Ključna razlika med metilacijo DNA in acetilacijo histona je, da metilacija DNA povzroči metilirane baze DNA, ki vodijo do inaktivacije gena, medtem ko je acetilacija histona modifikacija proteinov histona, povezanih s strukturo nukleosoma.
Epigenetske modifikacije so modifikacije, ki povzročijo regulacijo izražanja genov, ne da bi povzročile kakršno koli spremembo naravnega zaporedja DNK. V zvezi s tem pride do dveh glavnih kemijskih modifikacij, metilacije DNA in modifikacije histona, ki povzročita orientacijske spremembe v DNA, kar vodi do aktivacije ali inaktivacije izražanja genov.
Kaj je metilacija DNK?
Metilacija DNA je glavna epigenetska modifikacija, ki poteka v celicah. Spremeni ali uravnava izražanje genov. Pri tem pojavu se baze DNK metilirajo s pomočjo metil transferaz. Metilne skupine se prenesejo iz S-adenozil metionina. Naključna metilacija baz DNA povzroči inaktivacijo izražanja genov. Ko pride do metilacije DNA v regulativnih regijah DNK, kot so promotorske sekvence, otoki CpG, proksimalni in distalni regulatorni elementi, se te sekvence spremenijo, kar povzroči izgubo funkcije teh regulativnih regij. Posledično se transkripcijski faktorji ne bodo vezali, kot je bilo pričakovano, in pride do inaktivacije ali znižanja genske ekspresije na transkripcijski ravni. Poleg tega bodo te modifikacije DNK tudi zmanjšale afiniteto RNA polimeraze, da ostane stabilna med procesom transkripcije.
Slika 01: Metilacija DNA
Metilacija DNK ali hipermetilacija regij DNK prav tako vodi do genomskega vtisa, ki je pomemben proces pri utišanju izbranih genov kot metodi za uravnavanje izražanja genov. Mutacije aktivirajo metilacijo DNK v genih. Okoljski dejavniki, stres, prehrana, alkohol in drugi eksogeni dejavniki prav tako aktivirajo metilacijo DNK. Na primer, dolgotrajen prehranjevalni vzorec, ki vsebuje visoko sestavo metilnih donorjev, lahko vodi do hiperaktivacije metilacije DNA, medtem ko lahko dolgotrajen prehranjevalni vzorec, ki vsebuje zelo nizke koncentracije metilnih donorjev, povzroči demetilacijo DNA.
Kaj je acetilacija histonov?
Modifikacija histona je druga vrsta epigenetske modifikacije, ki povzroča regulacijo genov. Na različnih histonskih proteinih, povezanih s tvorbo nukleosomov med kromosomsko organizacijo evkariontov, poteka veliko različnih kemičnih modifikacij. Te modifikacije vključujejo fosforilacijo, acetilacijo, metilacijo, glikozilacijo in vseprisotnost.
Slika 02: Acetilacija histona
Acetilacijo histona posredujejo encimi acetil transferaze, ki acetilirajo aminokislinske ostanke različnih podenot histona. Aminokislinski ostanki lizina histonskih proteinov se zlahka acetilirajo. Po acetilaciji pride do dekondenzacije, ki povzroči bolj odprto strukturo. To bo omogočilo večjo izpostavljenost DNK za aktivacijo transkripcije. Ta orientacijska sprememba, ki jo povzroči dekondenzacija strukture nukleosoma, bo omogočila, da se polimeraza RNA in transkripcijski faktorji zlahka rekrutirajo za začetek transkripcije. V nasprotju s tem, ko pride do deacetilacije histona, je struktura nukleosoma podvržena kondenzaciji, kar bo preprečilo aktivacijo transkripcije.
Kakšne so podobnosti med metilacijo DNA in acetilacijo histona?
- Obe sta epigenetski modifikaciji, ki potekata za uravnavanje izražanja genov.
- Oboje poteka le pri evkariontih.
- Poleg tega pride do kemičnih modifikacij kot posledica encimske aktivnosti v obeh scenarijih.
- Eksogeni dejavniki, kot so okolje, stres, prehrana in alkohol, uravnavajo oba procesa.
- Oba postopka ne bosta povzročila nobene spremembe zaporedja DNK.
- Ti procesi potekajo v jedru.
Kakšna je razlika med metilacijo DNK in acetilacijo histona?
Metilacija DNK in acetilacija histona sta epigenetski modifikaciji. Medtem ko metilacija DNK poteka na ravni DNK, je acetilacija histona kemična kovalentna modifikacija, ki poteka v proteinih kot posttranslacijska modifikacija histonskih proteinov. Torej, to je ključna razlika med metilacijo DNA in acetilacijo histona. Metilacija DNA inaktivira transkripcijo, hkrati pa zavira začetek transkripcije in zmanjša stabilnost RNA. V nasprotju s tem bo acetilacija histona povzročila dekondenzacijo nukleosoma, kar vodi do aktivacije transkripcije.
Spodnja infografika predstavlja razlike med metilacijo DNK in acetilacijo histona v obliki tabele za vzporedno primerjavo.
Povzetek – metilacija DNK proti acetilaciji histona
Epigenetske modifikacije so bistvenega pomena za vnos velike raznolikosti v pot izražanja genov z olajšanjem regulacije kot odgovora na nihanja v okolju. Metilacija DNA in acetilacija histona sta dve glavni vrsti epigenetskih mehanizmov, ki inaktivirata in aktivirata izražanje genov. Čeprav oba mehanizma ne spremenita zaporedja DNK, sodeluje pri ustvarjanju orientacijskih sprememb DNK, ki spodbujajo ali zavirajo izražanje genov. Posledica metilacije DNK je modifikacija baz DNK z njihovim metiliranjem. Nasprotno pa je acetilacija histona acetilacija izbranih aminokislinskih ostankov, kar vodi do dekondenziranega kromatina. Ti mehanizmi se aktivirajo kot odziv na dražljaje in igrajo pomembno vlogo pri uravnavanju izražanja določenega gena. To torej povzema razliko med metilacijo DNA in acetilacijo histona.
