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Biologie · Molekulare Genetik
Epigenetische Mechanismen schalten Gene ohne Änderung der DNA-Sequenz: DNA-Methylierung, Histon-Modifikation, RNA-Interferenz und genomische Prägung.
Epigenetik schaltet Gene an oder aus, ohne die DNA-Sequenz zu ändern. Die Markierungen sind umkehrbar und werden bei der Zellteilung weitergegeben.
Stell dir einen Dimmer vor: Die Lampe (das Gen) bleibt dieselbe, die Markierungen regeln, wie hell sie brennt. Das Schalten selbst ist Genregulation, epigenetisch ist die Markierung, die den Zustand festhält.
→ Ausführlich in: Regulation der Genaktivität
| Mechanismus | Ziel | Wirkung |
|---|---|---|
| DNA-Methylierung | Cytosin in CpG-Inseln | Gen aus |
| Histon-Acetylierung | Histone | Chromatin offen, Gen an |
| RNA-Interferenz | mRNA |
| Prägung | ein elterliches Allel | Allel aus |
DNMTs hängen eine Methylgruppe an Cytosin, wenn ein Guanin folgt (CpG). Trifft das die CpG-Inseln eines Promotors, kommt die Transkriptionsmaschinerie nicht mehr heran, das Gen schweigt. Die Basenfolge bleibt dabei unverändert.
Das Muster erbt sich mit: Nach der Replikation trägt nur der alte Strang Methylgruppen; eine DNMT liest sie ab und ergänzt den neuen Strang passend.
Auch Methylierung und Phosphorylierung von Histonen zählen dazu. Die Methylierung wirkt je nach Stelle: H3K9me3 festigt Heterochromatin, H3K4me3 aktiviert. → Ausführlich in: Aufbau des Genoms bei Eukaryoten
Acetylierung: locker, Euchromatin, Gen an. Fehlende Acetylierung oder DNA-Methylierung: dicht, Heterochromatin, Gen aus.
miRNAs und siRNAs, etwa 21 Nukleotide lang, lagern sich an eine passende mRNA. Die wird dann nicht übersetzt oder zerschnitten. Am Gen selbst ändert sich nichts.
Bei den meisten Genen sind beide elterlichen Allele aktiv. Bei wenigen geprägten Genen ist je nach Herkunft nur eines aktiv, das andere ist durch Methylierung stillgelegt:
Das zweite Allel ist stillgelegt und kann nicht einspringen.
Anders als Mutationen lassen sich epigenetische Markierungen wieder entfernen. Ernährung, Stress und Giftstoffe können sie verändern. Sie gehen an Tochterzellen und teils über Generationen weiter, folgen aber nicht den Mendelschen Regeln.
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeUnterscheide DNA-Methylierung und Histon-Modifikation und leite aus der Chromatinverpackung ab, ob ein Gen exprimiert wird oder still bleibt.
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
