Avainero DNA-metylaation ja histoniasetyloinnin välillä on, että DNA:n metylaatio johtaa metyloituihin DNA-emäksiin, jotka johtavat geenin inaktivoitumiseen, kun taas histonin asetylaatio on nukleosomirakenteeseen liittyvien histoniproteiinien modifikaatio.
Epigeneettiset modifikaatiot ovat modifikaatioita, jotka johtavat geenin ilmentymisen säätelyyn aiheuttamatta muutoksia DNA:n alkuperäiseen sekvenssiin. Tässä suhteessa tapahtuu kaksi pääasiallista kemiallista modifikaatiota, DNA:n metylaatio ja histonimuunnos, jotka aiheuttavat suuntautumismuutoksia DNA:ssa, mikä johtaa geeniekspression aktivoitumiseen tai inaktivoitumiseen.
Mitä DNA-metylaatio on?
DNA:n metylaatio on tärkein epigeneettinen modifikaatio, joka tapahtuu soluissa. Se muuttaa tai säätelee geeniekspressiota. Tässä ilmiössä DNA-emäkset metyloituvat metyylitransferaasien avulla. Metyyliryhmät siirretään S-adenosyylimetioniinista. DNA-emästen satunnainen metylaatio johtaa geeniekspression inaktivoitumiseen. Kun DNA:n metylaatio tapahtuu DNA:n säätelyalueilla, kuten promoottorisekvensseissä, CpG-saarekkeissa, proksimaalisissa ja distaalisissa säätelyelementeissä, näitä sekvenssejä modifioidaan, mikä johtaa näiden säätelyalueiden toiminnan menettämiseen. Tämän seurauksena transkriptiotekijät eivät sitoudu odotetusti, ja geeniekspression inaktivaatio tai alasäätely tapahtuu transkription tasolla. Lisäksi nämä DNA-muunnokset vähentävät myös RNA-polymeraasin affiniteettia pysyäkseen stabiilina transkriptioprosessin aikana.
Kuva 01: DNA-metylaatio
DNA:n metylaatio tai DNA-alueiden hypermetylaatio johtaa myös genomiseen painautumiseen, joka on tärkeä prosessi valittujen geenien hiljentämisessä geenien ilmentymisen säätelymenetelmänä. Mutaatiot aktivoivat DNA:n metylaatiota geeneissä. Ympäristötekijät, stressi, ruokavalio, alkoholi ja muut eksogeeniset tekijät aktivoivat myös DNA:n metylaatiota. Esimerkiksi pitkäaikainen ruokavalio, joka sisältää runsaasti metyyliluovuttajia, voi johtaa DNA:n metylaation hyperaktivoitumiseen, kun taas pitkittynyt ruokavalio, joka muodostaa erittäin alhaisia metyyliluovuttajia, voi johtaa DNA:n demetyloitumiseen.
Mitä histoniasetylointi on?
Histonen modifikaatio on toisenlainen epigeneettinen modifikaatio, joka aiheuttaa geenisäätelyä. Eri histoniproteiineissa tapahtuu monia erilaisia kemiallisia modifikaatioita, jotka liittyvät nukleosomien muodostumiseen eukaryoottien kromosomaalisen järjestäytymisen aikana. Näitä modifikaatioita ovat muun muassa fosforylaatio, asetylaatio, metylaatio, glykosylaatio ja ubikvitinaatio.
Kuva 02: Histoniasetylointi
Histoniasetylaatiota välittävät asetyylitransferaasientsyymit, jotka asetyloivat eri histonialayksiköiden aminohappotähteitä. Histoniproteiinien lysiinin aminohappotähteet asetyloituvat helposti. Asetyloinnin jälkeen tapahtuu dekondensaatio, joka tuottaa avoimemman rakenteen. Tämä mahdollistaa DNA:n altistumisen enemmän transkription aktivaatiolle. Tämä nukleosomirakenteen dekondensoitumisen aiheuttama orientaatiomuutos mahdollistaa RNA-polymeraasin ja transkriptiotekijöiden helpon värväämisen transkription aloittamiseksi. Sitä vastoin kun histonin deasetylaatio tapahtuu, nukleosomirakenne kondensoituu, mikä estää transkription aktivoitumisen.
Mitä yhtäläisyyksiä DNA-metylaation ja histoniasetyloinnin välillä on?
- Molemmat ovat epigeneettisiä modifikaatioita, jotka tapahtuvat geenien ilmentymisen säätelemiseksi.
- Molemmat tapahtuvat vain eukaryooteissa.
- Lisäksi molemmissa skenaarioissa tapahtuu kemiallisia modifikaatioita entsymaattisen toiminnan seurauksena.
- Eksogeeniset tekijät, kuten ympäristö, stressi, ruokavalio ja alkoholi, säätelevät molempia prosesseja.
- Molemmat prosessit eivät aiheuta DNA-sekvenssin muutoksia.
- Nämä prosessit tapahtuvat ytimessä.
Mitä eroa on DNA-metylaation ja histoniasetyloinnin välillä?
DNA:n metylaatio ja histonin asetylaatio ovat molemmat epigeneettisiä modifikaatioita. Vaikka DNA:n metylaatio tapahtuu DNA-tasolla, histonin asetylaatio on kemiallinen kovalenttinen modifikaatio, joka tapahtuu proteiineissa histoniproteiinien translaation jälkeisenä modifikaationa. Joten tämä on avainero DNA-metylaation ja histoniasetyloinnin välillä. DNA-metylaatio inaktivoi transkription samalla kun se estää transkription alkamista ja vähentää RNA:n stabiilisuutta. Sitä vastoin histonin asetylaatio johtaa nukleosomin dekondensaatioon, mikä johtaa transkription aktivoitumiseen.
Alla oleva infografiikka esittelee DNA-metylaation ja histoniasetylaation väliset erot taulukkomuodossa vierekkäin vertailua varten.
Yhteenveto – DNA-metylaatio vs histoniasetylaatio
Epigeneettiset modifikaatiot ovat välttämättömiä tuomaan paljon monimuotoisuutta geenien ilmentymisreitille helpottamalla säätelyä vasteena ympäristön vaihteluille. DNA-metylaatio ja histonin asetylaatio ovat kaksi päätyyppiä epigeneettisiä mekanismeja, jotka inaktivoivat ja aktivoivat geeniekspression. Vaikka molemmat mekanismit eivät muuta DNA:n sekvenssiä, se osallistuu DNA:n orientaatiomuutosten luomiseen, jotka joko edistävät tai estävät geenin ilmentymistä. DNA-metylaatio johtaa DNA-emästen modifioimiseen metyloimalla niitä. Sitä vastoin histonin asetylaatio on valittujen aminohappotähteiden asetylaatiota, mikä johtaa dekondensoituneeseen kromatiiniin. Nämä mekanismit aktivoituvat vasteena ärsykkeille ja niillä on tärkeä rooli tietyn geenin ilmentymisen säätelyssä. Siten tämä tiivistää eron DNA:n metylaation ja histonien asetylaation välillä.
