Ob und wie sowohl die RNA- als auch die Protein-kodierenden Abschnitte der DNA, die „klassischen“ Gene abgelesen werden, hängt von einem weiteren epigenetischen Mechanismus ab.

Histon-Modifikationen

	Chromatin und Nucleosome © MPG

Auch hier entscheiden „Schalter“ über die Aktivität der Gene. Doch während es sich bei der RNA-Interferenz um einen post-transkriptionellen Prozess handelt – das heißt, er findet statt, nachdem die genetischen Informationen abgelesen wurden – sind so genannte Histon-Modifikationen transkriptionelle Prozesse. Sie sind ein Bestandteil bei der Übertragung der genetischen Informationen.

Histone sind das „Verpackungsmaterial“ der DNA. Sie ist um diese Proteine herumgewickelt und wie auf einer Perlenschnur aufgereiht. Zu jeder „Perle“ – Nucleosom genannt – gehören acht Histonenproteine und 147 Basenpaare des doppelsträngigen DNA-Fadens. Dieser Mix aus DNA und Histonen ergänzt mit anderen Proteinen ergibt das Chromatin, das Material aus dem die Chromosomen bestehen.

Nur durch diesen Mechanismus kann die DNA zehntausendfach komprimiert werden. Der Nachteil: Die Gene sind sehr gut verpackt, manchmal sogar zu gut – die DNA ist so fest gewickelt, dass die Gene nicht ohne weiteres abgelesen werden können.

Lesezeichen im Chromatin
Um wichtige Stellen zu markieren, ist die DNA deshalb mit „Lesezeichen“ ausgestattet. Sie markieren, welche Abschnitte der DNA für bestimmte Aufgaben unentbehrlich sind. Diese molekularen „bookmarks“ hängen an den Proteinschwänzchen der Histone. Sie bestimmen die Eigenschaften des Chromatins, zum Beispiel auch, ob die Perlenschnur nur lose oder fester gewickelt ist.

	Blau gefärbtes Chromatin © GFDL

Molekulare Zusatz-Infos
So lockert eine so genannte Acetylierung die Chromatinstruktur, die „Perlenkette“ liegt dann als Euchromatin vor und die Gene werden an diesen Stellen lesbar. Der Grund dafür ist, dass die zusätzlich an die Histonschwänze angehängten Acetylgruppen deren positive Ladungen aufheben. Die negativ geladenen DNA-Moleküle werden dadurch nicht mehr ausreichend neutralisiert und die Struktur des Chromatins lockert sich.

Auch eine Phoshorylierung der Histonschwänze verändert durch zusätzliche negative Ladungen den Packungszustand des Chromatins und erleichtert so das Ablesen bestimmter DNA-Regionen. Eine Methylierung dagegen, das Anhängen von Methylgruppen, oder eine Reduktion der Acetylgruppen bewirkt eine höhere Packungsdichte des Chromatins. Die Gene dieses so genannten Heterochromatins sind unlesbar und bleiben somit „stumm“.

Epigenom tunt Genom
Wissenschaftler weltweit haben gerade erst begonnen, die Ursachen für die Mechanismen der Histon-Modifikationen zu verstehen. Fakt ist, dass vor allem die Kombination dieser molekularen Modifikationen eine Unmenge an Ausprägungen eines einzigen Genoms hervorbringen kann. Eine zweite Informationsebene entsteht: das Epigenom. Die chemischen Markierungen auf der „Histon-Verpackung“ sind also möglicherweise eine Art Code, der kontextabhängig ausgelesen wird und die Umsetzung der Erbinformation steuert.

Das Epigenom funktioniert demnach wie eine komplizierte Software, die das Genom zum Leben erweckt. Es entscheidet darüber welche Proteine entstehen, welche Funktionen eine Zelle übernimm und letztlich auchwelche Eigenschaften in Individuum besitzt.