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14.10:

Epigenetische Regulation

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Epigenetic Regulation

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Die epigenetische Regulation bezieht sich auf Veränderungen der Genexpression, die vererbt werden können, ohne die genetische Sequenz zu verändern. Dies geschieht im normalen Entwicklungsverlauf und kann auch durch Umwelteinflüsse wie Ernährung, Exposition gegenüber toxischen Substanzen und Stress verursacht werden. Die epigenetische Regulation erfolgt über drei Hauptmechanismen: DNA-Methylierung, Histonmodifikation und RNA-basierte Prozesse. Bei der DNA-Methylierung werden Methyl- und CH3-Gruppen zu spezifischen Basen hinzugefügt. Dies verändert die Fähigkeit von regulatorischen Proteinen wie Transkriptionsfaktoren, an DNA zu binden, und verhindert normalerweise, dass das Gen transkribiert wird. Bei der Histonmodifikation werden den Histonproteinen, um die sich die DNA zur Bildung von Chromatin wickelt, chemische Gruppen wie Methyl- oder Acetylgruppen hinzugefügt. Diese Modifikationen wirken sich darauf aus, wie eng Chromatin gefaltet ist. Entweder wird es geöffnet, was die Transkription erleichtert, oder es wird verdichtet, was die Transkription hemmt. Verschiedene Arten von RNA können auch epigenetische Effekte haben, einschließlich microRNAs und kleine störende RNAs, die die Chromatinstruktur verändern können. Und Messenger-RNA, die methyliert werden kann und die Gentranslation verändert. Unabhängig vom Mechanismus werden diese Modifikationen an Tochterzellen und manchmal sogar an Generationen von Individuen weitergegeben, was zu langfristigen phänotypischen Veränderungen führt, ohne dass das Genom verändert wird. epigenetische Veränderungen

14.10:

Epigenetische Regulation

Epigenetische Mechanismen spielen eine wesentliche Rolle für eine gesunde Entwicklung. Umgekehrt sind genau regulierte epigenetische Mechanismen in Krankheiten wie Krebs beeinträchtigt.

Weibliche Säugetiere haben meistens zwei X-Chromosomen (XX), während männliche ein X- und ein Y-Chromosom (XY) besitzen. Das X-Chromosom enthält deutlich mehr Gene als das Y-Chromosom. Um eine exzessive Genexpression von den X-Chromosomen bei weiblichen Säugetieren zu verhindern, wird daher eines der beiden X-Chromosome zufällig in der frühen Entwicklung stillgelegt. Dieser Prozess wird X-Chromosom-Inaktivierung genannt und ist durch DNA-Methylierung reguliert. Wissenschaftler fanden, dass die Promotoren der Gene auf dem inaktiven X-Chromosom mehr methyliert sind als die des aktiven Gegenstücks. Die DNA-Methylierung verhindert die Bindung der Transkriptionsmaschinerie an den Promotor und blockiert damit die Transkription.

Eine abnormale DNA-Methylierung spielt eine große Rolle bei Krebs. Die Promotorregion der meisten Gene enthält Abschnitte von Cytosin -und Guanin-Nukleotiden, die durch eine Phosphatgruppe verbunden sind. Diese Regionen werden als CpG-Inseln bezeichnet. In gesunden Zellen sind die CpG-Inseln nicht methyliert. In Krebszellen hingegen werden die CpG-Inseln in den Promotoren von Tumorsuppressoren oder Zellzyklusregulatoren übermäßig methyliert. Diese Methylierung schaltet die Expression dieser Gene aus, so dass sich die Krebszellen schnell und unkontrolliert teilen können.

Suggested Reading

Weinhold, Bob. “Epigenetics: The Science of Change.” Environmental Health Perspectives 114, no. 3 (March 2006): A160–67. [Source]

Gudsnuk, Kathryn, and Frances A. Champagne. “Epigenetic Influence of Stress and the Social Environment.” ILAR Journal 53, no. 3–4 (December 2012): 279–88. [Source]

Simmons, Danielle “Epigenetic influence and disease.” Nature Education 1 no. 1 (2008):6  [Source]

Lim, Derek H. K., and Eamonn R. Maher. “DNA Methylation: A Form of Epigenetic Control of Gene Expression.” The Obstetrician & Gynaecologist 12, no. 1 (2010): 37–42. [Source]