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DNA-Methylierung

Vom Gen zum Protein / Regulation der Genexpression / Genexpression bei Eukaryoten / Epigenetik

Die DNA-Methylierung stellt eine wichtige Veränderung der DNA-Struktur und damit auch ihrer Eigenschaft dar!

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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.

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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

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DNA-Methylierungen sind interessant im Zusammenhang mit Abituraufgaben zur Fragestellung Krebs- Zellzyklus - Genregulation.

Methylierung und ihre Auswirkung auf DNA bzw. Genexpression. Methylierte Promotorbereiche führen zur Inaktivierung der Genexpression
Methylierung und ihre Auswirkung auf DNA bzw. Genexpression.
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Molekularbiologie / Genetik

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

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  • DNA als Erbsubstanz
    • Einleitung zu DNA als Erbsubstanz
    • Molekularbiologie als Thema im Abitur
    • Aufbau der DNA
      • Einleitung zu Aufbau der DNA
      • Einzelstränge der DNA
    • Experiment von Griffith (1928)
    • Mutationen
    • DNA- Replikation
      • Einleitung zu DNA- Replikation
      • historisches Experiment: Meselson und Strahl
    • Organisation der DNA
  • Vom Gen zum Protein
    • Einleitung zu Vom Gen zum Protein
    • Transkription
    • Translation
      • Einleitung zu Translation
      • Der genetische Code
      • Die Aufgaben der RNAs (mRNA, tRNA)
    • Proteinbiosynthese in Eukaryoten
    • Genwirkkette
      • Einleitung zu Genwirkkette
      • Genwirkkette am Beispiel Neurospora crassa
      • additive Polygenie
    • Regulation der Genexpression
      • Einleitung zu Regulation der Genexpression
      • Genregulation: molekularen Ebenen
      • Lac-Operon
      • Trp-Operon
      • Genexpression bei Eukaryoten
        • Einleitung zu Genexpression bei Eukaryoten
        • Epigenetik
          • Einleitung zu Epigenetik
          • DNA-Methylierung
        • Riesenchromosome machen Expression sichtbar
          • Einleitung zu Riesenchromosome machen Expression sichtbar
          • Entwicklungsstadien von Drosophila - regulierte Genexpression
  • Methoden der Gen- und Reproduktionstechnik
    • Einleitung zu Methoden der Gen- und Reproduktionstechnik
    • Klonierung
      • Einleitung zu Klonierung
      • Restriktionsenzyme
      • Methode: Gel-Elektrophorese
      • Klonierung von Fremd-DNA und Transformation
      • Transformation
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    • Einleitung zu Genetik der Zelle
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      • Einleitung zu Stammzellen
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      • Differenzierung von Stammzellen
      • Differentielle Genaktivität
        • Einleitung zu Differentielle Genaktivität
        • Steuerung der Genexpression in verschiedenen Entwicklungsphasen
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          • Einleitung zu therapeutisches Klonen
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      • Stammzellen - wie weit darf die Forschung gehen?
  • Humangenetik
    • Einleitung zu Humangenetik
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      • Einleitung zu Mendel Regeln
      • monohybrider Erbgang
      • dihybrider Erbgang
      • Genkopplung
    • Genetische Beratung - Erbkrankheiten
    • Stammbaumanalysen
      • Einleitung zu Stammbaumanalysen
      • Heterozygotentest
      • Beispiele für Erbgänge und Stammbäume
    • Der Einfluß einer Mutation auf den Phänotyp - Beispiel einer Erbkrankheit
    • Pränataldiagnostik
    • Trisomie 21 - Beispiel einer Chromosomenmutation
    • Turner und Klinefelter - Beispiele für Fehlverteilungen der Gonosomen
    • Blutgruppen und Rhesusfaktoren
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