Klíčový rozdíl mezi metylací DNA a acetylací histonů spočívá v tom, že methylace DNA vede k methylovaným bázím DNA, které vedou k inaktivaci genu, zatímco acetylace histonů je modifikací histonových proteinů spojených se strukturou nukleozomů.
Epigenetické modifikace jsou modifikace, které vedou k regulaci genové exprese, aniž by způsobily jakoukoli změnu nativní sekvence DNA. V tomto ohledu probíhají dvě hlavní chemické modifikace, methylace DNA a modifikace histonů, které způsobují orientační změny v DNA, což vede k aktivaci nebo inaktivaci genové exprese.
Co je methylace DNA?
Methylace DNA je hlavní epigenetická modifikace, která probíhá v buňkách. Mění nebo reguluje genovou expresi. Při tomto jevu dochází k methylaci bází DNA pomocí methyltransferáz. Methylové skupiny jsou přeneseny z S-adenosylmethioninu. Náhodná metylace bází DNA vede k inaktivaci genové exprese. Když methylace DNA probíhá v regulačních oblastech DNA, jako jsou promotorové sekvence, CpG ostrůvky, proximální a distální regulační elementy, jsou tyto sekvence modifikovány, což vede ke ztrátě funkce těchto regulačních oblastí. V důsledku toho se transkripční faktory nebudou vázat podle očekávání a dojde k inaktivaci nebo downregulaci genové exprese na transkripční úrovni. Kromě toho tyto modifikace DNA také sníží afinitu RNA polymerázy, aby zůstala stabilní během procesu transkripce.
Obrázek 01: Methylace DNA
Metylace DNA nebo hypermetylace oblastí DNA také vede ke genomovému imprintingu, což je důležitý proces při umlčování vybraných genů jako metoda regulace exprese genů. Mutace aktivují metylaci DNA v genech. Environmentální faktory, stres, strava, alkohol a další exogenní faktory také aktivují metylaci DNA. Například prodloužený stravovací režim obsahující vysoké složení methylových donorů může vést k hyperaktivaci methylace DNA, zatímco prodloužený dietní režim představující velmi nízké koncentrace methylových donorů může vést k demetylaci DNA.
Co je acetylace histonů?
Modifikace histonů je dalším typem epigenetické modifikace, která způsobuje genovou regulaci. Existuje mnoho různých chemických modifikací, které se odehrávají na různých histonových proteinech spojených s tvorbou nukleozomů během chromozomální organizace eukaryot. Tyto modifikace zahrnují fosforylaci, acetylaci, methylaci, glykosylaci a ubikvitinaci.
Obrázek 02: Acetylace histonů
Acetylace histonů je zprostředkována enzymy acetyltransferázy, které acetylují aminokyselinové zbytky různých podjednotek histonů. Lysinové aminokyselinové zbytky histonových proteinů se snadno acetylují. Po acetylaci dochází k dekondenzaci, čímž vzniká otevřenější struktura. To umožní, aby byla DNA více vystavena transkripční aktivaci. Tato orientační změna způsobená dekondenzací struktury nukleozomu umožní snadné zapojení RNA polymerázy a transkripčních faktorů k zahájení transkripce. Naproti tomu, když dojde k deacetylaci histonů, struktura nukleozomu podstoupí kondenzaci, která zabrání aktivaci transkripce.
Jaké jsou podobnosti mezi methylací DNA a acetylací histonů?
- Obě jsou epigenetické modifikace, které probíhají za účelem regulace genové exprese.
- Obojí probíhá pouze u eukaryot.
- V obou scénářích navíc probíhají chemické modifikace v důsledku enzymatické aktivity.
- Exogenní faktory jako prostředí, stres, strava a alkohol regulují oba procesy.
- Oba procesy nepovedou k žádné změně sekvence DNA.
- Tyto procesy probíhají v jádře.
Jaký je rozdíl mezi methylací DNA a acetylací histonů?
Methylace DNA a acetylace histonů jsou obě epigenetické modifikace. Zatímco však methylace DNA probíhá na úrovni DNA, acetylace histonů je chemická kovalentní modifikace probíhající v proteinech jako posttranslační modifikace histonových proteinů. Toto je klíčový rozdíl mezi methylací DNA a acetylací histonů. Methylace DNA inaktivuje transkripci a zároveň inhibuje iniciaci transkripce a snižuje stabilitu RNA. Naproti tomu acetylace histonů povede k dekondenzaci nukleozomu vedoucí k aktivaci transkripce.
Níže uvedená infografika představuje rozdíly mezi metylací DNA a acetylací histonů ve formě tabulky pro srovnání vedle sebe.
Shrnutí – methylace DNA vs acetylace histonů
Epigenetické modifikace jsou zásadní pro vnesení velké rozmanitosti do dráhy genové exprese usnadněním regulace v reakci na výkyvy prostředí. Metylace DNA a acetylace histonů jsou dva hlavní typy epigenetických mechanismů, které inaktivují a aktivují genovou expresi. Zatímco oba mechanismy nemění sekvenci DNA, podílí se na vytváření orientačních změn DNA, které buď podporují nebo inhibují genovou expresi. Metylace DNA vede k modifikaci bází DNA jejich methylací. Naproti tomu acetylace histonů je acetylace vybraných aminokyselinových zbytků, což vede k dekondenzovanému chromatinu. Tyto mechanismy jsou aktivovány v reakci na podněty a hrají důležitou roli při regulaci exprese určitého genu. Toto shrnuje rozdíl mezi metylací DNA a acetylací histonů.
