{"id":9593,"date":"2021-01-05T23:23:28","date_gmt":"2021-01-06T04:23:28","guid":{"rendered":"https:\/\/nebula.org\/blog\/epigenetik\/"},"modified":"2021-02-20T20:20:56","modified_gmt":"2021-02-21T01:20:56","slug":"epigenetik","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/nebula.org\/blog\/de\/epigenetik\/","title":{"rendered":"Epigenetik &#8211; Informationen jenseits des genetischen Codes"},"content":{"rendered":"\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-what-is-epigenetics\"><strong>Was ist Epigenetik?<\/strong><\/h2>\n\n<p>Epigenetik ist die Untersuchung von Faktoren, die die Aktivit\u00e4t von a bestimmen<a href=\"https:\/\/nebula.org\/blog\/de\/gene\/\"> Gen<\/a> im Menschen<a href=\"https:\/\/nebula.org\/blog\/de\/genom\/\"> Genom<\/a> . Es handelt sich um \u00c4nderungen der Genfunktion, die nicht auf \u00c4nderungen der Genfunktion beruhen<a href=\"https:\/\/nebula.org\/blog\/de\/dna-desoxyribonukleinsaeure\/\"> DNA<\/a> Sequenzen, aber an Tochterzellen weitergegeben.<\/p>\n\n<p>Die Basis f\u00fcr die Epigenetik sind chemische Ver\u00e4nderungen im Chromatin. Es kann die Proteine, die an DNA binden, oder die DNA selbst beeinflussen. Diese Ver\u00e4nderungen k\u00f6nnen die Aktivit\u00e4t von Schnitten oder ganzen Chromosomen beeinflussen. Dies wird auch als epigenetische Ver\u00e4nderung oder epigenetische Pr\u00e4gung bezeichnet. <\/p>\n\n<p>Da die DNA-Sequenz nicht ver\u00e4ndert wird, k\u00f6nnen epigenetische Modifikationen aus der DNA-Sequenz nicht nachgewiesen werden. Arten von epigenetischen Prozessen umfassen die Inaktivierung von X-Chromosomen, das Pr\u00e4gen von Genen oder das Speichern des Transkriptionsged\u00e4chtnisses von Zellen.<\/p>\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"614\" src=\"https:\/\/nebula.org\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/12\/epigenetics1-1024x614.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-3067\" title=\"Schema der wichtigsten epigenetischen Ver&#xE4;nderungen: DNA- und Histonmethylierung\" srcset=\"https:\/\/nebula.org\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/12\/epigenetics1-1024x614.jpg 1024w, https:\/\/nebula.org\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/12\/epigenetics1-300x180.jpg 300w, https:\/\/nebula.org\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/12\/epigenetics1-768x460.jpg 768w, https:\/\/nebula.org\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/12\/epigenetics1-1536x921.jpg 1536w, https:\/\/nebula.org\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/12\/epigenetics1-16x10.jpg 16w, https:\/\/nebula.org\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/12\/epigenetics1.jpg 924w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption>Der Ort epigenetischer Ver\u00e4nderungen innerhalb der Chromosomen zeigt die direkte Methylierung der DNA oder der Histone, die an die DNA-Sequenz binden. Quelle:<a href=\"https:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Epigenetic_mechanisms.jpg\"> Nationales Institut f\u00fcr Gesundheit \/ gemeinfrei<\/a><\/figcaption><\/figure>\n\n<figure class=\"wp-block-table\"><table class=\"has-subtle-pale-pink-background-color has-background\"><tbody><tr><td><a href=\"https:\/\/nebula.org\/whole-genome-sequencing\/\"><strong>M\u00f6chten Sie 100% Ihrer DNA entschl\u00fcsseln? Nebula Genomics bietet die g\u00fcnstigste Sequenzierung des gesamten Genoms! Beginnen Sie eine lebenslange Entdeckung mit uneingeschr\u00e4nktem Zugriff auf Ihre Genomdaten, w\u00f6chentlichen Aktualisierungen auf der Grundlage der neuesten wissenschaftlichen Entdeckungen, erweiterten Ahnenanalysen und leistungsstarken Tools zur Erforschung des Genoms. 