Epigenom

Epigenom ist ein Begriff aus dem Wissenschaftsgebiet Epigenetik und dient dazu, die Gesamtheit von epigenetischen Zuständen zu beschreiben. Ein Epigenom besteht aus einem Satz der chemischen Veränderungen der DNA und der Histonproteine eines Organismus. Diese Veränderungen können an die Nachkommen eines Organismus über transgenerationelle epigenetische Vererbung weitergegeben werden. Änderungen des Epigenoms können zu Veränderungen der Struktur des Chromatins und Veränderungen der Funktion des Genoms führen.<ref name="eins"> Bernstein, Bradley E.; Meissner, Alexander; Lander, Eric S. (February 2007). The Mammalian Epigenome. Cell. 128 (4): 669–681. doi:10.1016/j.cell.2007.01.033. PMID 17320505.</ref>

Das Epigenom ist an der Regulation der Genexpression, der Entwicklung, der Gewebedifferenzierung und der Suppression von transponierbaren Elementen beteiligt.<ref>Conley, A.B., Jordan, I.K.: Endogenous Retroviruses and the Epigenome. In: Viruses: Essential Agents of Life. Springer, Dordrecht Juni 2012, S. 309–323. </ref> Im Gegensatz zum zugrunde liegenden Genom, das in einem Individuum weitgehend statisch ist, kann das Epigenom durch Umgebungsbedingungen dynamisch verändert werden.<ref name="zwei">Conley, A.B., King Jordan, I. (2012). Endogenous Retroviruses and the Epigenome. In: Witzany, G. (ed). Viruses: Essential Agents of Life, Springer, Dordrecht, S. 309–323. ISBN 978-94-007-4899-6 (E-Book).</ref>

Epigenom-Forschungsprojekte

Als Auftakt zu einem potentiellen Epigenomprojekt des Menschen zielt das Human Epigenome Pilot Project darauf ab, variable Methylierungs-Positionen (MVPs – Methylation Variable Positions) im menschlichen Genom zu identifizieren und zu katalogisieren.<ref name="drei">Human Epigenome Project, <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />epigenome.org (Memento vom 16. Juli 2011 im Internet Archive); abgerufen am 19. Februar 2024.</ref> Fortschritte in der Sequenzierungstechnik erlauben nun die Untersuchung genomweiter epigenomischer Zustände durch multiple molekulare Methoden.<ref name="vier">Milosavljevic, Aleksandar (June 2011). "Emerging patterns of epigenomic variation". Trends in Genetics. 27: 242–250. doi:10.1016/j.tig.2011.03.001.</ref> Es wurden Instrumente im Mikro- und Nanobereich konstruiert oder vorgeschlagen, um das Epigenom zu untersuchen.<ref name="fuenf">Aguilar, Carlos; Craighead, Harold (October 4, 2013). Micro- and nanoscale devices for the investigation of epigenetics and chromatin Dynamics. Nature Nanotechnology. 8 (10): 709–718. doi:10.1038/nnano.2013.195.</ref> Eine internationale Bemühung, Epigenome zu untersuchen, wurde 2010 in Form des Internationalen Human Epigenome Consortium (IHEC) begonnen.<ref name="sechs">Editorial Time for the epigenome. Nature 463, 587 (4 February 2010), doi:10.1038/463587a.</ref><ref name= "sieben"> Alison Abbott. Project set to map marks on Genome. Nature 463. 596-597 (2010) doi:10.1038/463596b. </ref><ref name="acht">Jae-Bum Bae. Perspectives of International Human Epigenome Consortium. Genomics Inform. 2013 Mar;11(1):7-14. doi:10.5808/GI.2013.11.1.7. </ref><ref name="neun">Charlie McDermott. <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />Human Epigenome project launched (Memento vom 28. Dezember 2010 im Internet Archive). Bionews 2015-02-15; abgerufen am 19. Februar 2024.</ref> Die IHEC-Mitglieder haben das Ziel, mindestens 1.000 Referenz-Epigenome aus verschiedenen normalen und krankheitsassoziierten humanen Zelltypen zu generieren.<ref name="zehn">"France: Human epigenome consortium takes first steps". 5 March 2010. <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />Nicht mehr verfügbar (Memento vom 8. Juli 2015 im Internet Archive); abgerufen am 19. Februar 2024.</ref><ref name="elf">Eurice GmbH. About IHEC.</ref><ref name="zwoelf">"Frontiers | Multilayer-omics analyses of human cancers: exploration of biomarkers and drug targets based on the activities of the International Human Epigenome Consortium | Epigenomics and Epigenetics". Frontiers. doi:10.3389/fgene.2014.00024.</ref>

