Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
J. Arnemann

Methylierungsmuster

Methylierungsmuster
Synonym(e)
Geninaktivierung durch Methylierung
Englischer Begriff
methylation pattern
Definition
Methylierungsmuster in der genomischen DNA gehen meist mit der Inaktivierung von Genen einher und üben so eine Steuerungsfunktion während Differenzierungs- und Entwicklungsprozessen des Organismus aus.
Beschreibung
Während die genomische DNA-Sequenz in allen Zellen gleich ist, kann das Proteinmuster entsprechend der Entwicklungs- und Differenzierungsstadien variieren. Diese Unterschiede sind im Wesentlichen das Ergebnis festgelegter Expressionsmuster der zugrunde liegenden Gene. Die Steuerung dieser Prozesse erfolgt über die Verfügbarkeit aktiver Chromatinabschnitte an den Promotorregionen der relevanten Gene, um u. a. die Bindung von Transkriptionsfaktoren oder Enhancern sowie die aktive Transkription zu ermöglichen.
Von Bedeutung für die Ausbildung von Expressionsprofilen ist neben der Genaktivierung vor allem aber eine Geninaktivierung, die das „fine tuning“, d. h. eine graduelle Regulation der Expression, übernimmt und so die Entwicklungs- und Differenzierungsprozesse steuert.
In den somatischen Zellen erfolgt die Inaktivierung von Genen fast ausschließlich über den Prozess der DNA-Methylierung, i. d. R. von Cytosin-Molekülen in der CpG-Nukleotidabfolge, und wird von einer Familie von Enzymen, den DNA-Methyltransferasen (DNMT1, DNMT2, DNMT3a und DNMT3b) reguliert. Diese Enzyme sind auch dafür verantwortlich, Methylierungsmuster aufrecht zu erhalten. Es wird postuliert, dass die teilweise Erblichkeit von Methylierungsmustern die Aufgabe einer zellulären Gedächnisfunktion für Entwicklungsprozesse hat.
In der frühen Präimplantationsphase erfolgt beim Embryo eine weitgehende Demethylierung der Gene, während nach der Implantation die De-novo-Methylierung der Gene und damit die Determinierung des somatischen Methylierungsmusters erfolgt. Methylierungsmuster von bestimmten DNA-Domänen werden bei der Replikation der Zellen stabil und in einem z. T. zell- und differenzierungsspezifischen Muster weitergegeben. Eine De-novo-Methylierung von DNA-Abschnitten kann durch inaktive Chromatinstrukturen und – gemäß Postulation – auch durch RNAi-Moleküle gefördert werden.
Eine De-novo-Methylierung findet sich u. a. in Tumorgewebe, in dem eine DNA-Hypermethylierung von bestimmten Genen, wie z. B. Tumorsuppressorgenen, als Tumormarker gewertet werden.
Literatur
Bird A (2002) DNA methylation patterns and epigenetic memory. Genes Dev 16:6–21CrossRefPubMed
Lister R et al (2009) Human DNA methylomes at base resolution show widespread epigenomic differences. Nature 462:315–322CrossRefPubMedPubMedCentral