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Die Funktion wurde aufgrund biochemischer Modifikationen der Basen in der DNA oder der die DNA verpackenden Histone oder beider fixiert. Die Sequenz des genetischen Materials bleibt bis auf wenige zuf\u00e4llige Mutationen unver\u00e4ndert.<\/p>\n\n<p>Solche epigenetischen Modifikationen f\u00fchren dazu, dass bestimmte Regionen des Genoms &#8222;zum Schweigen gebracht&#8220; werden, dh nicht leicht transkribiert werden k\u00f6nnen<a href=\"https:\/\/nebula.org\/blog\/de\/mrna-messenger-rna\/\"> RNA<\/a> f\u00fcr die Proteinsynthese. Diese Modifikationen sehen in somatischen Zellen ganz anders aus als in Stammzellen oder in Keimzellen. Die wichtigsten Modifikationen sind die Methylierung von Cytosinbasen und die Seitenkettenmethylierung und Acetylierung von Histonen.<\/p>\n\n<p>Neben der Methylierung haben Telomere einen wichtigen epigenetischen Einfluss. Telomere sch\u00fctzen die Enden der Chromosomen vor dem Abbau w\u00e4hrend<a href=\"https:\/\/nebula.org\/blog\/de\/mitose-zellteilung\/\"> Zellteilung<\/a> . Das Enzym Telomerase sorgt daf\u00fcr, dass die Chromosomen intakt bleiben. Psychischer Stress kann die Aktivit\u00e4t dieses Enzyms verringern und letztendlich zu einer beschleunigten Verk\u00fcrzung der Telomere im Alterungsprozess f\u00fchren.<\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-comparison-to-genetics\"><strong>C.<\/strong> Vergleich<strong> zur Genetik<\/strong><\/h2>\n\n<p>Der Begriff Epigenetik kann verstanden werden, wenn man den Vererbungsprozess betrachtet:<\/p>\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Bevor sich eine Zelle teilt, wird das genetische Material verdoppelt. Die H\u00e4lfte des duplizierten Genoms wird dann auf eine der beiden Tochterzellen \u00fcbertragen. Die H\u00e4lfte des m\u00fctterlichen Erbguts wird von der Eizelle, die v\u00e4terliche H\u00e4lfte von der Samenzelle.<\/li><li>Die Molekulargenetik beschreibt das genetische Material als Doppelhelix zweier Desoxyribonukleins\u00e4urestr\u00e4nge. Die Str\u00e4nge haben Phosphat-Desoxyribose-Zuckerpolymer als Grundger\u00fcst. Die genetische Information stammt aus der Sequenz der vier Basen, die an das Desoxyribose-Zucker-R\u00fcckgrat gebunden sind. Dies sind Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T).<\/li><li>Die Basen eines Strangs paaren sich fast immer mit einer passenden Basis des zweiten Strangs. Adeninpaare mit Thymin und Cytosinpaare mit Guanin.<\/li><li>Die genetische Information ist in der Reihenfolge der Bausteine A, C, G, T (der Basensequenz) verankert.<\/li><\/ul>\n\n<p>Einige Ph\u00e4nomene der Vererbung k\u00f6nnen mit dem gerade beschriebenen DNA-Modell nicht erkl\u00e4rt werden:<\/p>\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>W\u00e4hrend der Zelldifferenzierung werden im Verlauf der Zellteilung Tochterzellen mit einer anderen Funktion gebildet. Nach der Zelldifferenzierung behalten verschiedene Zelltypen immer noch \u00e4hnliche DNA-Sequenzen bei. Die Bestimmung der funktionellen Identit\u00e4t einer Zelle ist ein Thema der Epigenetik.<\/li><li>Es gibt Merkmale, die nur vom Vater oder der Mutter &#8222;geerbt&#8220; werden und nicht mit der DNA zusammenh\u00e4ngen. St\u00f6rungen dieses Zustands f\u00fchren zu schweren Krankheiten.