Epigenom Editing

Funktionelles Epigenom Editing

Methoden

Roadmap Epigenomics Project

Ein Ziel der NIH-Roadmap Epigenomics Project ist es, menschliche Referenz-Epigenome von normalen, gesunden Personen über eine große Vielfalt von Zelllinien, primären Zellen und primären Geweben zu erzeugen. Die Daten, die durch das Projekt erzeugt werden und durch den Human Epigenome Atlas verfügbar sind, werden in fünf Typen eingeteilt, die verschiedene Aspekte des Epigenoms seiner Zustände (wie z. B. Genexpression) beleuchten:

Histon-Modifikationen – Die Chromatin-Immunopräzipitations-Sequenzierung (ChIP-Seq) identifiziert genomweite Muster von Histon-Modifikationen durch Antikörper gegen die Modifikationen.<ref name="dreizehn">Zhu, J.; et al. (2013). "Genome-wide chromatin state transitions associated with developmental and environmental cues". Cell. 152 (3): 642–654. doi:10.1016/j.cell.2012.12.033. PMID 23333102.</ref>
DNA-Methylierung – Bisulfit-Seq über das ganze Genome, Reduced Representation Bisulfite-Seq (RRBS), Immunpräzipitations-Sequenzierung methylierter DNA (MeDIP-Seq) und methylierungssensitive Restriktionsenzym-Sequenzierung (MRE-Seq) bestimmen die DNA-Methylierung von Genombereichen mit unterschiedlicher Auflösung bis hin zum einzelnen Basenpaar.<ref name="vierzehn">Harris, R Alan; Wang, Ting; Coarfa, Cristian; Nagarajan, Raman P; Hong, Chibo; Downey, Sara L; et al. (September 19, 2010). Comparison of sequencing-based methods to profile DNA methylation and identification of monoallelic epigenetic modifications. Nature Biotechnology. 28 (10): 1097–1105. doi:10.1038/Fnbt.1682.</ref>
Chromatin-Zugänglichkeit – Das DNase I hypersensitive sites Sequencing (DNase-Seq) verwendet das DNase-I-Enzym, um offene bzw. zugängliche Bereiche im Genom zu finden.
Genexpression – RNA-Seq- und Expressions-Arrays bestimmen die Expressionshöhe von Protein-kodierenden Genen.
Small-RNA-Expression – smRNA-Seq identifiziert die Expression von kleiner, nicht-kodierender RNA, in erster Linie von miRNAs.

Referenz-Epigenome für den gesunden Menschen werden das zweite Ziel der Roadmap Epigenomics Projekt ermöglichen, nämlich die epigenomischen Unterschiede zu untersuchen, die bei Krankheitszuständen wie der Alzheimer-Krankheit auftreten.

Forschungsergebnisse

Im Dickdarm von Mäusen Ballaststoffe verdauende Bakterien beeinflussten das Epigenom: zu Fettsäuren abgebaute Polysaccharide (Mehrfachzucker) beeinflussten die Genaktivität und den Stoffwechsel der Mäuse; durch die gebildeten kurzkettigen Fettsäuren veränderte sich z. B. die Struktur der Histone, Proteine, welche die langen DNA-Fäden in Zellkernen zusammen halten.<ref>deutschlandfunk.de, Forschung aktuell, 24. November 2016: Auswirkungen von Ballaststoffen: „Esst Gemüse!“ (27. Dezember 2016)</ref>

Krebs

Epigenetik ist ein aktuelles Thema in der Krebsforschung. Menschliche Tumoren unterliegen einer umfassenden Störung der DNA-Methylierungs- und der Histon-Modifikationsmuster. Die anomale epigenetische Landschaft der Krebszelle ist von einer globalen genomischen Hypomethylierung, von Hypermethylierung der CpG-Insel-Promotoren von Tumorsuppressorgenen, von einem veränderten Histon-Code für kritische Gene und einem globalen Verlust von monoacetylierten und trimethyliertem Histon H4 gekennzeichnet.

Warnung

Der chirurgische Onkologe David Gorski und der Genetiker Adam Rutherford warnten vor der Darstellung und der Verbreitung von falschen und pseudowissenschaftlichen Schlussfolgerungen durch New-Age-Autoren wie Deepak Chopra und Bruce Lipton.<ref name="fuenfzehn">theguardian.com, 15. Juli 2015, Adam Rutherfort, Beware the pseudo gene genies</ref><ref name="sechzehn">David Gorski, 4, Februar 2013, sciencebasedmedicine.org: Epigenetics: It doesn’t mean what quacks think it means</ref> Solche Schlüsse seien den frühen Stadien der Epigenetik als Wissenschaft und der sie umgebenden Effekthascherei geschuldet.

Einzelnachweise