Epigenetische Markierungen

Epigenetische Markierungen sind chemische Modifikationen an der DNA und an Histonen (den Proteinen, um die die DNA gewickelt ist), die die Genexpression beeinflussen können, ohne die DNA-Sequenz selbst zu verändern. Diese Markierungen spielen eine zentrale Rolle bei der Regulierung verschiedener zellulärer Prozesse, einschließlich der Genexpression, der Zelldifferenzierung und der Anpassung an Umweltveränderungen. Epigenetische Markierungen sind dynamisch und können als Reaktion auf interne und externe Signale hinzugefügt oder entfernt werden. Wichtig ist, dass sie unter bestimmten Umständen über Zellteilungen hinweg an Tochterzellen weitergegeben werden können und somit langfristige Auswirkungen auf die Genfunktion und das Zellverhalten haben.

Haupttypen epigenetischer Markierungen:

• DNA-Methylierung: Dies ist die Addition einer Methylgruppe (CH3) an die Cytosin-Basen der DNA, häufig an CpG-Dinukleotiden. DNA-Methylierung kann die Genexpression unterdrücken, wenn sie in der Promotorregion eines Gens auftritt, und spielt eine wichtige Rolle bei der Zelldifferenzierung, der Genomstabilität und der Unterdrückung von Transposons.
• Histone-Modifikationen: Histone können verschiedene chemische Modifikationen erfahren, darunter Methylierung, Acetylierung, Phosphorylierung und Ubiquitinierung. Diese Modifikationen beeinflussen die Struktur des Chromatins und damit die Zugänglichkeit der DNA für Transkriptionsfaktoren, was die Genexpression direkt beeinflusst. Beispielsweise führt die Acetylierung von Histonen im Allgemeinen zu einer Lockerung der Chromatinstruktur und fördert die Genexpression, während Methylierung unterschiedliche Auswirkungen haben kann, je nachdem, welche Aminosäuren modifiziert werden.
• Chromatinstruktur: Die räumliche Organisation des Chromatins im Zellkern kann auch als epigenetische Markierung betrachtet werden, da sie den Zugang zu bestimmten Genen reguliert und somit ihre Expression beeinflusst. Die Bildung von Euchromatin (locker verpacktes Chromatin) erleichtert die Genexpression, während Heterochromatin (dicht verpacktes Chromatin) sie typischerweise unterdrückt.

Bedeutung epigenetischer Markierungen:

• Entwicklung und Differenzierung: Epigenetische Markierungen sind entscheidend für die Entwicklung und Differenzierung von Zellen, da sie spezifische Genexpressionsmuster in unterschiedlichen Zelltypen festlegen und aufrechterhalten.
• Anpassung und Reaktion auf Umwelt: Sie ermöglichen es Organismen, auf Umweltveränderungen zu reagieren, indem sie die Genexpression entsprechend anpassen.
• Krankheiten: Veränderungen in epigenetischen Markierungen sind mit einer Vielzahl von Krankheiten verbunden, einschließlich Krebs, neurodegenerativen Erkrankungen und Entwicklungsstörungen.