Hauptunterschied – DNA vs. Histon-Methylierung
Methylierung ist ein biologischer Prozess, bei dem eine Methylgruppe (CH3) an ein Molekül angefügt und modifiziert wird, um seine Aktivität zu verstärken oder zu unterdrücken. Im Kontext der Genetik kann Methylierung auf zwei Ebenen erfolgen: DNA-Methylierung und Histon-Methylierung. Beide Prozesse beeinflussen direkt den Transkriptionsprozess von Genen und kontrollieren die Expression von Genen. Bei der DNA-Methylierung wird eine Methylgruppe entweder an das Cytosin- oder Adenin-Nukleotid des DNA-Moleküls angefügt, das die beiden Nukleotidreste modifiziert, um die Funktion der Gentranskription zu unterdrücken und die Expression von Genen zu verhindern. Bei der Histonmethylierung wird an die Aminosäuren des Histonproteins eine Methylgruppe angefügt. Dies ist der Hauptunterschied zwischen DNA- und Histonmethylierung.
Was ist DNA-Methylierung?
Der epigenetische Prozess, bei dem Methylgruppen an ein DNA-Molekül angefügt werden, um die Expression von Genen zu kontrollieren, wird als DNA-Methylierung bezeichnet. Die DNA-Methylierung verändert nicht die Sequenz der DNA, sondern beeinflusst die Aktivität der DNA. Dieser Prozess ist für die normale Entwicklung eines Organismus notwendig und mit vielen wichtigen Prozessen des Körpers verbunden, darunter die Erh altung der Chromosomenstabilität, Embryonalentwicklung, Karzinogenese, Alterung, X-Chromosom-Inaktivierung und Unterdrückung transponierbarer Elemente. Wenn ein Methylierungsprozess in einer Promotorregion eines Gens auftritt, ist er an der Repression der Gentranskription beteiligt. Ein DNA-Molekül besteht aus einer Kombination von vier (04) Nukleotiden: Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin. Von den vier Basen der DNA können Adenin und Cytosin methyliert werden. Während der DNA-Methylierung wird eine Methylgruppe an den 5th-Kohlenstoff des Cytosinrings angefügt, um die Cytosinbase in 5-Methylcytosin umzuwandeln. Dieser Cytosinrest-Modifikationsprozess wird durch ein Enzym katalysiert, das als DNA-Methyltransferase bekannt ist. Neben einer Guaninbase liegt eine modifizierte Cytosinbase vor. Daher sind in der Doppelhelixstruktur der DNA modifizierte Cytosinbasen diagonal zueinander auf gegenüberliegenden DNA-Strängen vorhanden.
Abbildung 01: DNA-Methylierung
Adeninmethylierung ist ein Prozess, der in Pflanzen, Bakterien und Säugetieren vorkommt. Die DNA-Methylierung von Pflanzen und anderen Organismen findet sich in drei verschiedenen Sequenzkontexten. Sie sind CG, CHH und CHG, wobei H sich entweder auf Adenin, Thymin oder Cytosin bezieht.
Was ist Histonmethylierung?
Histon ist ein Protein, das das Nukleosom bildet, das die strukturelle Einheit des eukaryotischen Chromosoms ist. Das Nukleosom wickelt sich um die DNA-Doppelhelix, was zur Bildung von Chromosomen führt. Die Histonmethylierung ist ein Prozess, der Methylgruppen auf die Aminosäuren des Histonproteins überträgt. Die DNA ist um zwei Sätze identischer Histonproteine gewickelt, die als Proteinoctamer bezeichnet werden. Die vier Arten von Histonproteinen (jeweils zwei Kopien), die an dieser Bildung beteiligt sind, sind H2A, H2b, H3 und H4. Diese vier Arten von Histonproteinen bestehen aus einer Schwanzverlängerung. Diese Schwanzverlängerungen wirken als Ziele der Nukleosomenmodifikation durch Methylierung. Die Aktivierung und Inaktivierung von DNA hängt stark vom methylierten Schwanzrest und seiner Methylierungskapazität ab.
Abbildung 02: Histonmethylierung
Methylierung von Histonen wirkt sich direkt auf die Transkription von Genen aus. Es hat die Fähigkeit, den Prozess entweder zu beschleunigen oder zu verlangsamen, was von der Art der Aminosäuren im Histonprotein, das methyliert werden soll, und von der Anzahl der angehefteten Methylgruppen abhängt. Der Transkriptionsprozess wird aufgrund einiger Methylierungsreaktionen verstärkt, die die zwischen Histonschwänzen und DNA vorhandenen Bindungen schwächen. Dies geschieht aufgrund der Ermöglichung des Abwickelprozesses von DNA aus dem Nukleosom, was die Wechselwirkung zwischen den Transkriptionsfaktoren, Polymerasen und DNA erleichtert. Dieser Prozess ist ein kritischer Schritt bei der Regulierung der Genexpression und führt zur Expression verschiedener Gene durch verschiedene Zellen. Die Methylierung von Histonproteinen erfolgt an Schwanzresten, am häufigsten an Lysinresten (K) von Histonschwänzen von H3 und H4 und auch an Arginin (R). Lysin und Arginin sind Aminosäuren. Histonmethyltransferase ist ein Enzym, das verwendet wird, um Methylgruppen auf Lysin und Arginin, die Schwanzreste von H3- und H4-Histonproteinen, zu übertragen.
Was ist die Ähnlichkeit zwischen DNA und Histonmethylierung?
Bei beiden Verfahren werden Methylgruppen hinzugefügt
Was ist der Unterschied zwischen DNA- und Histonmethylierung?
DNA vs. Histon-Methylierung |
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| Die Addition einer Methylgruppe an Cytosin- oder Adeninnukleotide eines DNA-Moleküls wird als DNA-Methylierung bezeichnet. | Die Übertragung von Methylgruppen auf die Aminosäuren der Histonproteine wird als Histonmethylierung bezeichnet. |
| Katalysator | |
| Die Addition der Methylgruppe an den Cytosinrest wird durch DNA-Methyltransferase katalysiert. | Die Reaktion, bei der Methylgruppen auf die Aminosäure des Histonproteins übertragen werden, wird durch die Histonmethyltransferase katalysiert. |
| Funktion | |
| Wenn die DNA-Methylierung in der Promotorregion eines Gens auftritt, unterdrückt sie die Transkription von Genen und verhindert die Genexpression. | Wenn eine Histonmethylierung auftritt, fördert sie das Abwickeln der DNA aus dem umhüllten Nukleosom und erleichtert die Interaktion von Transkriptionsfaktoren und Polymerasen mit DNA und verbessert den Gentranskriptionsprozess. |
Zusammenfassung – DNA vs. Histon-Methylierung
Methylierung ist ein Prozess, bei dem einem Molekül wie DNA oder Protein eine Methylgruppe hinzugefügt wird. Im Kontext der Genetik beeinflussen DNA-Methylierung und Histon-Methylierung direkt die Regulation der Transkription eines Gens und kontrollieren die Genexpression von Zellen. Die Reaktionen der DNA-Methylierung und Histon-Methylierung werden durch DNA bzw. Histon-Methyltransferase katalysiert. Wenn der DNA eine Methylgruppe hinzugefügt wird, ist dies als DNA-Methylierung bekannt, und wenn eine Methylgruppe an Aminosäuren des Histonproteins hinzugefügt wird, ist dies als Histonmethylierung bekannt. Das ist der Unterschied zwischen DNA- und Histonmethylierung.
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