Kľúčový rozdiel medzi metyláciou DNA a acetyláciou histónu je ten, že výsledkom metylácie DNA sú metylované bázy DNA, ktoré vedú k inaktivácii génu, zatiaľ čo acetylácia histónu je modifikáciou histónových proteínov spojených so štruktúrou nukleozómov.
Epigenetické modifikácie sú modifikácie, ktoré vedú k regulácii génovej expresie bez toho, aby spôsobili akúkoľvek zmenu natívnej sekvencie DNA. V tomto ohľade sa uskutočňujú dve hlavné chemické modifikácie, metylácia DNA a modifikácia histónov, ktoré spôsobujú orientačné zmeny v DNA, čo vedie k aktivácii alebo inaktivácii génovej expresie.
Čo je metylácia DNA?
Metylácia DNA je hlavná epigenetická modifikácia, ktorá prebieha v bunkách. Mení alebo reguluje génovú expresiu. Pri tomto jave dochádza k metylácii báz DNA pomocou metyltransferáz. Metylové skupiny sú prenesené z S-adenozylmetionínu. Náhodná metylácia báz DNA vedie k inaktivácii génovej expresie. Keď metylácia DNA prebieha v regulačných oblastiach DNA, ako sú promótorové sekvencie, CpG ostrovčeky, proximálne a distálne regulačné elementy, tieto sekvencie sú modifikované, čo vedie k strate funkcie týchto regulačných oblastí. V dôsledku toho sa transkripčné faktory nebudú viazať podľa očakávania a dôjde k inaktivácii alebo zníženiu expresie génu na transkripčnej úrovni. Okrem toho tieto modifikácie DNA tiež znížia afinitu RNA polymerázy, aby zostala stabilná počas procesu transkripcie.
Obrázok 01: Metylácia DNA
Metylácia DNA alebo hypermetylácia oblastí DNA tiež vedie ku genómovému imprintingu, čo je dôležitý proces pri umlčaní vybraných génov ako metóda regulácie expresie génov. Mutácie aktivujú metyláciu DNA v génoch. Environmentálne faktory, stres, strava, alkohol a ďalšie exogénne faktory tiež aktivujú metyláciu DNA. Napríklad predĺžený stravovací režim obsahujúci vysoké zloženie metylových donorov môže viesť k hyperaktivácii metylácie DNA, zatiaľ čo predĺžený stravovací režim tvoriaci veľmi nízke koncentrácie metylových donorov môže viesť k demetylácii DNA.
Čo je acetylácia histónu?
Histónová modifikácia je ďalším typom epigenetickej modifikácie, ktorá spôsobuje génovú reguláciu. Existuje mnoho rôznych chemických modifikácií, ktoré prebiehajú na rôznych histónových proteínoch spojených s tvorbou nukleozómov počas chromozomálnej organizácie eukaryotov. Tieto modifikácie zahŕňajú fosforyláciu, acetyláciu, metyláciu, glykozyláciu a ubikvitináciu.
Obrázok 02: Acetylácia histónu
Acetylácia histónov je sprostredkovaná acetyltransferázovými enzýmami, ktoré acetylujú aminokyselinové zvyšky rôznych histónových podjednotiek. Lyzínové aminokyselinové zvyšky histónových proteínov sa ľahko acetylujú. Po acetylácii dochádza k dekondenzácii, čím vzniká otvorenejšia štruktúra. To umožní, aby bola DNA viac vystavená transkripčnej aktivácii. Táto orientačná zmena spôsobená dekondenzáciou nukleozómovej štruktúry umožní, aby sa RNA polymeráza a transkripčné faktory ľahko získali na iniciáciu transkripcie. Na rozdiel od toho, keď dôjde k deacetylácii histónu, štruktúra nukleozómu podstúpi kondenzáciu, ktorá zabráni aktivácii transkripcie.
Aké sú podobnosti medzi metyláciou DNA a acetyláciou histónu?
- Obe sú epigenetické modifikácie, ktoré sa uskutočňujú s cieľom regulovať expresiu génov.
- Obaja prebiehajú iba v eukaryotoch.
- Navyše, chemické modifikácie ako výsledok enzymatickej aktivity prebiehajú v oboch scenároch.
- Exogénne faktory ako prostredie, stres, strava a alkohol regulujú oba procesy.
- Oba procesy nebudú mať za následok žiadnu zmenu sekvencie DNA.
- Tieto procesy prebiehajú v jadre.
Aký je rozdiel medzi metyláciou DNA a acetyláciou histónu?
Metylácia DNA a acetylácia histónu sú obe epigenetické modifikácie. Kým však metylácia DNA prebieha na úrovni DNA, acetylácia histónu je chemická kovalentná modifikácia prebiehajúca v proteínoch ako posttranslačná modifikácia histónových proteínov. Toto je kľúčový rozdiel medzi metyláciou DNA a acetyláciou histónu. Metylácia DNA inaktivuje transkripciu, pričom inhibuje iniciáciu transkripcie a znižuje stabilitu RNA. Naproti tomu acetylácia histónov povedie k dekondenzácii nukleozómu, čo vedie k aktivácii transkripcie.
Nižšie uvedená infografika predstavuje rozdiely medzi metyláciou DNA a acetyláciou histónu v tabuľkovej forme na porovnanie vedľa seba.
Súhrn – metylácia DNA vs acetylácia histónu
Epigenetické modifikácie sú nevyhnutné na vnesenie veľkej rozmanitosti do dráhy génovej expresie uľahčením regulácie v reakcii na výkyvy prostredia. Metylácia DNA a acetylácia histónu sú dva hlavné typy epigenetických mechanizmov, ktoré inaktivujú a aktivujú génovú expresiu. Zatiaľ čo oba mechanizmy nemenia sekvenciu DNA, podieľa sa na vytváraní orientačných zmien DNA, ktoré buď podporujú alebo inhibujú génovú expresiu. Výsledkom metylácie DNA je modifikácia báz DNA ich metyláciou. Naproti tomu acetylácia histónu je acetylácia vybraných aminokyselinových zvyškov, čo vedie k dekondenzovanému chromatínu. Tieto mechanizmy sa aktivujú v reakcii na podnety a hrajú dôležitú úlohu pri regulácii expresie konkrétneho génu. Toto sumarizuje rozdiel medzi metyláciou DNA a acetyláciou histónu.
