Kluczowa różnica między metylacją DNA a acetylacją histonów polega na tym, że metylacja DNA skutkuje zmetylowanymi zasadami DNA, które prowadzą do inaktywacji genów, podczas gdy acetylacja histonów jest modyfikacją białek histonów związanych ze strukturą nukleosomu.
Modyfikacje epigenetyczne to modyfikacje, które powodują regulację ekspresji genów bez powodowania jakichkolwiek zmian w natywnej sekwencji DNA. W związku z tym dwie główne modyfikacje chemiczne, metylacja DNA i modyfikacja histonów, powodują zmiany orientacji w DNA, prowadząc do aktywacji lub inaktywacji ekspresji genów.
Co to jest metylacja DNA?
Metylacja DNA jest główną modyfikacją epigenetyczną zachodzącą w komórkach. Zmienia lub reguluje ekspresję genów. W tym zjawisku zasady DNA są metylowane za pomocą transferaz metylowych. Grupy metylowe są przenoszone z S-adenozylometioniny. Losowa metylacja zasad DNA prowadzi do inaktywacji ekspresji genów. Gdy metylacja DNA zachodzi w regionach regulatorowych DNA, takich jak sekwencje promotorowe, wyspy CpG, proksymalne i dystalne elementy regulatorowe, sekwencje te są modyfikowane, co prowadzi do utraty funkcji tych regionów regulatorowych. W rezultacie czynniki transkrypcyjne nie będą się wiązać zgodnie z oczekiwaniami i ma miejsce inaktywacja lub obniżenie ekspresji genów na poziomie transkrypcji. Co więcej, te modyfikacje DNA również zmniejszą powinowactwo polimerazy RNA, aby zachować stabilność podczas procesu transkrypcji.
Rysunek 01: Metylacja DNA
Metylacja DNA lub hipermetylacja regionów DNA prowadzi również do imprintingu genomowego, co jest ważnym procesem w wyciszaniu wybranych genów jako metoda regulowania ekspresji genów. Mutacje aktywują metylację DNA w genach. Czynniki środowiskowe, stres, dieta, alkohol i inne czynniki egzogenne również aktywują metylację DNA. Na przykład, przedłużona dieta zawierająca wysoki skład dawców metylu może prowadzić do hiperaktywacji metylacji DNA, podczas gdy przedłużona dieta zawierająca bardzo niskie stężenia dawców metylu może prowadzić do demetylacji DNA.
Co to jest acetylacja histonów?
Modyfikacja histonów to kolejny rodzaj modyfikacji epigenetycznej, która powoduje regulację genów. Istnieje wiele różnych modyfikacji chemicznych zachodzących na różnych białkach histonowych związanych z tworzeniem nukleosomów podczas organizacji chromosomów eukariontów. Te modyfikacje obejmują fosforylację, acetylację, metylację, glikozylację i ubikwitynację.
Rysunek 02: Acetylacja histonów
W acetylacji histonów pośredniczą enzymy transferazy acetylowej, które acetylują reszty aminokwasowe różnych podjednostek histonów. Reszty aminokwasowe lizyny w białkach histonowych łatwo ulegają acetylacji. Po acetylacji następuje dekondensacja, dająca bardziej otwartą strukturę. Pozwoli to na większą ekspozycję DNA w celu aktywacji transkrypcji. Ta zmiana orientacji spowodowana dekondensacją struktury nukleosomu umożliwi łatwą rekrutację polimerazy RNA i czynników transkrypcyjnych do zainicjowania transkrypcji. Natomiast, gdy zachodzi deacetylacja histonów, struktura nukleosomu ulega kondensacji, co zapobiega aktywacji transkrypcji.
Jakie są podobieństwa między metylacją DNA a acetylacją histonów?
- Oba są modyfikacjami epigenetycznymi, które mają na celu regulację ekspresji genów.
- Oba mają miejsce tylko u eukariontów.
- Ponadto modyfikacje chemiczne w wyniku aktywności enzymatycznej mają miejsce w obu scenariuszach.
- Czynniki egzogenne, takie jak środowisko, stres, dieta i alkohol regulują oba procesy.
- Oba procesy nie spowodują zmiany sekwencji DNA.
- Te procesy zachodzą w jądrze.
Jaka jest różnica między metylacją DNA a acetylacją histonów?
Metylacja DNA i acetylacja histonów to modyfikacje epigenetyczne. Jednak podczas gdy metylacja DNA zachodzi na poziomie DNA, acetylacja histonów jest chemiczną modyfikacją kowalencyjną zachodzącą w białkach jako modyfikacja potranslacyjna białek histonowych. To jest więc kluczowa różnica między metylacją DNA a acetylacją histonów. Metylacja DNA dezaktywuje transkrypcję, jednocześnie hamując inicjację transkrypcji i zmniejszając stabilność RNA. Natomiast acetylacja histonów prowadzi do dekondensacji nukleosomu, co prowadzi do aktywacji transkrypcji.
Poniższa infografika przedstawia różnice między metylacją DNA a acetylacją histonów w formie tabelarycznej do bezpośredniego porównania.
Podsumowanie – Metylacja DNA kontra acetylacja histonów
Modyfikacje epigenetyczne są niezbędne do wprowadzenia dużej różnorodności w szlaku ekspresji genów poprzez ułatwienie regulacji w odpowiedzi na wahania środowiskowe. Metylacja DNA i acetylacja histonów to dwa główne typy mechanizmów epigenetycznych, które odpowiednio inaktywują i aktywują ekspresję genów. Chociaż oba mechanizmy nie zmieniają sekwencji DNA, uczestniczą w tworzeniu zmian orientacji DNA, które promują lub hamują ekspresję genów. Metylacja DNA powoduje modyfikację zasad DNA poprzez ich metylację. Natomiast acetylacja histonów to acetylacja wybranych reszt aminokwasowych, prowadząca do dekondensacji chromatyny. Mechanizmy te są aktywowane w odpowiedzi na bodźce i odgrywają ważną rolę w regulacji ekspresji określonego genu. W ten sposób podsumowuje różnicę między metylacją DNA a acetylacją histonów.
