Põhiline erinevus DNA metüülimise ja histooni atsetüülimise vahel on see, et DNA metüülimise tulemuseks on metüülitud DNA alused, mis põhjustavad geenide inaktiveerumist, samas kui histooni atsetüülimine on nukleosoomi struktuuriga seotud histooni valkude modifikatsioon.
Epigeneetilised modifikatsioonid on modifikatsioonid, mille tulemuseks on geeniekspressiooni reguleerimine, muutmata DNA natiivses järjestuses. Sellega seoses toimub kaks peamist keemilist modifikatsiooni, DNA metüülimine ja histooni modifikatsioon, et põhjustada DNA orientatsioonilisi muutusi, mis põhjustavad geeniekspressiooni aktiveerimist või inaktiveerimist.
Mis on DNA metüülimine?
DNA metüülimine on peamine epigeneetiline modifikatsioon, mis toimub rakkudes. See muudab või reguleerib geeniekspressiooni. Selle nähtuse korral metüülitakse DNA alused metüültransferaaside abil. Metüülrühmad kantakse üle S-adenosüülmetioniinist. DNA aluste juhuslik metüülimine viib geeniekspressiooni inaktiveerimiseni. Kui DNA metüülimine toimub DNA regulatoorsetes piirkondades, nagu promootorjärjestused, CpG saared, proksimaalsed ja distaalsed regulatoorsed elemendid, siis neid järjestusi muudetakse, mis viib nende reguleerivate piirkondade funktsioonide kadumiseni. Selle tulemusena ei seondu transkriptsioonifaktorid ootuspäraselt ja toimub geeniekspressiooni inaktiveerimine või allareguleerimine transkriptsiooni tasemel. Lisaks vähendavad need DNA modifikatsioonid ka RNA polümeraasi afiinsust, et see jääks transkriptsiooniprotsessi ajal stabiilseks.
Joonis 01: DNA metüülimine
DNA metüülimine või DNA piirkondade hüpermetüleerimine põhjustab ka genoomse jäljendi, mis on oluline protsess valitud geenide vaigistamisel kui geenide ekspressiooni reguleerimise meetodit. Mutatsioonid aktiveerivad DNA metüülimist geenides. DNA metüülimist aktiveerivad ka keskkonnategurid, stress, toitumine, alkohol ja muud eksogeensed tegurid. Näiteks võib pikaajaline toitumisskeem, mis sisaldab suures koguses metüüldoonoreid, viia DNA metüülimise hüperaktiveerumiseni, samas kui pikaajaline toitumisharjumus, mis moodustab metüüldoonorite väga madala kontsentratsiooni, võib viia DNA demetüleerimiseni.
Mis on histooni atsetüülimine?
Histooni modifikatsioon on teist tüüpi epigeneetiline modifikatsioon, mis põhjustab geeniregulatsiooni. Erinevatel histoonivalkudel, mis on seotud nukleosoomide moodustumisega, toimub eukarüootide kromosomaalse organiseerumise käigus palju erinevaid keemilisi modifikatsioone. Need modifikatsioonid hõlmavad fosforüülimist, atsetüülimist, metüülimist, glükosüülimist ja ubikvitineerimist.
Joonis 02: Histooni atsetüülimine
Histooni atsetüülimist vahendavad atsetüültransferaasi ensüümid, mis atsetüleerivad erinevate histooni subühikute aminohappejääke. Histooni valkude lüsiini aminohappejäägid atsetüülitakse kergesti. Pärast atsetüülimist toimub dekondensatsioon, mis annab avatuma struktuuri. See võimaldab DNA-d rohkem eksponeerida transkriptsioonilise aktiveerimise jaoks. See nukleosoomi struktuuri dekondenseerumisest põhjustatud orientatsioonimuutus võimaldab RNA polümeraasi ja transkriptsioonifaktoreid hõlpsasti värvata transkriptsiooni algatamiseks. Seevastu histooni deatsetüülimisel kondenseerub nukleosoomi struktuur, mis takistab transkriptsiooni aktiveerumist.
Millised on DNA metüülimise ja histooni atsetüülimise sarnasused?
- Mõlemad on epigeneetilised modifikatsioonid, mis toimuvad geeniekspressiooni reguleerimiseks.
- Mõlemad leiavad aset ainult eukarüootides.
- Pealegi toimuvad mõlema stsenaariumi korral keemilised modifikatsioonid ensümaatilise aktiivsuse tagajärjel.
- Eksogeensed tegurid, nagu keskkond, stress, toitumine ja alkohol, reguleerivad mõlemat protsessi.
- Mõlemad protsessid ei too kaasa DNA järjestuse muutumist.
- Need protsessid toimuvad tuumas.
Mis vahe on DNA metüülimisel ja histooni atsetüülimisel?
DNA metüülimine ja histooni atsetüülimine on mõlemad epigeneetilised modifikatsioonid. Kuigi DNA metüülimine toimub DNA tasemel, on histooni atsetüülimine keemiline kovalentne modifikatsioon, mis toimub valkudes histooni valkude translatsioonijärgse modifikatsioonina. Niisiis, see on peamine erinevus DNA metüülimise ja histooni atsetüülimise vahel. DNA metüülimine inaktiveerib transkriptsiooni, inhibeerides samal ajal transkriptsiooni initsiatsiooni ja vähendades RNA stabiilsust. Seevastu histooni atsetüülimine viib nukleosoomi dekondenseerumiseni, mis viib transkriptsiooni aktiveerumiseni.
Allpool olev infograafik esitab kõrvuti võrdlemiseks tabelina erinevusi DNA metüülimise ja histooni atsetüülimise vahel.
Kokkuvõte – DNA metüülimine vs histooni atsetüülimine
Epigeneetilised modifikatsioonid on olulised, et tuua geeniekspressiooni rajale palju mitmekesisust, hõlbustades reguleerimist vastuseks keskkonnakõikumistele. DNA metüülimine ja histooni atsetüülimine on kaks peamist epigeneetiliste mehhanismide tüüpi, mis inaktiveerivad ja aktiveerivad vastav alt geeniekspressiooni. Kuigi mõlemad mehhanismid ei muuda DNA järjestust, osaleb see DNA orientatsioonimuutuste loomises, mis soodustavad või pärsivad geeniekspressiooni. DNA metüülimise tulemuseks on DNA aluste muutmine nende metüleerimise teel. Seevastu histooni atsetüülimine on valitud aminohappejääkide atsetüülimine, mis viib dekondenseerunud kromatiinini. Need mehhanismid aktiveeruvad vastusena stiimulitele ja mängivad olulist rolli konkreetse geeni ekspressiooni reguleerimisel. Seega võtab see kokku erinevuse DNA metüülimise ja histooni atsetüülimise vahel.
