Vererbung von Chromatinstrukturen

Obwohl alle Körperzellen die gleiche genetische Information enthalten, teilen sich die Zellen der Leber und bilden nur Leberzellen, und Hautzellen teilen sich in neue Hautzellen.

Jeder Gewebetyp weist spezifische Chromatinverpackungen und Histonmodifikationen auf, die zu unterschiedlichen Genexpressionsmustern führen.

Diese strukturellen Merkmale des Chromatins - wie das Zentromer, das Heterochromatin und das Euchromatin - werden epigenetisch vererbt, was bedeutet, dass ihre Eigenschaften neben dem genetischen Material auch von der Mutterzelle an die Tochterzelle weitergegeben werden.

Das bedeutet, dass bei jeder Zellteilung die gewebespezifischen Phänotypen der Leber oder der Haut oder anderer spezialisierter Zellen weitergegeben werden, ohne dass das Erbgut verändert werden muss.

Die De-novo-Zentromerbildung auf neu synthetisierter DNA beginnt mit der Bindung der Histon-H3-Variante CENP-A an die AT-reiche Satelliten-DNA, um zentromerspezifische Nukleosomen zu bilden. Einmal initiiert, rekrutiert die Struktur selektiv und kooperativ weitere CENP-A-Histone in ihre Umgebung.

Während der DNA-Replikation wird das Histon-Oktamer vor der Replikationsgabel in zwei H2A-H2B-Dimere und H3-H4-Tetramer zerlegt.

Die beiden H2A-H2B-Dimere werden vollständig aus dem Oktamer entfernt, während die H3-H4-Tetramere lose an die DNA gebunden und zufällig auf die Tochterstränge verteilt sind.

Neu synthetisierte H3-H4-Tetramere werden dann zu beiden Strängen hinzugefügt, um die Zwischenräume zu füllen. Darauf folgt die Zugabe von zwei H2A-H2B-Dimeren - die Hälfte davon sind die ursprünglichen Moleküle, die andere Hälfte ist neu - um das Oktamer zu vervollständigen.

In Hefe markiert die Acetylierung von Histon H3 im neu synthetisierten Strang nach der DNA-Replikation das Euchromatin, während die Deacetylierung von H3-Histon die Position der kompakten Chromatindomänen oder des Heterochromatins festlegt.

Die

Histon-H3-Methylierung führt zur Kondensation des Chromatins. Nach der DNA-Replikation werden die methylierten Histone zufällig auf den Tochtersträngen verteilt, die sich dann mit dem Enzym Histon-Methyltransferase verbinden, um das Histon H3 auf neu synthetisierten Oktameren zu methylieren.

Die Inaktivierung des X-Chromosoms ist ein weiteres Beispiel für die Vererbung der Chromatinstruktur. Weibliche Säugetiere erhalten zwei X-Chromosomen, Männchen nur eines. Bei Frauen ist eines der X-Chromosomen inaktiviert, ein Phänomen, das als Dosiskompensation bezeichnet wird.

Hier leitet eine lange nicht-kodierende RNA, XIST, die X-Inaktivierung ein, indem sie im Embryonalstadium an die gesamte Länge eines X-Chromosoms bindet. Anschließend wird das Chromosom in diesem inaktiven Modus in aufeinanderfolgenden Zellteilungen durch alle somatischen Zellen hindurch aufrechterhalten.