Epigenetik

Die Epigenetik (epi = darüber) befasst sich mit mitotisch vererbbaren Veränderungen der Genexpression, die ohne Veränderung der eigentlichen DNA-Sequenz auftreten. In sensitiven Entwicklungsphasen (Urkeimzellentwicklung und frühe Embryonalentwicklung) findet eine Zurücksetzung und Umprogrammierung epigenetischer Markierungen statt. Ist ein Organismus während dieser Phasen suboptimalen Umweltbedingungen ausgesetzt, können irreversible Schäden entstehen – die epigenetische Beschaffenheit spielt z.B. eine große Rolle hinsichtlich Vitalität, Fruchtbarkeit und (Krebs-)Erkrankungen.

Epigenetische Modifikationen umfassen

• DNA-Methylierung – innerhalb von CpG-Dinukleotiden; assoziiert mit Gen-Silencing;
• post-translationale Histon-Tail-Modifikationen (z.B. Methylierung) – als Andockstelle für andere epigenetische Faktoren;
• Chromatin-Umgestaltung – Verschiebung der Nukleosomen;
• Histon-Varianten – veränderte Funktion der Nukleosomen;
• non-coding RNA (ncRNA):
  microRNA (miRNA) – post-transkriptionales Gen-Silencing;
  PIWI-interacting RNA (piRNA) – post-transkriptionales oder transkriptionales Gen-Silencing, große Bedeutung für Keimbahn und Stammzellen;
  long non-coding RNA (lncRNA) – bilden vorrangig im Zellkern RNA-Protein-Komplexe und regulieren in Folge Allel-spezifisch oder unspezifisch viele verschiedene Prozesse.

Bei der X-Inaktivierung¹⁾ werden während der frühen Embryonalentwicklung alle X-Chromosomen in Zellen mit mehr als einem X-Chromosom (i.d.R. weibliche Zellen), bis auf eines, durch epigenetische Marker inaktiviert („Barr bodies“). Welches X-Chromosom dabei aktiv bleibt, ist dem Zufall überlassen, von Zelle zu Zelle unterschiedlich und muss nicht zwingend im Verhältnis 50%:50% erfolgen, sondern kann sich etwa im Bereich von 95%:5% bis 5%:95% bewegen. Ein einmal inaktiviertes X-Chromosom bleibt in der Regel fortlaufend inaktiv und wird mitotisch an Tochterzellen vererbt.
Wenige Gene bleiben trotz X-Inaktivierung aktiv („Escape Genes“).

X-chromosomal bedingte Krankheiten können der Verteilung der X-Inaktivierung entsprechend unterschiedlich schwer ausfallen; d.h. auch die Verteilung innerhalb bestimmter Organe kann den Schweregrad beeinflussen.

Beispiele beim Kaninchen:

• Löffelohren („lo“);
• Tremor („tr“) – Eine Punktmutation im PLP1-Gen führt zu einem Defekt im Zentralen Nervensystem²⁾.

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