Epigenetik

Das Gebiet der Epigenetik ist zu einem wesentlichen Schwerpunktbereich für Wissenschaftler geworden, die sich mit Krebs, neurodegenerativen Erkrankungen und Suchtforschung befassen. Epigenetische Mechanismen beinhalten die vorübergehende Aktivierung oder Unterdrückung der Genexpression. Interessanterweise können diese Veränderungen von Generation zu Generation weitergegeben werden, auch wenn sie die DNA-Sequenz nicht dauerhaft verändern. Zu den drei Hauptmechanismen der Epigenetik gehören DNA-Methylierung, Histonmodifikation und RNA-Regulation.

DNA-Methylierung

Die DNA-Methylierung ist der bekannteste Mechanismus der Epigenetik. Typischerweise handelt es sich dabei um ein Methyltransferase-Enzym, das die Addition einer Methylgruppe an Position 5 von Cytosin (C5) unterstützt. Diese Addition erfolgt hauptsächlich an Cytosin-Phosphat-Guanin- (CpG) Dinukleotiden. Allerdings tritt auch Nicht-CpG-Methylierung auf. Die Analyse der DNA-Methylierung wird oft durchgeführt, um die Genexpression besser zu verstehen. Beispiele für diese Art der Analyse sind die Methylierungsquantifizierung durch DNA-Verdau mit anschließender HPLC-Analyse, Massenspektrometrie oder die Verwendung einer Natriumbisulfat-Konvertierung mit anschließender PCR-Sequenzierung und Analyse.

Histonmodifikationen

Die Histonmodifikation ist ein weiterer klassischer epigenetischer Mechanismus. Sie umfasst verschiedene Möglichkeiten, Histone durch Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung und andere Mechanismen, welche die Genexpression beeinflussen, zu verändern. Histone sind Proteine, die zusammen mit der DNA die Nukleosome bilden. Nukleosomenpakete bilden das Chromatin, aus dem die Chromosomen bestehen. Im Allgemeinen finden Histonmodifikationen an den N-Terminus-Histonenden mit hohen Anteilen der Aminosäuren Lysin oder Arginin statt. Eine Möglichkeit, diese epigenetische Regulation zu untersuchen, besteht in der Verwendung von Chromatin-Immunpräzipitations-Assays (ChIP).

RNA-Regulation

Über die RNA-Regulation ist weniger bekannt als über die anderen epigenetischen Mechanismen. Es wird vermutet, dass RNA-Signale in der Epigenetik eine Rolle spielen, indem sie die Chromatinstruktur regulieren. Wissenschaftler untersuchen, wie mRNA und spezifisch nicht-codierende RNA, wie lange, nicht-codierende RNA, und micro-RNA die Genexpression regulieren. Zusätzlich kann die Chromatin-Isolierung durch RNA-Aufreinigung (ChIRP) oder RNA-Immunpräzipitation- (RIP) Assays verwendet werden, um die Beziehung zwischen Chromatin und RNA und die Rolle der RNA in der Epigenetik zu verstehen.

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