Επιγενετικοί μηχανισμοί

Η μεθυλίωση του DNA

Στοχεύει στο DNA και ενεργοποιεί ή καταστέλλει γονίδια. Είναι ένας τύπος χημικής τροποποίησης του DNA, που μπορεί να κληρονομηθεί και να αφαιρεθεί στη συνέχεια χωρίς αλλαγή της αρχικής ακολουθίας DNA. Η μεθυλίωση DNA περιλαμβάνει την προσθήκη μιας μεθυλικής ομάδας στο DNA. Λαμβάνει χώρα πάντα στον άνθρακα 5 της κυτοσίνης (ένα από το δομικά συστατικά του DNA), με επίδραση τη μείωση της έκφρασης γονιδίων. Η μεθυλίωση του DNA στη θέση 5 της κυτοσίνης έχει βρεθεί σε κάθε σπονδυλωτό που εξετάσθηκε. Ο βαθμός της μεθυλίωσης, δηλαδή ο συνολικός αριθμός των μεθυλικών ομάδων που προσκολλούνται η μία μετά την άλλη (κατά σειρά) στην βάση αυτή, καθορίζει και την δράση άρα και την έκφραση του γονιδίου. Όταν προσκολληθούν 4 μεθυλομάδες διακόπτεται πλήρως η έκφραση του γονιδίου. Όσο πιο ισχυρά μεθυλοποιημένη είναι αυτή η βάση τόσο πιο αδύνατη είναι η έκφραση του συνόλου του γονιδίου στο οποίο βρίσκεται.

Η ακετυλίωση των ιστόνων

Η ακετυλίωση στοχεύει στο DNA και απενεργοποιεί μεγάλα τμήματα του κυτταρικού DNA, προκαλώντας αδυναμία από-πακεταρίσματος του DNA και απενεργοποίηση πλειάδας γονιδίων (το DNA είναι πακεταρισμένο στον πυρήνα και για να γίνει η διαδικασία της αντιγραφής και μεταγραφής του, χρειάζεται να από-πακεταριστεί).

Οι ιστόνες είναι μικρές, θετικά φορτισμένες πρωτεΐνες [ονομάζονται Η2Α, Η2Β, Η3, Η4] που συνδέονται στο DNA για τη συμπίεσή του (πακετάρισμα) και τον έλεγχο της γονιδιακής έκφρασης. Η επιγενετική διαφοροποίηση των πρωτεϊνών αυτών λαμβάνει χώρα σε συγκεκριμένη περιοχή της πρωτεϊνικής αλυσίδας, μειώνοντας την ενεργοποίηση σημαντικής πλειάδας γονιδίων.

Ο βαθμός μεθυλίωσης μειώνει σταδιακά έως και δραστικά τη λειτουργία των γονιδίων. Σε απόλυτη αντιστοιχία βρίσκεται και ο βαθμός ακετυλίωσης των ιστονών, με την αδυναμία που προκαλείται στην αποκλιμάκωση του DNA. Τόσο ανεξάρτητα όσο και συνδυαζόμενοι οι δύο αυτοί παράγοντες επιδρούν σταδιακά μέχρι και στην πλήρη παύση της έκφρασης των γονιδίων. 

a. Κάθε νουκλεόσωμα είναι ένα οκταμερές ιστονών που αποτελείται από 1 τετραμερές ιστονών Η3-Η4 και 2 διμερή των ιστονών Η2Α-Η2Β. Το αμίνο-τέλος αυτών έρχεται σε αλληλεπίδραση και συνδέεται με το DNA, ενώ αποτελεί παράλληλα το χώρο όπου συντελείται η επιγενετική τροποποίηση (ακετυλίωση).

b. Κρυσταλική δομή Ιστονών-DNA σε κάθετη διατομή.

c. Τα πρώτα 10 αμινοξέα του αμίνο-τέλους της Η3 με τις θέσης ακετυλίωσης, φωσφορυλίωσης και μεθυλίωσης. Από το βαθμό αυτής της επιγενετικής αλλαγής εξαρτάται η μεταγραφή ενός γονιδίου.