Kurz gesagt: Epigenetische Mechanismen verändern, wie stark ein Gen abgelesen wird, ohne die Basensequenz zu verändern. Die wichtigsten sind die Methylierung von Cytosinen in CpG-Abschnitten, die Gene meist stilllegt, und Histonmodifikationen wie die Acetylierung, die Chromatin öffnet. Genomische Prägung, das Imprinting, sorgt dafür, dass bestimmte Gene nur vom mütterlichen oder nur vom väterlichen Allel aktiv sind. Das erklärt Prader-Willi- und Angelman-Syndrom.
Alle Zellen eines Menschen tragen fast dieselbe DNA, und trotzdem unterscheiden sich Leberzelle, Neuron und Lymphozyt grundlegend. Der Grund ist unterschiedliche Genexpression, und ein Teil davon ist epigenetisch festgelegt. In Prüfungen kommt das Thema in drei Formen vor: als Mechanismus der Genregulation, als Imprinting-Erkrankung und als Veränderung in Tumoren.
| Mechanismus | Was passiert | Folge für die Genaktivität |
|---|---|---|
| DNA-Methylierung | Methyltransferasen hängen eine Methylgruppe an Cytosin, vor allem in CpG-Dinukleotiden | Methylierte Promotoren werden meist stillgelegt |
| Histonacetylierung | Acetyltransferasen neutralisieren positive Ladungen an Lysinresten | Chromatin lockert sich, Transkription wird erleichtert |
| Histondeacetylierung | Deacetylasen entfernen die Acetylgruppen | Chromatin verdichtet sich, Gene werden stiller |
| Histonmethylierung | Methylgruppen an bestimmten Lysinen oder Argininen | Je nach Position aktivierend oder hemmend |
| Nichtcodierende RNAs | Etwa XIST-RNA bei der X-Inaktivierung | Stilllegung ganzer Chromosomenabschnitte |
Das verbindende Bild ist das Chromatin. Euchromatin ist eher zugänglich, Heterochromatin eher verdichtet. Epigenetische Markierungen bestimmen mit, welche Abschnitte für Transkriptionsfaktoren und RNA-Polymerase erreichbar sind. Offen und geschlossen sind dabei dynamische Zustände, keine festen Eigenschaften eines Gens.
Für die meisten Gene sind beide Allele aktiv. Bei einer kleinen Gruppe von Genen wird in der Keimbahn jedoch abhängig vom Geschlecht des Elternteils eine Markierung gesetzt, meist über Methylierung. Danach ist im Kind nur das mütterliche oder nur das väterliche Allel aktiv. Geht die einzige aktive Kopie verloren, fehlt das Genprodukt, obwohl auf dem anderen Chromosom eine intakte, aber stillgelegte Kopie liegt.
Am bekanntesten ist die Region 15q11-q13. Fehlt die väterliche Region, entsteht das Prader-Willi-Syndrom mit muskulärer Hypotonie im Säuglingsalter, später Hyperphagie und Adipositas, Kleinwuchs und Hypogonadismus. Fehlt die mütterliche Region, besonders die Funktion des UBE3A-Gens, entsteht das Angelman-Syndrom mit schwerer Entwicklungsstörung, fehlender Sprache, Ataxie, Krampfanfällen und häufigem Lachen.
Merkhilfe für die Kreuzfalle
Prader-Willi: Paternale Region fehlt (P zu P). Angelman: das mütterliche Allel fehlt. Die uniparentale Disomie stammt jeweils vom anderen Elternteil, also mütterliche Disomie bei Prader-Willi und väterliche bei Angelman.
Tumorzellen verändern ihr Methylierungsmuster häufig. Promotoren von Tumorsuppressorgenen können hypermethyliert und damit stillgelegt sein, ohne dass die Sequenz mutiert ist. Ein Beispiel ist die Methylierung des MLH1-Promotors bei einem Teil der sporadischen kolorektalen Karzinome mit Mikrosatelliteninstabilität. Diese Unterscheidung ist klinisch wichtig, weil eine Promotormethylierung eher gegen ein erbliches Lynch-Syndrom spricht. Daneben gibt es Medikamente, die gezielt an der Methylierung oder an Histondeacetylasen ansetzen; für die Vorklinik reicht das Wirkprinzip.
Innerhalb eines Organismus werden epigenetische Muster bei der Zellteilung an Tochterzellen weitergegeben, sonst würde eine Leberzelle nach der Teilung nicht Leberzelle bleiben. Zwischen Generationen werden die meisten Markierungen in der Keimbahn und im frühen Embryo dagegen weitgehend gelöscht und neu gesetzt. Die Prägungsmarkierungen sind eine gezielte Ausnahme. Aussagen, dass jede Umwelterfahrung epigenetisch an Kinder vererbt werde, gehen über die gesicherte Datenlage beim Menschen hinaus.
Lernheft 13
Chromatin, Epigenetik und Genregulation im Zusammenhang mit Erbgängen und Befunden.
29,90 €
Lernheft ansehenDie Regulation der Genaktivität über Markierungen an DNA und Histonen, ohne dass sich die Basensequenz ändert.
Methylierte CpG-Abschnitte in Promotoren führen meist zur Stilllegung des Gens.
Sie neutralisiert positive Ladungen, lockert die Bindung zwischen Histonen und DNA und erleichtert damit die Transkription.
Beide betreffen die Region 15q11-q13. Beim Prader-Willi-Syndrom fehlen die väterlich aktiven Gene, beim Angelman-Syndrom die mütterlich aktive Funktion von UBE3A.
Ja. Zelltypische epigenetische und regulatorische Programme sorgen dafür, dass Zellen mit identischer DNA verschiedene Gene nutzen.
Wenn du Genregulation und Erbgänge mit Fallfragen festigen willst.
29,90 €
Lernheft ansehenWenn Zellbiologie und Humangenetik für das Physikum dazukommen sollen.
29,90 €
Biologie-Kurs ansehenWenn du epigenetische Veränderungen in Tumoren klinisch einordnen willst.
19,90 €
Pathologie-Kurs ansehenMedizin Helden ist ein unabhängiges Lernangebot und steht in keiner Verbindung zum IMPP oder zu den Landesprüfungsämtern. Alle Angaben sind sorgfältig geprüft (Stand: November 2026), aber ohne Gewähr. Verbindlich sind die Veröffentlichungen des IMPP, die Approbationsordnung und die Auskünfte deiner Fakultät oder deines Landesprüfungsamts.
