ChromatinModifikationen

ChromatinModifikationen umfassen chemische Veränderungen am Chromatin, insbesondere an Histonen und an der DNA, die Struktur und Funktion des Chromatins sowie den Zugang zu genetischer Information beeinflussen. Sie sind dynamisch und reversibel und spielen eine zentrale Rolle bei der Regulation der Genexpression, der DNA-Reparatur, der Replikation sowie bei Entwicklung und Zelldifferenzierung. Die Modifikationen entstehen durch Enzyme, die als Writer, Eraser und Reader bezeichnet werden, und werden von weiteren Proteinen interpretiert, die auf das Chromatin reagieren.

Zu den wichtigsten Histonmodifikationen gehören Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung, Ubiquitinierung und Sumoylierung von Aminosäureresten der Histone, vor allem an deren N-terminalen Tails. Diese Modifikationen beeinflussen die Affinität von Histonen zu DNA und die Rekrutierung von Transkriptionsfaktoren. DNA-Methylierung, meist von Cytosinrest in CpG-Dinukleotiden, wirkt in der Regel repressorisch und trägt zur Stabilisierung bestimmter Chromatinzustände bei. Zusätzlich verändern Chromatinremodellierer die Position oder den Austausch von Nukleosomen und damit den Transkriptionszugang. Histonvarianten erweitern die Funktionsvielfalt des Nukleosom-Spektrums.

Die Modifikationen werden durch Writers (z. B. Histonacetyltransferasen, Histonmethyltransferasen, DNA-Methyltransferasen) gesetzt, durch Eraser (Histondeacetylasen, Histondemethylasen, TET-Enzyme) entfernt und durch Reader erkannt, die spezialisierte Erkennungsdomänen besitzen. Durch diese Codeschicht entstehen Chromatinzustände wie Euchromatin (aktiv) und Heterochromatin (stumm), exemplarisch gekennzeichnet durch H3K4me3 oder H3K27ac für aktive Bereiche und H3K9me3 sowie H3K27me3 für repressive Regionen.

In der Forschung ermöglichen Techniken wie ChIP-seq, Bisulfite-Sequenzierung (BS-seq) und ATAC-seq die Kartierung dieser Modifikationen und der zugrunde liegenden Chromatinarchitektur. ChromatinModifikationen spielen zudem eine zentrale Rolle in der Medizin, insbesondere in der Krebsbiologie, und dienen als Biomarker oder therapeutische Ziele.