Die DNA-Methylierung stellt eine wichtige Veränderung der DNA-Struktur und damit auch ihrer Eigenschaft dar!
Merke
DNA-Methylierung gilt als wichtigste epigenetische Veränderung!
Epigenetik = Eigenschaften der Zelle, die auf Tochterzellen vererbt werden -> sind nicht in der DNA-Sequenz codiert!
Die DNA wird chemisch verändert, indem sich Methylgruppen (-CH3) anlagern. Diese Methylgruppen werden durch das Enzym Methyl-Transferase an die DNA gebunden. Die DNA-Sequenz wird durch diese Methylierung nicht verändert, aber ihre Eigenschaften werden beeinflusst!
Die DNA-Methylierungen ermöglicht der Zelle eine selektive Nutzung bestimmter DNA-Bereiche. Die DNA-Methylierung stellt eine bestimmte Aussage der DNA dar, fast so wie es in einer Textformatierung geschieht.
So hat die momentan angezeigte Webpage wichtige Merksätze in Kästen hervorgehoben – dies wäre z. B. „unsere" DNA-Methylierung.
Die DNA-Methylierung wird zur Genregulation eingesetzt. Oftmals finden sich im Bereich vor einem Gen (= stromaufwärts, upstream) Stellen, die im Vergleich zu den umliegenden Sequenzen verschiedene Methylierungsmuster zeigen. Diese Muster bestimmen die Lesehäufigkeit des dahinter liegenden Gens.
Die DNA-Methylierung hat sichtlich Einfluss auf die Genexpression. So führen methylierte Cytosine (Promotorregion des Gens) zu einer Inaktivierung dieses Gens.
Merke
Methylierung der Promotorregion = Inaktivierung der Genexpression!
Imprinting oder genomische Prägung ist ebenfalls von Methylierungsmustern in der DNA abhängig. Die Weitergabe der genetischen Information durch die Keimbahnzellen von Mutter bzw. Vater kann durch Methylierung gesteuert sein. So können Allele von Mutter oder Vater damit „aktiv” oder „inaktiv” geschaltet werden. Diese „Stilllegung” von z. B. dem väterlichen Allel führt zu geschlechtsspezifischen Ausprägung von phänotypischen Merkmalen.
Beispiel (siehe auch Erbkrankheiten) ist die Vererbung des Prader-Willi-Syndroms bzw. des Angelman-Syndroms. So ist die Mutation identisch; die Frage, ob die genetische Information von Mutter oder Vater kommt, ist entscheidend für den ausgeprägten Phänotyp.
So sind bei einem gesunden Menschen die Stellen des väterlichen Allels unmethyliert (also aktiv), die des mütterlichen methyliert (damit inaktiv).
Verschiebungen dieses Methylierungsmusters im Bereich des Chromosoms 15 (15q11-13) führen zum Prader-Willi-Syndrom: Deletion des väterlichen Allels, eine maternale Deletion oder Imprinting-Defekte. Folge => Nur die inaktive mütterliche Kopie wird abgelesen.
Angelman-Syndrom: Meist eine Deletion des mütterlichen Allels oder in seltenen Fällen eine paternale UPD (unipaternale Disomie) sowie ein Imprinting-Defekt. Hier kann nur die väterliche Kopie abgelesen werden.
Auch Krebszellen zeigen in der Regel veränderte Methylierungsmuster, wenn diese mit „gesunden Zellen” verglichen werden.
In Eukaryoten finden sich DNA-Bereiche, welche für die Methylierung von besonderer Bedeutung sind. Diese werden CpG-Inseln genannt. Hier ist der Gehalt der Basen G und C besonders hoch.
Methode
DNA-Methylierungen sind interessant im Zusammenhang mit Abituraufgaben zur Fragestellung Krebs- Zellzyklus - Genregulation.