<\/li><li>Wenn differenzierte Zellen wieder in Stammzellen umgewandelt werden, m\u00fcssen epigenetische Muster entfernt werden. Eine Zelle kann wieder alle oder viele Funktionen erwerben und erben, wenn epigenetische Fixierungen entfernt werden.<\/li><\/ul>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-histones-and-their-role-in-epigenetic-fixation\"><strong>Histone und ihre Rolle bei der epigenetischen Fixierung<\/strong><\/h2>\n\n<p>DNA ist nicht nackt im Zellkern vorhanden, sondern an Histone gebunden. Acht verschiedene Histonproteine bilden den Kern eines Nukleosoms, auf dem 146 Basenpaare eines DNA-Strangs gewickelt sind. Die Enden der Histonstr\u00e4nge ragen aus dem Nukleosom heraus und sind das Ziel von Histon-modifizierenden Enzymen. <\/p>\n\n<p>Histonmodifikationen sind haupts\u00e4chlich Methylierung und Acetylierung an Lysin, Histidin oder Arginin sowie Phosphorylierungen an Serinen. Es spielt auch eine Rolle, ob die Lysinseitenkette von einer, zwei oder drei Methylgruppen besetzt ist. Eine Art &#8222;Histoncode&#8220; kann mit der Aktivit\u00e4t der durch die Histone gebundenen Gene zusammenh\u00e4ngen.<\/p>\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" width=\"725\" height=\"561\" src=\"https:\/\/nebula.org\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/12\/epigenetics2.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-8066\" title=\"Methylierung und Acetylierung in Histonen\" srcset=\"https:\/\/nebula.org\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/12\/epigenetics2.png 725w, https:\/\/nebula.org\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/12\/epigenetics2-300x232.png 300w, https:\/\/nebula.org\/blog\/wp-content\/uploads\/2020\/12\/epigenetics2-16x12.png 16w\" sizes=\"(max-width: 725px) 100vw, 725px\" \/><figcaption>Die Methylierung (oben) und Acetylierung (unten) von Histonen bewirkt das Ein- und Auspacken von DNA-Str\u00e4ngen. Quelle:<a href=\"https:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Figure_16_03_02.png\"> CNX OpenStax \/ CC-BY 4.0<\/a><\/figcaption><\/figure>\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-influence-of-methylation-and-acetylation-on-the-conformation-of-chromatin\"><strong>Einfluss von Methylierung und Acetylierung auf die Konformation von Chromatin<\/strong><\/h3>\n\n<p>\u00c4nderungen in den Histonseitenketten ver\u00e4ndern das Volumen eines Gensegments. Es gibt kleinere Volumina von Gensegmenten in geschlossener Konformation sowie Chromosomenkondensation und Geninaktivierung. Gr\u00f6\u00dfere Volumina von Gensegmenten k\u00f6nnen in offener Konformation zusammen mit der Genaktivit\u00e4t beobachtet werden. Der \u00dcbergang zwischen den beiden Zust\u00e4nden wird durch Anlagerung und Spaltung von Methylgruppen an Cytosinbasen verursacht.<\/p>\n\n<p>Im Allgemeinen f\u00fchrt die Bindung von Acetylgruppen an die Histone zur \u00d6ffnung der Nukleosomenkonformation. Diese \u00d6ffnung macht das Gen f\u00fcr die Transkription durch die RNA-Polymerase verf\u00fcgbar. Die Bindung von Methylgruppen an Lysin-Seitenketten f\u00fchrt zur Bindung von Methyl-bindendem Protein MeCB, das die Genexpression unterdr\u00fcckt. Diese Repressorproteine schlie\u00dfen die Konformation des Histons und verhindern so die Transkription.