Epigenetische Mechanismen und RNA-Interferenz

Die Genregulation bei Eukaryoten erfolgt auf verschiedenen Ebenen der Genregulation, wobei die epigenetischen Mechanismen eine zentrale Rolle spielen. Diese Mechanismen basieren auf chemischen DNA-Modifikationen, die durch Umwelteinflüsse ausgelöst werden und meist an Nachkommen weitergegeben werden.

Definition: Die Genregulation auf Chromatin Ebene umfasst drei Hauptmechanismen: DNA-Methylierung, Histon-Acetylierung und RNA-Interferenz. Diese Modifikationen verändern die DNA-Struktur, ohne den genetischen Code zu ändern.

Die DNA-Methylierung, ein exklusiver Mechanismus der Genregulation bei Eukaryoten, findet an CpG-Inseln statt. Durch Methyl-Transferasen werden Methylgruppen an Cytosin-Basen angeheftet, was die Transkription hemmt. Diese Modifikationen sind reversibel und werden bei der Zellteilung vererbt - ein Phänomen, das als epigenetisches "Gedächtnis" bezeichnet wird.

Die Histon-Acetylierung stellt einen weiteren wichtigen Mechanismus dar. Histon-Acetyltransferasen übertragen Acetylreste auf Lysin-Reste der Histone, was zur Lockerung der Chromatinstruktur führt. Dies macht die DNA-Abschnitte für die RNA-Polymerase zugänglich und ermöglicht die Genexpression.

Highlight: Die epigenetischen Mechanismen werden von verschiedenen Faktoren beeinflusst:

• Entwicklung (pränatale Phase und Kindheit)
• Umweltchemikalien
• Medikamente
• Alter
• Ernährung

Die Phasen der Mitose: Prometaphase, Metaphase und Anaphase

Die Genregulation während der Zellteilung ist ein komplexer Prozess, der in mehreren präzise koordinierten Phasen abläuft. In der Prometaphase beginnt eine dramatische Umstrukturierung der Zelle. Die Kernhülle fragmentiert sich, wodurch die Mikrotubuli, die von den Centrosomen ausgehen, in die Kernregion einwandern können. Die Chromosomen erreichen in dieser Phase ihre maximale Kondensation, und an jedem Chromatid entwickelt sich am Centromer eine spezialisierte Proteinstruktur - das Kinetochor.

Definition: Das Kinetochor ist eine Proteinstruktur am Centromer der Chromosomen, die als Anheftungsstelle für die Mikrotubuli des Spindelapparats dient.

In der Metaphase ordnen sich die Chromosomen präzise in der Äquatorialebene der Zelle an, der sogenannten Metaphasenplatte. Diese liegt exakt zwischen den beiden Spindelpolen. Die Kinetochore der Schwesterchromatiden sind dabei mit Mikrotubuli der gegenüberliegenden Pole verbunden. Diese spezialisierten "Kinetochor-Mikrotubuli" bewegen die Chromosomen hin und her, während polare Mikrotubuli mit denen des gegenüberliegenden Pols interagieren.

Die Anaphase stellt die kürzeste, aber entscheidendste Phase der Mitose dar. Sie wird durch die Spaltung der Kohäsin-Proteine eingeleitet, was zur unmittelbaren Trennung der Schwesterchromatiden führt. Jedes Chromatid wird nun zu einem eigenständigen Chromosom und wird durch sich verkürzende Kinetochor-Mikrotubuli zu den entgegengesetzten Zellpolen gezogen. Gleichzeitig verlängern sich die polaren Mikrotubuli, wodurch die Zelle in die Länge wächst. Am Ende der Anaphase befinden sich an beiden Zellpolen identische, vollständige Chromosomensätze.