Epigenetik

Englisch: epigenetics

Definition

Die Epigenetik ist ein Teilgebiet der Biologie. Sie beschäftigt sich mit der erblichen genetischen Modifikation mit Wirkung auf den Phänotyp ohne Änderung der DNA-Sequenz. Die Veränderung betrifft beispielsweise die Aktivität des Gens. Das zugehörige Adjektiv lautet epigenetisch.

Mechanismen

Zur dynamischen Anpassung des Phänotyps an die Umwelt gibt es drei Mechanismen epigenetischer Prägung:

DNA-Methylierung: Sie dient als "Ausschalter" eines Gens, indem methylierte Cytosine in der Promotorregion, zu seiner Inaktivierung führen. Methyliert werden meist CpG-Dinukleotide, die oft besonders zahlreich im 5'-UTR-Bereich von Genen vorhanden sind. Eine Hypermethylierung in diesem Bereich bewirkt, dass das Gen nicht mehr abgelesen werden kann.

Histonmodifikation: Die Seitenkettenmethylierung und -acetylierung von Histonen dient der Up- oder Downregulation bestimmter DNA-Abschnitte. Histonacetylierung führt zu einer Öffnung der Chromatinstruktur und dient somit der Hochregulation, indem das Binden von Transkriptionsfaktoren samt Transkriptionsmaschinerie begünstigt wird. Histonmethylierung kann die Genexpression sowohl hoch- als auch herunterregulieren, je nach methyliertem Bereich.

Geschwindigkeitsanpassung des Telomerabbaus: Das Enzym Telomerase schützt über den Aufbau von Telomeren die Chromosomenenden. Unter anderem können psychische Belastungen die Aktivität dieses Enzyms verringern, was zu einem beschleunigten Alterungsprozess führen kann.

Bedeutung

Forschungsergebnisse zeigen, dass anhaltende Änderungen der Lebensumstände zu epigenetischen Veränderungen führen können. So konnte bei eineiigen Zwillingen nachgewiesen werden, dass im Alter von drei Jahren epigenetisch noch hohe Übereinstimmungen vorlagen. Dies war im Alter von 50 Jahren nicht mehr der Fall, wenn wenig Lebenszeit miteinander verbracht wurde. Ältere Zwillinge sind demnach trotz ihrer genetischen Identität epigenetisch um so verschiedener, je unterschiedlicher das Leben der Zwillinge verlaufen ist.

Epigenetische Veränderungen treten im Verlauf eines Lebens um ein Vielfaches häufiger auf als genetische Mutationen. Wissenschaftler erwarten daher künftig neue Antworten auf eine Vielzahl von altersassoziierten Krankheiten, die genetisch bisher nicht erklärbar sind. Beispiele hierfür sind Schizophrenie, Alzheimer-Krankheit, Krebs, Altersdiabetes, Nervenkrankheiten und andere.