<\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-epigenetic-changes-in-the-life-course\"><strong>Epigenetische Ver\u00e4nderungen im Lebensverlauf<\/strong><\/h2>\n\n<p>Die Epigenetik ist nicht auf Vererbungsf\u00e4lle beschr\u00e4nkt. Der Zusammenhang zwischen laufenden Ver\u00e4nderungen im Lebensverlauf und der Entwicklung von Krankheiten wird zunehmend ber\u00fccksichtigt. Beispielsweise zeigen eineiige Zwillinge im Alter von drei Jahren, jedoch nicht von 50 Jahren, einen hohen Grad an epigenetischer \u00c4hnlichkeit. Der Methylierungsgrad war bei einem Zwilling bis zu 2,5x h\u00f6her.<\/p>\n\n<p>Daher sind \u00e4ltere Zwillinge trotz ihrer genetischen Identit\u00e4t epigenetisch vielf\u00e4ltiger, je unterschiedlicher der Lebensverlauf der Zwillinge ist. Dies wird nicht nur durch die Umgebung verursacht, sondern auch durch die Ungenauigkeit der \u00dcbertragung von Methylgruppenmustern w\u00e4hrend jeder Zellteilung. Allm\u00e4hliche Ver\u00e4nderungen summieren sich im Laufe eines Lebens immer mehr.<\/p>\n\n<p>Die Ern\u00e4hrungsumstellung bei Arbeiterbienen f\u00fchrt zu einer stark epigenetischen Reprogrammierung des Larvengenoms. Es wurden mehr als 500 Gene identifiziert, die von den umweltbedingten Methylierungs\u00e4nderungen betroffen sind. <\/p>\n\n<p>Die Aktivierung oder Nichtaktivierung von Genen ist nicht die einzige Folge einer Ern\u00e4hrungsumstellung. Es gibt auch alternatives Splei\u00dfen und ver\u00e4nderte Genprodukte.<\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-epigenetic-changes-as-an-explanation-of-diseases\"><strong>Epigenetische Ver\u00e4nderungen als Erkl\u00e4rung f\u00fcr Krankheiten<\/strong><\/h2>\n\n<p>Die Erkl\u00e4rung von Stressfaktoren ist ein Schwerpunkt der epigenetischen Forschung. Zu diesem Zweck wurden Personen mit fr\u00fchen traumatischen Lebenserfahrungen eingesetzt, die durch mangelnde Mutterschaftsf\u00fcrsorge ausgel\u00f6st wurden. Stress l\u00f6st eine Hormonkaskade aus, die im Hypothalamus, einem Teil des Zwischenhirns, beginnt. <\/p>\n\n<p>Es wurde gezeigt, dass ein Glucocorticoid-Gen bei den betroffenen Personen auffallend unterschiedliche Methylierungen zeigt. Dementsprechend wird das Gen in Gegenwart einer Vorgeschichte von Stress gehemmt. Das Genprodukt in der Nebennierenrinde, der Endstation der Hormonkette, ist anschlie\u00dfend anders. Mehr als 900 Gene werden im Gehirn aufgrund des Verhaltens der Mutter hoch- oder runterreguliert.<\/p>\n\n<p>Die Ergebnisse wurden auch beim Menschen best\u00e4tigt. Das Rezeptorgen im Hippocampus beim Menschen ist weitgehend identisch mit dem anderer S\u00e4ugetiere. Epigenetische Ver\u00e4nderungen sind daher \u00e4hnlich wie bei Ratten. <\/p>\n\n<p>Eine Studie mit Selbstmordkandidaten teilte betroffene Personen in zwei Gruppen ein, solche mit Kindesmissbrauchserfahrungen und solche ohne. Nur bei Kandidaten mit Missbrauch in der Vorgeschichte wurde das Rezeptorgen durch Methylierung blockiert. <\/p>\n\n<p>Ein Trauma, das die Mutter w\u00e4hrend der Schwangerschaft erlebt, kann sogar dauerhafte Folgen f\u00fcr das werdende Kind haben, die Jahrzehnte andauern. Das Risiko f\u00fcr Schizophrenie und Herzerkrankungen bei Kindern von M\u00fcttern, die an einer Hungersnot litten, ist signifikant erh\u00f6ht. Es wurde auch beobachtet, dass diese Kinder Ver\u00e4nderungen im Methylierungsmuster des Igf2-Gens tragen.<\/p>\n\n<p>Bei M\u00e4usen ver\u00e4ndert der regelm\u00e4\u00dfige Kokakonsum das epigenetische Muster von mehreren hundert Genen im Belohnungszentrum des Gehirns. Dies erh\u00f6ht die Empfindlichkeit gegen\u00fcber Arzneimittelwirkungen und erh\u00f6ht das Suchtrisiko.