Epigenetik
Epigenetik ist ein Teilgebiet der Biologie, das sich mit zellulären Prozessen beschäftigt, die die Aktivität von Genen beeinflussen, ohne die DNA-Sequenz selbst zu verändern.
Diese Prozesse ermöglichen es, dass Zellen mit demselben Genom unterschiedliche Funktionen übernehmen, wie zum Beispiel eine Leberzelle im Vergleich zu einer Muskelzelle.
Epigenetische Mechanismen sorgen dafür, dass Gene je nach äußeren Umständen stärker oder schwächer abgelesen werden, was die Anpassung des Phänotyps an die Umwelt ermöglicht.
Zu den zentralen epigenetischen Mechanismen gehören die DNA-Methylierung und die Histonmodifikation.
Bei der DNA-Methylierung werden Methylgruppen an Cytosin-Basen in CpG-Dinukleotiden angehängt, was die Genexpression hemmen kann und das Gen sozusagen „ausschaltet“.
Histonmodifikationen, wie die Acetylierung oder Methylierung der Histone, beeinflussen die Struktur des Chromatins: Acetylierung führt zu einer Lockerung der Chromatinstruktur und fördert die Genexpression, während Methylierung sowohl die Aktivierung als auch die Inaktivierung von Genen bewirken kann, je nach Position.
Chemische Veränderungen
Diese chemischen Veränderungen wirken wie „Schlösser“, die den Zugang zu bestimmten DNA-Sequenzen verwehren oder freigeben.
Epigenetische Veränderungen sind nicht nur für die Entwicklung und Differenzierung von Zellen entscheidend, sondern können auch durch Lebensstilfaktoren wie Ernährung, Stress oder Umweltbelastungen beeinflusst werden.
So können unterschiedliche Lebensweisen bei eineiigen Zwillingen zu signifikanten epigenetischen Unterschieden führen, obwohl ihre DNA-Sequenz identisch ist.
Diese Veränderungen können dauerhaft sein und in einigen Fällen sogar über die Keimzellen an nachfolgende Generationen vererbt werden.
Die Epigenetik hat zudem das lange geltende Dogma der Biologie in Frage gestellt, dass die Eigenschaften eines Organismus ausschließlich durch das bei der Geburt vererbte Genmaterial unveränderbar bestimmt sind.
Die Bedeutung der Epigenetik reicht von der Entwicklung des Embryos, bei dem aus einer einzigen Zygote innerhalb kurzer Zeit ein Organismus mit über 250 Zelltypen entsteht, bis hin zur Entstehung von Krankheiten wie Krebs, Alzheimer, Schizophrenie oder Diabetes, bei denen epigenetische Faktoren eine Rolle spielen können.
Da epigenetische Veränderungen reversibel sind, bieten sie zukünftig neue Ansätze für die Therapie und Prävention vieler Erkrankungen.
Epigenetik in einfacheren Worten
Epigenetik ist ein Ultra spannendes Thema! Veränderung an unserer DNA treten fast täglich durch die unterschiedlichsten Umwelteinflüsse auf! Zum Beispiel kommt es zur Methylierung der DNA durch UV-Exposition und das verstärkt die Hautalterung!
Ohne Änderung der DNA-Sequenz:
Im Gegensatz zur Genetik, die sich mit der Abfolge der DNA-Basen befasst, untersucht die Epigenetik, wie diese Abfolge verändert werden kann, ohne sich zu verändern.
Genaktivität beeinflussen:
Epigenetische Markierungen können als eine Art "Schalter" fungieren, der den Zugang zu bestimmten Genen ermöglicht oder verwehrt und so deren Aktivität steuert.
Molekulares Gedächtnis:
Diese Markierungen können als ein zelluläres Gedächtnis für Umwelteinflüsse betrachtet werden, das Informationen über die Aktivität von Genen festlegt.
Vererbbarkeit:
Epigenetische Informationen können bei Zellteilungen an Tochterzellen weitergegeben werden und in manchen Fällen sogar über Keimzellen an nachfolgende Generationen vererbt werden.
Wie wirkt Epigenetik?
Ein wichtiger Mechanismus der Epigenetik ist die DNA-Methylierung, bei der eine Methylgruppe an das DNA-Molekül angeheftet wird. Dies kann dazu führen, dass ein Gen stumm geschaltet wird. Ein weiterer Mechanismus sind Histonmodifikationen, bei denen Proteine (Histone), um die sich die DNA wickelt, chemisch verändert werden. Diese Veränderungen beeinflussen, wie eng oder lose die DNA gewickelt ist, was wiederum den Zugang für die Zelle bestimmt, um ein Gen abzulesen.
Beispiel:
So kann die Ernährung oder Stress dazu führen, dass bestimmte Gene epigenetisch modifiziert werden. Dies beeinflusst, welche Proteine von diesen Genen produziert werden und kann beispielsweise die Entstehung von Krankheiten wie Diabetes oder Adipositas beeinflussen.
