Einführung in die Epigenetik

Epigenetische Prozesse steuern zentrale Genomfunktionen wie die Nutzung der Geninformation im Verlauf des Lebens. Die Steuerung epigenetischer Prozesse erfolgt durch das Setzen und Entfernen epigenetischer Modifikationen auf den Genen. Epigenetische Modifikationen werden auf verschiedenen molekularen Ebenen gesetzt und bilden eine komplexe Kombinatorik von positiv und negativ regulierenden molekularen Signalen. Die Signale werden vornehmlich direkt an DNA-Basen oder an Verpackungsproteinen der DNA, den Histonen, etabliert. Moderne Sequenziermethoden erlauben es, diese verschiedenen epigenetischen Modifkationstypen exakt zu verorten und ihre funktionelle Bedeutung einer genspezifischen Steuerung zuzuordnen.Epigenetische Modifikationen sind zellspezifisch und daher funktionell anders zu betrachten und zu bewerten als genetische Veränderungen, die unverändert in allen Zellen vorkommen. Anders als bei genetischen Analysen muss daher in epigenetischen Untersuchungen stets die Zellzuordnung oder die Zellzusammensetzung (bei Geweben) berücksichtigt werden.Zelltypspezifische epigenetische Muster können durch endogene (Altern, hormonelle Steuerung) und exogene (Umwelt, Metabolismus, Stress) Faktoren beeinflusst werden und führen zu nachhaltigen Programmveränderungen in den Zellen. Generell gilt, dass zelltypspezifische epigenetische Unterschiede wesentlich stabiler und ausgeprägter sind als Veränderungen, die durch exogene Faktoren entstehen.Epigenetische Modifikationen sind über Zellteilungen hinweg stabil vererbbar. Sie werden allerdings bei Veränderungen der Zellprogramme wieder gelöscht bzw. in ihrer Zusammensetzung verändert (umprogrammiert). Im Menschen kommt es sowohl in den Keimzellen als auch dem Embryo kurz nach der Befruchtung zu einer weitgehenden Umprogrammierung (Löschung) alter „erworbener“ epigenetischer Modifikationen. Eine Vererbung „erworbener“ epigenetischer Modifikationen über Generationen hinweg ist daher im Menschen nur sehr stark eingeschränkt möglich.