Η βασική διαφορά μεταξύ μεθυλίωσης DNA και ακετυλίωσης ιστόνης είναι ότι η μεθυλίωση του DNA έχει ως αποτέλεσμα μεθυλιωμένες βάσεις DNA που οδηγούν σε γονιδιακή απενεργοποίηση, ενώ η ακετυλίωση ιστόνης είναι μια τροποποίηση των πρωτεϊνών ιστόνης που σχετίζονται με τη δομή του νουκλεοσώματος.
Οι επιγενετικές τροποποιήσεις είναι τροποποιήσεις που έχουν ως αποτέλεσμα τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης χωρίς να προκαλούν καμία αλλαγή στη φυσική αλληλουχία του DNA. Από αυτή την άποψη, δύο κύριες χημικές τροποποιήσεις, η μεθυλίωση του DNA και η τροποποίηση ιστόνης, λαμβάνουν χώρα για να προκαλέσουν αλλαγές προσανατολισμού στο DNA, οδηγώντας σε ενεργοποίηση ή αδρανοποίηση της γονιδιακής έκφρασης.
Τι είναι η μεθυλίωση DNA;
Η μεθυλίωση DNA είναι μια κύρια επιγενετική τροποποίηση που λαμβάνει χώρα στα κύτταρα. Μεταβάλλει ή ρυθμίζει την έκφραση των γονιδίων. Σε αυτό το φαινόμενο, οι βάσεις του DNA μεθυλιώνονται με τη βοήθεια μεθυλοτρανσφερασών. Οι μεθυλομάδες μεταφέρονται από S-αδενοσυλ μεθειονίνη. Η τυχαία μεθυλίωση των βάσεων του DNA οδηγεί στην αδρανοποίηση της γονιδιακής έκφρασης. Όταν η μεθυλίωση του DNA λαμβάνει χώρα σε ρυθμιστικές περιοχές του DNA όπως οι αλληλουχίες προαγωγέα, νησίδες CpG, εγγύς και απομακρυσμένα ρυθμιστικά στοιχεία, αυτές οι αλληλουχίες τροποποιούνται, οδηγώντας στην απώλεια της λειτουργίας αυτών των ρυθμιστικών περιοχών. Ως αποτέλεσμα, οι παράγοντες μεταγραφής δεν θα δεσμεύονται όπως αναμενόταν και λαμβάνει χώρα η αδρανοποίηση ή η μείωση της γονιδιακής έκφρασης σε μεταγραφικό επίπεδο. Επιπλέον, αυτές οι τροποποιήσεις του DNA θα μειώσουν επίσης τη συγγένεια της RNA πολυμεράσης να παραμείνει σταθερή κατά τη διαδικασία της μεταγραφής.
Εικόνα 01: Μεθυλίωση DNA
Η μεθυλίωση του DNA ή η υπερ-μεθυλίωση περιοχών DNA οδηγεί επίσης σε γονιδιωματική αποτύπωση, η οποία είναι μια σημαντική διαδικασία στη σίγαση επιλεγμένων γονιδίων ως μέθοδος ρύθμισης της έκφρασης των γονιδίων. Οι μεταλλάξεις ενεργοποιούν τη μεθυλίωση του DNA στα γονίδια. Περιβαλλοντικοί παράγοντες, το στρες, η διατροφή, το αλκοόλ και άλλοι εξωγενείς παράγοντες ενεργοποιούν επίσης τη μεθυλίωση του DNA. Για παράδειγμα, ένα παρατεταμένο διατροφικό πρότυπο που περιέχει υψηλή σύνθεση δοτών μεθυλίου μπορεί να οδηγήσει στην υπερ-ενεργοποίηση της μεθυλίωσης του DNA, ενώ ένα παρατεταμένο διατροφικό πρότυπο που συνιστά πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις δοτών μεθυλίου μπορεί να οδηγήσει σε απομεθυλίωση του DNA.
Τι είναι η ακετυλίωση ιστόνης;
Η τροποποίηση ιστόνης είναι ένας άλλος τύπος επιγενετικής τροποποίησης που προκαλεί γονιδιακή ρύθμιση. Υπάρχουν πολλές διαφορετικές χημικές τροποποιήσεις που λαμβάνουν χώρα στις διαφορετικές πρωτεΐνες ιστόνης που σχετίζονται με το σχηματισμό νουκλεοσωμάτων κατά τη διάρκεια της χρωμοσωμικής οργάνωσης των ευκαρυωτών. Αυτές οι τροποποιήσεις περιλαμβάνουν φωσφορυλίωση, ακετυλίωση, μεθυλίωση, γλυκοζυλίωση και ουβικιτινίωση.
