Ernährung

Example: Bei der Agouti-Maus kann die Fellfarbe durch die Ernährung der Mutter während der Schwangerschaft epigenetisch beeinflusst werden.

Das Beispiel der Agouti-Maus verdeutlicht den Einfluss der Epigenetik Ernährung:

Eine Mutation im Agouti-Gen führt normalerweise zu gelbem Fell und Fettleibigkeit
Erhalten trächtige Mäuse Futter mit hoher Vitamin-B12-Konzentration, wird das mutierte Gen epigenetisch stillgelegt
Die Nachkommen haben braunes Fell und normales Gewicht
Diese epigenetische Veränderung kann an weitere Generationen vererbt werden

Vocabulary: Das Agouti-Gen steuert die Fellfarbe vieler Säugetiere und beeinflusst auch den Stoffwechsel.

Diese Erkenntnisse zeigen, dass die Idee einer unveränderlichen genetischen Determination falsch ist. Viele Merkmale und Krankheiten entwickeln sich in einem komplexen Wechselspiel zwischen Genom und Umwelt, wobei epigenetische Mechanismen eine wichtige Rolle spielen.

Quote: "Epigenetik leicht erklärt für Kinder: Stell dir deine Gene wie ein Buch vor. Die Epigenetik ist wie Lesezeichen, die bestimmen, welche Seiten gerade gelesen werden."

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DNA-Methylierung schaltet Gene durch Anheften von Methylgruppen aus
Histonmodifikationen verändern die Chromatinstruktur und Genaktivität
Umweltfaktoren wie Ernährung können epigenetische Veränderungen auslösen
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Definition der Epigenetik

Definition: Epigenetik untersucht Veränderungen der Genaktivität ohne Änderung der DNA-Sequenz.

Highlight: Epigenetische Prozesse ermöglichen eine flexible Anpassung der Genaktivität an Umwelteinflüsse.

Beispiel: Durch epigenetische Regulierung können identische Gene in verschiedenen Zelltypen unterschiedlich aktiv sein.

DNA-Methylierung

Vocabulary: DNA-Methyltransferasen sind Enzyme, die die Übertragung von Methylgruppen auf die DNA katalysieren.

Der Prozess der DNA-Methylierung läuft folgendermaßen ab:

Methylgruppen werden an Cytosinbasen der DNA gebunden
DNA-Methyltransferasen katalysieren diesen Vorgang
Je mehr Cytosinbasen methyliert sind, desto geringer ist die Transkriptionsrate des betroffenen Gens

Highlight: Das Methylierungsmuster kann bei der Zellteilung auf den neu gebildeten DNA-Strang kopiert werden.

Ein Beispiel für die Bedeutung der DNA-Methylierung ist die Stilllegung von X-Chromosomen bei weiblichen Säugetieren:

In weiblichen Embryonen wird zufällig eines der beiden X-Chromosomen in allen Zellen stillgelegt
Das inaktivierte X-Chromosom enthält viele methylierte Cytosin-Bausteine und wird als Barr-Körperchen bezeichnet
Im aktiven X-Chromosom sind nur wenige Cytosinbasen methyliert
Diese Stilllegung wird bei der Bildung von Eizellen wieder aufgehoben

Example: Durch die X-Chromosom-Inaktivierung wird in allen Körperzellen von Frauen die gleiche Menge an X-chromosomalen Genprodukten erzeugt wie in den Zellen von Männern.

Histonmodifikationen

Definition: Histonmodifikationen sind chemische Veränderungen an Histonproteinen, die die Genaktivität regulieren.

Der Prozess der Histonmodifikation umfasst folgende Schritte:

An Aminosäuren der Histonmoleküle werden bestimmte chemische Gruppen angehängt
Dabei handelt es sich beispielsweise um Methyl- oder Acetylgruppen (-COCH3)
Diese Modifikationen werden von regulatorischen Proteinen durchgeführt
Die Veränderungen sind reversibel

Example: Werden Acetylreste an Histone angehängt, wird das Chromatin aufgelockert, was die Genaktivität erhöhen kann.

Histonmodifikationen können mit der DNA-Methylierung zusammenwirken:

Bei der Bildung von Barr-Körperchen (inaktivierte X-Chromosomen) sind neben DNA-Methylierungen auch Histonveränderungen beteiligt
Die Kombination verschiedener epigenetischer Markierungen ermöglicht eine präzise Kontrolle der Genaktivität

Highlight: Der "Histon-Code" aus verschiedenen Modifikationen bestimmt die Zugänglichkeit und Aktivität von Genen.

Epigenetische Vererbung und Umwelteinflüsse

Highlight: Epigenetische Vererbung beim Menschen zeigt, dass erworbene Merkmale teilweise weitergegeben werden können.

Folgende Umweltfaktoren können epigenetische Veränderungen auslösen:

UV- oder Röntgenstrahlung
Bestimmte chemische Substanzen
Stress
Ernährung

Example: Bei der Agouti-Maus kann die Fellfarbe durch die Ernährung der Mutter während der Schwangerschaft epigenetisch beeinflusst werden.

Das Beispiel der Agouti-Maus verdeutlicht den Einfluss der Epigenetik Ernährung:

Eine Mutation im Agouti-Gen führt normalerweise zu gelbem Fell und Fettleibigkeit
Erhalten trächtige Mäuse Futter mit hoher Vitamin-B12-Konzentration, wird das mutierte Gen epigenetisch stillgelegt
Die Nachkommen haben braunes Fell und normales Gewicht
Diese epigenetische Veränderung kann an weitere Generationen vererbt werden

Vocabulary: Das Agouti-Gen steuert die Fellfarbe vieler Säugetiere und beeinflusst auch den Stoffwechsel.

Quote: "Epigenetik leicht erklärt für Kinder: Stell dir deine Gene wie ein Buch vor. Die Epigenetik ist wie Lesezeichen, die bestimmen, welche Seiten gerade gelesen werden."