Epigenetische Regulation

Overview

In dieser Vorlesung werden epigenetische Regulationsmechanismen vorgestellt, welche die Aktivität von Genen durch chemische Modifikationen beeinflussen, ohne die DNA-Sequenz zu verändern.

Grundlagen der Genregulation

• Gene sind DNA-Abschnitte, die über die Proteinbiosynthese für Proteine codieren.
• Die Genaktivität kann bereits vor der Transkription epigenetisch reguliert werden.

Chromatinstruktur und Histonmodifikation

• Chromatin besteht aus DNA und Histonproteinen.
• Histone organisieren die DNA und beeinflussen deren Zugänglichkeit.
• Lockeres Chromatin ermöglicht Transkriptionsfaktoren die Bindung an DNA und Genexpression.
• Kompaktes Chromatin verhindert die Transkription.
• Acetylierung der Histone (durch Acetyltransferasen) lockert Chromatin durch Verringerung der positiven Ladung.
• Phosphorylierung von Histonen begünstigt ebenfalls die Genexpression.
• Methylierung von Histonen verdichtet Chromatin und inaktiviert Gene.

DNA-Methylierung

• DNA-Methylierung überträgt eine Methylgruppe auf Zytosin (meist in CPG-Inseln bei Promotern).
• Methylierte Promotoren ziehen repressiv wirkende Proteine an und blockieren die Transkription.
• Methyl- und Acetylgruppen können durch spezifische Enzyme reversibel entfernt werden.

Einfluss externer Faktoren & Vererbung

• Umweltfaktoren wie Stress, Schadstoffe und Ernährung beeinflussen das Epigenom.
• Epigenetische Muster können bei eineiigen Zwillingen durch unterschiedliche Umwelteinflüsse variieren.
• Biochemische Modifikationen können unter Umständen vererbt werden.

Beispiele epigenetischer Phänomene

• X-Chromosomen-Inaktivierung bei Frauen verhindert doppelte Proteinproduktion.
• Epigenetik spielt eine Rolle bei der Krebsentstehung (Details nicht behandelt).

Vergleich Genetik vs. Epigenetik

• Genetik: Information als Basensequenz der DNA, Veränderungen (Mutationen) sind irreversibel.
• Epigenetik: Zusätzliche, reversible Informationsebene durch chemische Modifikation von DNA/Histonen, Basensequenz bleibt unverändert.

Key Terms & Definitions

• Epigenetik — Lehre von vererbbaren Veränderungen der Genaktivität ohne Veränderung der DNA-Sequenz.
• Chromatin — Komplex aus DNA und Proteinen (v.a. Histone), der das genetische Material organisiert.
• Histonmodifikation — Chemische Veränderung von Histonproteinen, beeinflusst Chromatinstruktur und Genaktivität.
• DNA-Methylierung — Übertragung einer Methylgruppe auf DNA-Zytosin, führt meist zur Geninaktivierung.
• CPG-Inseln — Regionen mit hoher Dichte an Cytosin–Guanin-Dinukleotiden, häufig in Promotern.

Action Items / Next Steps

• Wiederholung der Mechanismen von Acetylierung, Methylierung und Phosphorylierung.
• Vorbereitung auf Beispiele epigenetischer Vererbung und Einflussfaktoren.