Chromatinzuständen

Chromatinzustände bezeichnet die funktionellen Zustände des Chromatins, die durch Muster chemischer Modifikationen, die Positionierung von Nukleosomen und die Zugänglichkeit der DNA geprägt sind. Sie bestimmen, welche Genabschnitte transkribiert werden können und wie stark sie mit der Transkriptionsmaschinerie in Kontakt stehen. Chromatinzustände ergeben sich aus der Wechselwirkung histonmodifizierender Enzyme, DNA-Methylierung, Chromatinremodellern und der dreidimensionalen Genomorganisation. Veränderungen in der Entwicklung oder unter Umweltreizen führen zu dynamischen Schaltvorgängen zwischen aktiven und inaktiven Zuständen.

Das Euchromatin ist in der Regel offen und genreicher, oft transkriptionell aktiv. Es zeichnet sich durch aktive Histonmarkierungen wie H3K4me3 und H3K27ac sowie erhöhte DNA-Zugänglichkeit aus. Heterochromatin dagegen ist dichter gepackt und tendenziell transcriptionell still. Es wird konstitutiv in Bereichen wie perizentromerischen und telomerischen Regionen vorkommen und fakultativ in Regionen, die zeitweise stillgelegt werden (z. B. X-Chromosom-Inaktivierung). Typische Merkmale konstitutiver Heterochromatin sind H3K9me3 und Bindung von HP1; fakultatives Heterochromatin zeigt häufig H3K27me3.

Die Chromatinzustände sind dynamisch und ändern sich während der Entwicklung, der Zelldifferenzierung, dem Zellzyklus und Reaktionen auf Signale. Sie werden von Chromatinremodellern, Histon-Modifikatoren, DNA-Methylierung und der dreidimensionalen Genomorganisation beeinflusst. Die Aktivierung von Genen korreliert oft mit offenerer Chromatinstruktur und Aktivmarkierungen an Enhancern, während inaktive Regionen durch entsprechende Repressormarks gekennzeichnet sind. Die Organisation in A/B-Kompartimenten und Topologically Associating Domains unterstützt regulatorische Kontakte.

Die Kartierung von Chromatinzuständen erfolgt durch Techniken wie ATAC-seq, ChIP-seq, Bisulfite-Sequenzierung und Hi-C, oft im Rahmen von Projekten wie ENCODE oder Roadmap Epigenomics. Das Verständnis dieser Zustände trägt dazu bei, Genregulation, Genomarchitektur und ihre Rolle in Entwicklung, Gewebe-Spezifität und Krankheiten wie Krebs zu erklären.