Der Hauptunterschied zwischen DNA-Methylierung und Histon-Acetylierung besteht darin, dass DNA-Methylierung zu methylierten DNA-Basen führt, die zur Inaktivierung von Genen führen, während Histon-Acetylierung eine Modifikation der Histonproteine ist, die mit der Nukleosomenstruktur verbunden sind.
Epigenetische Modifikationen sind Modifikationen, die zu einer Regulierung der Genexpression führen, ohne die native Sequenz der DNA zu verändern. In dieser Hinsicht finden zwei chemische Hauptmodifikationen statt, die DNA-Methylierung und die Histonmodifikation, um Orientierungsänderungen in der DNA zu verursachen, was zu einer Aktivierung oder Inaktivierung der Genexpression führt.
Was ist DNA-Methylierung?
DNA-Methylierung ist eine wichtige epigenetische Modifikation, die in Zellen stattfindet. Es verändert oder reguliert die Genexpression. Bei diesem Phänomen werden DNA-Basen mit Hilfe von Methyltransferasen methyliert. Die Methylgruppen werden von S-Adenosylmethionin übertragen. Die zufällige Methylierung von DNA-Basen führt zur Inaktivierung der Genexpression. Wenn eine Methylierung von DNA in regulatorischen Regionen der DNA stattfindet, wie den Promotorsequenzen, CpG-Inseln, proximalen und distalen regulatorischen Elementen, werden diese Sequenzen modifiziert, was zum Verlust der Funktion dieser regulatorischen Regionen führt. Als Ergebnis werden die Transkriptionsfaktoren nicht wie erwartet binden und die Inaktivierung oder Herunterregulierung der Genexpression auf Transkriptionsebene findet statt. Darüber hinaus verringern diese DNA-Modifikationen auch die Affinität der RNA-Polymerase, während des Transkriptionsprozesses stabil zu bleiben.
Abbildung 01: DNA-Methylierung
DNA-Methylierung oder Hypermethylierung von DNA-Regionen führt auch zu genomischer Prägung, was ein wichtiger Prozess beim Silencing ausgewählter Gene als Methode zur Regulierung der Genexpression ist. Mutationen aktivieren die DNA-Methylierung in Genen. Umweltfaktoren, Stress, Ernährung, Alkohol und andere exogene Faktoren aktivieren ebenfalls die DNA-Methylierung. Beispielsweise kann ein längeres Ernährungsmuster mit einer hohen Zusammensetzung an Methyldonoren zu einer Hyperaktivierung der DNA-Methylierung führen, während ein längeres Ernährungsmuster mit sehr geringen Konzentrationen an Methyldonoren zu einer Demethylierung der DNA führen kann.
Was ist Histonacetylierung?
Histon-Modifikation ist eine andere Art von epigenetischer Modifikation, die Genregulation bewirkt. Es gibt viele verschiedene chemische Modifikationen, die an den verschiedenen Histonproteinen stattfinden, die mit der Nukleosomenbildung während der chromosomalen Organisation von Eukaryoten verbunden sind. Diese Modifikationen umfassen Phosphorylierung, Acetylierung, Methylierung, Glykosylierung und Ubiquitinierung.
Abbildung 02: Histonacetylierung
Histonacetylierung wird durch Acetyltransferase-Enzyme vermittelt, die Aminosäurereste verschiedener Histon-Untereinheiten acetylieren. Die Lysin-Aminosäurereste der Histonproteine werden leicht acetyliert. Nach der Acetylierung findet eine Dekondensation statt, wodurch eine offenere Struktur entsteht. Dadurch kann die DNA stärker für die transkriptionelle Aktivierung exponiert werden. Diese Orientierungsänderung, die durch die Dekondensation der Nukleosomenstruktur verursacht wird, wird es der RNA-Polymerase und den Transkriptionsfaktoren ermöglichen, leicht rekrutiert zu werden, um die Transkription zu initiieren. Im Gegensatz dazu wird bei der Histon-Deacetylierung die Nukleosomenstruktur kondensiert, wodurch die Aktivierung der Transkription verhindert wird.
Was sind die Ähnlichkeiten zwischen DNA-Methylierung und Histonacetylierung?
- Beide sind epigenetische Modifikationen, die stattfinden, um die Genexpression zu regulieren.
- Beide kommen nur in Eukaryoten vor.
- Außerdem finden in beiden Szenarien chemische Modifikationen infolge einer enzymatischen Aktivität statt.
- Exogene Faktoren wie Umwelt, Stress, Ernährung und Alkohol regulieren beide Prozesse.
- Beide Prozesse führen zu keiner Änderung der DNA-Sequenz.
- Diese Prozesse finden im Zellkern statt.
Was ist der Unterschied zwischen DNA-Methylierung und Histonacetylierung?
DNA-Methylierung und Histonacetylierung sind beides epigenetische Modifikationen. Während die DNA-Methylierung jedoch auf DNA-Ebene stattfindet, ist die Histonacetylierung eine chemische kovalente Modifikation, die in Proteinen als posttranslationale Modifikation von Histonproteinen stattfindet. Dies ist also der Hauptunterschied zwischen DNA-Methylierung und Histonacetylierung. Die DNA-Methylierung inaktiviert die Transkription, während sie die Transkriptionsinitiation hemmt und die RNA-Stabilität verringert. Im Gegensatz dazu führt die Histonacetylierung zur Dekondensation des Nukleosoms, was zur Aktivierung der Transkription führt.
Die folgende Infografik zeigt die Unterschiede zwischen DNA-Methylierung und Histonacetylierung in tabellarischer Form zum direkten Vergleich.
Zusammenfassung – DNA-Methylierung vs. Histonacetylierung
Epigenetische Modifikationen sind wesentlich, um dem Genexpressionsweg viel Vielf alt zu verleihen, indem sie die Regulierung als Reaktion auf Umweltschwankungen erleichtern. DNA-Methylierung und Histonacetylierung sind zwei Haupttypen epigenetischer Mechanismen, die die Genexpression inaktivieren bzw. aktivieren. Obwohl beide Mechanismen die DNA-Sequenz nicht verändern, sind sie an der Schaffung von Orientierungsänderungen der DNA beteiligt, die entweder die Genexpression fördern oder hemmen. DNA-Methylierung führt zur Modifikation von DNA-Basen durch Methylierung. Im Gegensatz dazu ist die Histonacetylierung die Acetylierung ausgewählter Aminosäurereste, die zu dekondensiertem Chromatin führt. Diese Mechanismen werden als Reaktion auf Reize aktiviert und spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Expression eines bestimmten Gens. Somit fasst dies den Unterschied zwischen DNA-Methylierung und Histonacetylierung zusammen.
