DNA-Methylierung: Ein zentraler epigenetischer Mechanismus

Die DNA-Methylierung ist ein grundlegender epigenetischer Prozess bei Eukaryoten, der die Genaktivität reguliert. Dieser Mechanismus beeinflusst die Genexpression, ohne die DNA-Sequenz selbst zu verändern.

Definition: DNA-Methylierung ist die enzymatische Modifikation der DNA, bei der eine Methylgruppe an das 5. Kohlenstoffatom der Base Cytosin angehängt wird.

Der Ablauf der DNA-Methylierung umfasst mehrere Schritte:

1. Eine Methylgruppe wird an das Cytosin angehängt.
2. Das Enzym DNA-Methyltransferase katalysiert die Umwandlung von Cytosin zu 5-Methylcytosin.
3. Die Raumstruktur der DNA wird verändert.
4. Die RNA-Polymerase wird blockiert.
5. Die Transkription wird verhindert, wodurch die betroffenen Gene abgeschaltet werden.

Highlight: Die DNA-Methylierung führt zur Inaktivierung von Genen, indem sie die Transkription verhindert.

Die Auswirkungen der DNA-Methylierung sind weitreichend:

• Methylierungsmuster können mitotisch an die nächste Zellgeneration und über Keimzellen an nachfolgende Individuen weitergegeben werden.
• Umweltfaktoren wie Alkoholkonsum, Ernährung und Traumata können die Methylierungsmuster beeinflussen.
• Der Methylierungszustand ist reversibel. Methylgruppen können durch Demethylasen entfernt werden, wodurch Gene wieder aktiviert werden können.

Example: Die DNA-Methylierung bei Eukaryoten spielt eine wichtige Rolle bei der Genregulation. Beispielsweise kann die Methylierung bestimmter Genabschnitte in Krebszellen zur Inaktivierung von Tumorsuppressorgenen führen.

Vocabulary: Epigenetik bezieht sich auf vererbbare Veränderungen der Genexpression, die nicht auf Veränderungen der DNA-Sequenz beruhen.

Histonmodifikation: Ein weiterer epigenetischer Regulationsmechanismus

Die Histonmodifikation, insbesondere die Acetylierung, ist ein wichtiger epigenetischer Mechanismus, der die Genexpression durch Veränderung der Chromatinstruktur beeinflusst.

Definition: Histonmodifikation bezeichnet die chemische Veränderung von Histonproteinen, die die Struktur des Chromatins und damit die Zugänglichkeit der DNA für die Transkriptionsmaschinerie beeinflussen.

Der Prozess der Histonmodifikation umfasst zwei Hauptzustände:

1. Euchromatin:

   • Acetylgruppen werden durch die Histonacetyl-Transferase an bestimmte Aminosäuren der Histone (oft Lysin) angefügt.
   • Die Acetylierung führt zu einer lockeren Wicklung der DNA um die Histone.
   • Gene in diesem Zustand sind aktiv und können transkribiert werden.

2. Heterochromatin:

   • Die DNA ist eng um das Nukleosom gewickelt.
   • Gene sind nicht lesbar, da die RNA-Polymerase keinen Zugang zur DNA hat.
   • Acetylgruppen werden von der Histon-Deacetylase abgespalten, was zu einer engen Wicklung der DNA führt.

Highlight: Der Komprimierungsgrad der DNA-Windungen um die Histone hat einen starken Einfluss auf die Transkriptionsaktivität.

Example: Ein Beispiel für Genregulation bei Eukaryoten durch Histonmodifikation ist die Aktivierung von Genen während der Zelldifferenzierung. Durch Acetylierung von Histonen können entwicklungsspezifische Gene zugänglich gemacht und exprimiert werden.

Vocabulary: Euchromatin bezeichnet locker gepacktes Chromatin, in dem Gene aktiv sind, während Heterochromatin dicht gepacktes, transkriptionell inaktives Chromatin beschreibt.

Die Histonmodifikation ermöglicht eine dynamische Regulation der Genexpression, indem sie die Zugänglichkeit der DNA für Transkriptionsfaktoren und die RNA-Polymerase beeinflusst. Dieser Mechanismus spielt eine entscheidende Rolle bei verschiedenen zellulären Prozessen, einschließlich der Zelldifferenzierung und der Anpassung an Umwelteinflüsse.