Epigenetischer Code

Englisch: epigenetic code

Definition

Der epigenetische Code umfasst die Gesamtheit der epigenetischen Modifikationen. Sie steuern die Genexpression, ohne dabei die Basensequenz selbst zu verändern. Hauptmechanismen sind die DNA-Methylierung und die Histonmodifikationen. Der epigenetische Code wird bei der mitotischen Zellteilung von der Mutterzelle auf die Tochterzelle übertragen, wodurch Expressionsmuster stabilisiert werden.

siehe auch: Histon-Code

Modifikationen

Bei epigenetischen Modifikationen handelt es sich um reversible Modifikationen der DNA selbst oder der Histone, um welche die DNA aufgewickelt ist. Durch sie ändert sich die Chromatinstruktur und damit die Zugänglichkeit der Gene für die Transkription.

DNA-Methylierung

Beim Menschen kommt vor allem die Methylierung von Cytosin zu 5-Methylcytosin durch DNA-Methyltransferasen an CpG-Inseln vor. Die Basenpaarung wird durch die Methylierung nicht beeinflusst.

Methylierte CpG-Inseln rekrutieren anschließend Methyl-CpG-bindende Proteine (z.B. MeCP2) an die wiederum Histon-Deacetylasen (HDACs) binden. Die Folge ist eine stärkere Kondensation des Chromatins und eine Abnahme der Transkriptionsrate.

Eine Methylierung im Promotorbereich kann zudem die Bindung von Transkriptionsfaktoren erschweren und führt folglich ebenfalls zu einer Abnahme der Transkriptionsrate.

siehe Hauptartikel: DNA-Methylierung

Histonmodifikation

Durch Modifikation der Histone kann die Chromatinstruktur und damit die Verpackungsdichte der DNA reguliert werden. Grundlage ist der hohe Anteil an basischen Aminosäuren Lysin und Arginin der Histone. Diese positiven Ladungen gehen elektrostatische Wechselwirkungen mit dem negativ geladenen DNA-Rückgrat ein, was wichtig für die Stabilisierung der Chromatinstruktur ist. Eine Modifikation, insbesondere an den Histonschwänzen von H3 und H4, führt zur Auflockerung der Chromatinstruktur und verbessert so die Zugänglichkeit für die Transkription. Folgende Histonmodifikationen sind bekannt:

siehe Hauptartikel: Histonmodifikation

Quellen

Rassow et al., Duale Reihe Biochemie, 5. Auflage, Thieme 2022