Εικόνα 02: Ακετυλίωση ιστόνης
Η ακετυλίωση ιστόνης προκαλείται από ένζυμα ακετυλ τρανσφεράσης που ακετυλιώνουν υπολείμματα αμινοξέων διαφορετικών υπομονάδων ιστόνης. Τα υπολείμματα αμινοξέων λυσίνης των πρωτεϊνών ιστόνης ακετυλιώνονται εύκολα. Μετά την ακετυλίωση, λαμβάνει χώρα αποσυμπύκνωση, δημιουργώντας μια πιο ανοιχτή δομή. Αυτό θα επιτρέψει στο DNA να εκτεθεί περισσότερο για τη μεταγραφική ενεργοποίηση. Αυτή η αλλαγή προσανατολισμού που προκαλείται από την αποσυμπύκνωση της δομής του νουκλεοσώματος θα επιτρέψει την εύκολη στρατολόγηση της RNA πολυμεράσης και των παραγόντων μεταγραφής για την έναρξη της μεταγραφής. Αντίθετα, όταν λαμβάνει χώρα αποακετυλίωση ιστόνης, η δομή του νουκλεοσώματος υφίσταται συμπύκνωση, η οποία θα αποτρέψει την ενεργοποίηση της μεταγραφής.
Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ της μεθυλίωσης του DNA και της ακετυλίωσης ιστόνης;
- Και οι δύο είναι επιγενετικές τροποποιήσεις που λαμβάνουν χώρα για τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης.
- Και τα δύο λαμβάνουν χώρα μόνο σε ευκαρυώτες.
- Επιπλέον, χημικές τροποποιήσεις ως αποτέλεσμα μιας ενζυμικής δραστηριότητας λαμβάνουν χώρα και στα δύο σενάρια.
- Εξωγενείς παράγοντες όπως το περιβάλλον, το στρες, η διατροφή και το αλκοόλ ρυθμίζουν και τις δύο διαδικασίες.
- Και οι δύο διαδικασίες δεν θα οδηγήσουν σε καμία αλλαγή αλληλουχίας DNA.
- Αυτές οι διεργασίες λαμβάνουν χώρα στον πυρήνα.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ μεθυλίωσης DNA και ακετυλίωσης ιστόνης;
Η μεθυλίωση του DNA και η ακετυλίωση ιστόνης είναι και οι δύο επιγενετικές τροποποιήσεις. Ωστόσο, ενώ η μεθυλίωση του DNA λαμβάνει χώρα σε επίπεδο DNA, η ακετυλίωση ιστόνης είναι μια χημική ομοιοπολική τροποποίηση που λαμβάνει χώρα στις πρωτεΐνες ως μετα-μεταφραστική τροποποίηση των πρωτεϊνών ιστόνης. Έτσι, αυτή είναι η βασική διαφορά μεταξύ της μεθυλίωσης του DNA και της ακετυλίωσης ιστόνης. Η μεθυλίωση του DNA απενεργοποιεί τη μεταγραφή ενώ αναστέλλει την έναρξη της μεταγραφής και μειώνει τη σταθερότητα του RNA. Αντίθετα, η ακετυλίωση ιστόνης θα οδηγήσει σε αποσυμπύκνωση του νουκλεοσώματος που οδηγεί στην ενεργοποίηση της μεταγραφής.
Το παρακάτω infographic παρουσιάζει τις διαφορές μεταξύ μεθυλίωσης DNA και ακετυλίωσης ιστόνης σε μορφή πίνακα για σύγκριση δίπλα-δίπλα.
Σύνοψη – Μεθυλίωση DNA έναντι ακετυλίωσης ιστόνης
Οι επιγενετικές τροποποιήσεις είναι απαραίτητες για να φέρουν μεγάλη ποικιλομορφία στην οδό έκφρασης των γονιδίων διευκολύνοντας τη ρύθμιση ως απόκριση στις περιβαλλοντικές διακυμάνσεις. Η μεθυλίωση του DNA και η ακετυλίωση ιστόνης είναι δύο κύριοι τύποι επιγενετικών μηχανισμών που αδρανοποιούν και ενεργοποιούν την γονιδιακή έκφραση, αντίστοιχα. Ενώ και οι δύο μηχανισμοί δεν αλλάζουν την αλληλουχία του DNA, συμμετέχει στη δημιουργία αλλαγών προσανατολισμού του DNA που είτε προάγουν είτε αναστέλλουν τη γονιδιακή έκφραση. Η μεθυλίωση του DNA έχει ως αποτέλεσμα την τροποποίηση των βάσεων του DNA με τη μεθυλίωση τους. Αντίθετα, η ακετυλίωση ιστόνης είναι η ακετυλίωση επιλεγμένων υπολειμμάτων αμινοξέων, που οδηγεί σε αποσυμπυκνωμένη χρωματίνη. Αυτοί οι μηχανισμοί ενεργοποιούνται ως απόκριση σε ερεθίσματα και παίζουν σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της έκφρασης ενός συγκεκριμένου γονιδίου. Έτσι, αυτό συνοψίζει τη διαφορά μεταξύ μεθυλίωσης DNA και ακετυλίωσης ιστόνης.
