Mechanismen in der Epigenetik

Epigenetische Phänomene verändern nicht die Basenabfolge der DNA (Sequenz), sondern die chemische Struktur der DNA-Basen und/oder die Verpackung der DNA. Die wichtigsten epigenetischen Modifikationen sind zum einen die DNA-Methylierung und die Histon-Modifikation.

 

 

DNA-Methylierung

Die DNA-Methylierung bildet einen wichtigen Prozess in der Epigenetik. Indem in bestimmten Genbereichen Methylgruppen an die Base Cytosin angeknüpft werden, kann die Aktivität der betroffenen Gene unterdrückt werden. Die Gene werden durch diese Veränderung  also quasi stillgelegt. Die Methylierung geschieht in den sogenannten CpG-Inseln. Dies sind DNA-Abschnitte, in denen besonders oft die Basenabfolge Cytosin-Guanin, genauer Cytosinphosphatidyl-Guanosin, kurz CpG, auftritt.

Eine Gruppe isländischer und US-amerikanischer Forscher konnte nachweisen, dass sich die DNA-Methylierung von CpG-Inseln im Laufe des Lebens verändern kann. Wie die Untersuchung ergab, unterschied sich bei acht bis zehn Prozent der Studienteilnehmer der DNA-Methylierungsgrad innerhalb eines Zeitraums von elf bis 16 Jahren um mehr als 20 Prozent. Epigenetische Mechanismen sind also nicht dauerhaft, sondern in einigen Fällen auch durchaus umker- und veränderbar.

Beispiel ‚Rauchen in der Schwangerschaft‘: US-amerikanische Wissenschaftler konnten zeigen, dass Rauchen in der Schwangerschaft ebenfalls die DNA-Methylierungsmuster beim Neugeborenen verändert, sodass bestimmte Gene beim Kind an- oder abgeschaltet werden.

Histon-Modifikation

Symbol-Grafik: DNA-Strang, der um Histon-Proteine gewickelt ist.
Der DNA-Strang (rot/blau) ist um Histon-
Proteine (grau) gewickelt.
© molekuul.be - Fotolia.com

Im Zellkern bestimmt das Chromatin - ein Komplex, der vorwiegend aus DNA und bestimmten Eiweißen, den sogenannten Histonen besteht - die Packungsdichte der DNA. Der Zustand des Chromatins wiederum beeinflusst die Transkription, ermöglicht oder verhindert also das Ablesen der Gene und damit die Produktion bestimmter Eiweiße. Hochkondensierte, das sind dicht gepackte Chromatin-Bereiche, erschweren, offene dagegen erleichtern den Zugang der Ablesemaschinerie zur DNA.

Der Packungszustand des Chromatins kann durch verschiedene epigenetische Prozesse verändert werden. So können beispielsweise verschiedene chemische Gruppen an bestimmte Aminosäuren der Histone angefügt oder von ihnen entfernt werden. Beispiele für solche Veränderungen an den Histonen sind:

  • acetylieren oder deacetylieren (Hinzufügen oder entfernen von Acetylgruppen),
  • phosphorylieren (Anhängen von Phosphatgruppen),
  • methylieren (Anhängen von Methylgruppen) oder
  • ubiquitinylieren (Anhängen von Ubiquitin)

Eine Acetylierung von Histonen führt zum Beispiel dazu, dass sich die Struktur des Chromatins auflockert und die dort verpackten Gene abgelesen werden können.

Schließen
Informationen zum Inhalt

Quellen:

Wissenschaftliche Beratung:

Dr. Stefan Dehmel, Abteilung Strategie, Programme und Ressourcen, Helmholtz Zentrum München

Dr. Klaus Rehmann, Abteilung Strategie, Programme und Ressourcen, Helmholtz Zentrum München

  • Zeilinger, S. et al.: Tobacco smoking leads to extensive genome-wide changes in DNA methylation. PLoS ONE 8:e63812 (2013)
  • Liu, L. et. al.: Gene-Environment Interactions and Epigenetik Basis of Human Diseases. In: Current Issues of Molecular Biology, 2008; 10: 25-36
  • Gomes, M., Waterland, R.: Individual Epigenetic Variation: When, Why, and so What. In: Nestlé Nutrition Workshop Series Pediatric Program, 2008, 62: 141-149
  • Bjornsson, H., et. al.: Intra-individual Change Over Time in DNA Methylation With Familial Clustering. In: JAMA (Journal of the American Medical Association), 2008, 24: 2877-2883


     

Letzte Aktualisierung:

23.05.2018

zum Seitenanfang
Druckversion

Wir verwenden Cookies um Ihnen den Besuch der Webseite so angenehm wie möglich zu machen. Wir benötigen Cookies um die Dienste ständig zu verbessern, bestimmte Features zu ermöglichen und wenn wir Dienste bzw. Inhalte Dritter einbetten, wie beispielsweise den Vimeo-Videoplayer oder Twitter-Feeds. Gegebenenfalls werden in diesen Fällen auch Informationen an Dritte übertragen. Durch die Nutzung unserer Webseite stimmen Sie der Nutzung von Cookies zu. Wir verwenden unterschiedliche Arten von Cookies. Hier haben Sie die Möglichkeit, Ihre Cookie-Einstellungen zu personalisieren:

Einstellung anzeigen.
In unserer Datenschutzerklärung finden Sie weitere Informationen.

Dort können Sie Ihre Cookie-Einstellungen jederzeit ändern.