<\/p>\n\n<p>Das Ausma\u00df epigenetischer Ver\u00e4nderungen im Laufe eines Lebens ist um ein Vielfaches gr\u00f6\u00dfer als das genetischer Mutationen. Es kann neue Antworten auf eine Vielzahl von Krankheiten wie Schizophrenie, Alzheimer, Krebs, Diabetes bei Erwachsenen, nerv\u00f6se St\u00f6rungen und vieles mehr liefern.<\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-inheritance-of-epigenetic-imprints\"><strong>Vererbung epigenetischer Abdr\u00fccke<\/strong><\/h2>\n\n<p>Die Erkenntnisse zu epigenetischen Ver\u00e4nderungen, insbesondere in der Popul\u00e4rwissenschaft, ziehen st\u00e4ndig Parallelen zum Lamarckismus. Der Lamarckismus oder die Weitergabe erworbener Charaktere wird als Widerspruch zur klassischen Genetik angesehen. <\/p>\n\n<p>Es gibt jedoch nur sehr wenige Hinweise darauf, dass erlernte und erworbene F\u00e4higkeiten \u00fcber die Keimzellen weitergegeben werden k\u00f6nnen. Die Weitergabe erworbener F\u00e4higkeiten an die folgende Generation ist noch kein Beweis f\u00fcr eine genetische Manifestation. Auch der Begriff &#8222;Generation&#8220; wird oft als Beginn eines einzelnen Zyklus missverstanden.<\/p>\n\n<p>Eine Vererbung epigenetischer Abdr\u00fccke wurde 2003 von Randy Jirtle und Robert Waterland unter Verwendung von Mausexperimenten vorgeschlagen. Weiblichen Agouti-M\u00e4usen wurde vor der Paarung und w\u00e4hrend der Schwangerschaft eine bestimmte N\u00e4hrstoffzusammensetzung verabreicht. Es wurde festgestellt, dass ein gro\u00dfer Teil der Nachkommen nicht den typischen Ph\u00e4notyp aufwies.<\/p>\n\n<p>In einer Humanstudie verschiedene Faktoren, die Informationen lieferten<a href=\"https:\/\/link.springer.com\/article\/10.1186\/1471-2156-15-12\"> \u00fcber die Verf\u00fcgbarkeit von Nahrungsmitteln und die Sterblichkeit in der schwedischen Kleinstadt \u00d6verkalix<\/a> . Es wurde festgestellt, dass die meisten Menschen, deren Gro\u00dfeltern starke Ern\u00e4hrungsumstellungen hatten, mit zunehmendem Alter Herz-Kreislauf-Erkrankungen entwickelten. <\/p>\n\n<p>Die Krankheit folgte jedoch einem bestimmten Muster, was auf epigenetische Ver\u00e4nderungen auf den Geschlechtschromosomen hindeutet. In Familien, in denen der Gro\u00dfvater gut oder zu viel gegessen hatte, waren beispielsweise nur die m\u00e4nnlichen Enkelkinder betroffen.<\/p>\n\n<p>Nach einer Hypothese von William R. Rice und Kollegen,<a href=\"https:\/\/www.researchgate.net\/publication\/250920000_Homosexuality_via_canalized_sexual_development_A_testing_protocol_for_a_new_epigenetic_model\"> Epigenetik kann die Ursache menschlicher Homosexualit\u00e4t sein<\/a> . Die sexuelle Pr\u00e4ferenz der Mutter w\u00fcrde auf den Sohn und die Pr\u00e4ferenz des Vaters auf die Tochter \u00fcbertragen. <\/p>\n\n<p>Dies w\u00fcrde passieren, wenn die epigenetischen Marker auf Genen, die f\u00fcr die sexuelle Orientierung verantwortlich sind, in den Keimzellen erhalten bleiben. Wenn die epigenetischen Markierungen in der Eizelle nicht entfernt werden, kann der Embryo die sexuelle Orientierung der Mutter haben. Nach dieser Hypothese ist Homosexualit\u00e4t beim Menschen angeboren. <\/p>\n\n<p>Die Hypothese erkl\u00e4rt, warum das Auftreten von Homosexualit\u00e4t beim Menschen \u00fcber die Zeit statistisch stabil bleibt. Es gibt jedoch keine empirischen Belege f\u00fcr einen Zusammenhang zwischen Homosexualit\u00e4t und Epigenetik.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Was ist Epigenetik? Epigenetik ist die Untersuchung von Faktoren, die die Aktivit\u00e4t von a bestimmen Gen im Menschen Genom . 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