Einfühung in die Epigenetik - Cheatsheet.pdf

DNA-Methylierung und ihre Rolle in der Genexpression

Definition:

Chemische Modifikation der DNA durch Anhängen von Methylgruppen an Cytosinbasen, meist in CpG-Dinukleotiden. Regulatorischer Mechanismus der Genexpression.

Details:

• Hemmung der Genexpression durch Methylierung von Promotorregionen
• Erhaltung der Zellidentität
• Beitrag zur genomischen Prägung
• Epigenetisches Gedächtnis während der Zellteilung
• Involviert in Krankheiten wie Krebs
• Enzyme: DNA-Methyltransferasen (DNMTs)
• Aufhebung durch Demethylasen

Histonmodifikationen und deren Auswirkungen auf die Chromatinstruktur

Definition:

Chemische Modifikationen von Histonproteinen, die die Chromatinstruktur und somit die Genexpression beeinflussen.

Details:

• Acetylierung: Lockerung der Chromatinstruktur, erhöhte Genexpression (\text{HATs} fügen Acetylgruppen hinzu, \text{HDACs} entfernen).
• Methylierung: Komplexere Effekte, kann sowohl Aktivierung als auch Repression von Genen bewirken.
• Phosphorylierung: Beeinflusst Chromatinstruktur und -dynamik, wichtig in Zellzyklus und Reparaturmechanismen.
• Ubiquitinierung: Markierung von Histonen für Abbau oder Einfluss auf Chromatinstruktur.

Nicht-kodierende RNAs und ihre Funktion in epigenetischen Prozessen

Definition:

ncRNAs regulieren Genexpression ohne Protein zu kodieren, zentrale Rolle in epigenetischer Kontrolle.

Details:

• Typen: miRNA, siRNA, lncRNA
• miRNA: Translationshemmung, mRNA-Abbau
• siRNA: RNA-Interferenz
• lncRNA: Chromatin-Modifikation, Genstilllegung
• Beteiligung an Methylierung, Histon-Modifikation
• Beispiel: XIST-RNA bei X-Chromosom-Inaktivierung

Transkriptionsfaktoren und ihre Rolle in der Genexpression

Definition:

Transkriptionsfaktoren sind Proteine, die die Transkription von Genen regulieren, indem sie spezifische DNA-Sequenzen binden.

Details:

• Erkennen und binden an Promotor- oder Enhancer-Regionen der DNA
• Funktionieren als Aktivatoren oder Repressoren
• Interagieren mit der RNA-Polymerase und anderen Cofaktoren
• Beispiele: TATA-Box-Bindeprotein (TBP), MyoD

Chromatin-Remodeling-Komplexe und ihre Funktion

Definition:

Komplexe, die die Struktur von Chromatin für die Genexpression beeinflussbar machen, indem sie Nukleosomen verschieben oder modifizieren.

Details:

• Beispiele: SWI/SNF, ISWI, INO80
• Funktion: Ermöglicht Transkriptionsfaktoren den Zugang zur DNA
• Mechanismen: ATP-abhängige Verschiebung, Ausschneiden oder Austausch von Nukleosomen
• Regulation: Wesentlich für Zelldifferenzierung, DNA-Reparatur und Replikation

Mechanismen der epigenetischen Vererbung

Definition:

Mechanismen, durch die epigenetische Modifikationen (z.B. Methylierung, Histonmodifikation) über Zellgenerationen hinweg weitergegeben werden.

Details:

• DNA-Methylierung: Methylgruppen werden an Cytosinreste der DNA angeheftet (\textit{CpG-Dinukleotide}).
• Histonmodifikation: Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung der Histonproteine beeinflussen die Chromatinstruktur.
• Histonvariante: Austausch standardmäßiger Histone durch spezialisierte Varianten.
• RNA-Interferenz: Kleine nichtkodierende RNAs (z.B. miRNA, siRNA) regulieren Genexpression posttranskriptional.
• Chromatin-Remodellierung: ATP-abhängige Komplexe verändern die Zugänglichkeit der DNA durch Neuordnung des Chromatins.

Epigenetische Biomarker in der Diagnostik

Definition:

Epigenetische Biomarker sind chemische Modifikationen der DNA oder assoziierter Proteine, welche die Genexpression beeinflussen, ohne die DNA-Sequenz zu verändern. In der Diagnostik dienen sie der Erkennung von Krankheiten und der Vorhersage von Krankheitsverläufen.

Details:

• Häufige Modifikationen: DNA-Methylierung, Histonmodifikationen
• Vorteile: oft reversible, sensitiv für Umweltveränderungen
• Anwendungsbereiche: Onkologie, Neurologie, Chronische Krankheiten
• Methoden: \textit{qPCR}, \textit{Bisulfit-Sequenzierung}, \textit{ChIP-Seq}
• Beispiel: Hypermethylierung des Promoters des \textit{BRCA1}-Gens in Brustkrebs

Einfluss der Umwelt auf epigenetische Muster

Definition:

Umweltfaktoren beeinflussen epigenetische Muster und spielen eine Rolle bei Genexpression und phänotypischen Veränderungen.

Details:

• Epigenetische Modifikationen: DNA-Methylierung, Histon-Modifikationen
• Einflüsse: Ernährung, Stress, Umweltschadstoffe
• Veränderungen können reversibel sein
• Transgenerationale Epigenetik: Weitergabe epigenetischer Muster an Nachkommen
• Bsp.: Rauchen während der Schwangerschaft kann epigenetische Muster des Kindes beeinflussen
• Epigenetischer Drift: Alterungsprozess beinhaltet Veränderungen der Muster