Genetik 10. Epigenetik

• Histon-Modifikationen und der Chromatin-Remodeling-Complex spielen eine entscheidende Rolle für die Prozesse der DNA-Methylierung und der Chromatin-Organisation.
• Epigenetik ist ein Spezialgebiet der Genetik, das das Phänomen des Vererbens, auch über mehrere Generationen hinweg, von kurzfristig erworbenen Eigenschaften (Phänotypen) ohne Veränderung der DNA-Sequenz beschreibt.
• Epigenetik beinhaltet die Vererbung von Gen-Aktivitäten, die von ON/OFF-Status von Genen abhängen.
• DNA-Modifikation ist ein Teilaspekt der Epigenetik, der sich mit der Vererbung von Gen-Aktivitäten befasst.
• DNA-Methylierung ist eine DNA-Modifikation, die in Wirbeltieren und Pflanzen einen hohen Anteil von methyliertem Cytosin (5-Methylcytosin) enthält.
• Methylierung der DNA führt zu einer Blockade der genetischen Aktivität.
• De-Methylierung ist ein Prozess, bei dem die Methylgruppe aus der großen Furche der DNA-Doppelhelix genommen wird.
• Die Methylgruppe ragt in die große Furche der DNA-Doppelhelix, was einen Effekt auf die Genexpression hat.
• Die Methylgruppe verdrängt Transkriptionsfaktoren, die normalerweise an der betroffenen Stelle sitzen.
• Ein Allel ist durch epigenetische Veränderungen stillgelegt.
• DNA-Methylierungsmuster vererben sich, welche die Entwicklung von Lebewesen beeinflussen.
• Heterochromatin ist ein Gen, das immer kondensiert vorliegt, größtenteils repetitive DNA, z.B. im Centromerbereich (konstitutives Heterochromatin).
• Genomische Prägung – Genomic Imprinting
• Die Chromatin-Organisation kann die Expression eines Gens beeinflussen.
• Die Acetylierung führt zur offenen Euchromatin-Struktur, der Kontakt zwischen den Nukleosomen wird gelöst (Auflockerung), die Deacetylierung der Histone führt zu dichtgepacktem Heterochromatin.
• Epigenetik: „Über“-Genetik
• Effekt: Bindung von Proteinen mit einer Affinität für die methylierte DNA
• Expression eines Gens kann davon abhängen von welchem Elternteil es vererbt wurde.
• Regulation der Chromatinstruktur und damit der Genexpression kann durch Histon-Modifikationen bewirkt werden.
• Die unmodifizierte Lysin-Seitenkette trägt eine positive Ladung, die Acetylierung führt zur Neutralisierung dieser Ladung.
• Chromosom A ist ein Gen, das während der Interphase dekondensiert (ausgestreckt) ist, während der Mitose und Meiose kondensiert ist.
• Die DNA-Modifikationen können den ON oder OFF-Status von Genen bewirken.
• Chromosom X ist ein Gen, das nicht transkribiert wird.
• Maternales Imprinting: mütterliche Gene sind inaktiv
• Paternales Imprinting: väterliche Gene sind inaktiv
• Bezeichnung für das Phänomen des Vererbens, auch über mehrere Generationen hinweg, von kurzfristig erworbenen Eigenschaften (Phänotypen) ohne Veränderung der DNA-Sequenz
• Diese Gene besitzen eine elterliche Prägung und ihre Vererbung steht im Widerspruch zur klassischen Mendelschen Vererbung
• Acetylierung (von Lysin)
• Posttranslationale Histon-Modifikationen
• Epigenetik: „Über“-Genetik
• Modifikationen der Histon-Aminosäure-Seitenketten „Histon Code“
• Epigenetics,  2006 Cold Spring Harbor Laboratory Press
• R…Arginin K…Lysin S…Serin
• Es werden DNA-Methylierungsmuster vererbt, welche die Entwicklung von Lebewesen beeinflussen.
• Methylierung von Histonen kann sowohl die Genexpression anschalten (Aktivierung – „ open configuration “) als auch abschalten (Inaktivierung – „ closed configuration” ) – je nachdem welche Aminosäure modifiziert wurde: z.B.
• Die Seitenketten der Aminosäuren können vielfach modifiziert sein:
• Ubiquitinylierung (von Lysin)
• Methylierung (von Arginin und Lysin)
• Mono-, Di- und Tri-Methylierung
• Die Aminosäuresequenz der Histone ist sehr stark konserviert.