Epigenetik für Fortgeschrittene. Die umfassendste Erforschung der praktischen, sozialen und ethischen Auswirkungen der DNA auf unsere Gesellschaft und unsere Welt
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Epigenetik für Fortgeschrittene. Die umfassendste Erforschung der praktischen, sozialen und ethischen Auswirkungen der DNA auf unsere Gesellschaft und unsere Welt - Friedrich Zimmermann
Table of Contents
Erstes Kapitel
Über Epigenetik
Entwicklungspsychologie
Molekulare Basis
DNA-Schäden
Techniken zur Untersuchung der Epigenetik
Funktionen und Folgen
Epigenetische Vorteile von Achtsamkeitstraining, gesunder Ernährung und körperlicher Bewegung
Zweites Kapitel
Wie steuern die Gene das Wachstum und die Teilung von Zellen?
Wie geben Genetiker den Standort eines Gens an?
Zytogenetischer Standort
Molekularer Standort
Können Gene in Zellen an- und abgeschaltet werden?
Wie steuern die Gene die Produktion von Proteinen?
Drittes Kapitel
Epigenetische Therapie
Diabetische Retinopathie
Furcht, Ängste und Traumata
Kardiale Dysfunktion
Krebs
Schizophrenie
Medizin
Psychologie und Psychiatrie
Forschung zur Epigenetik in der Psychologie
Kognition
Psychopathologie und psychische Gesundheit
Viertes Kapitel
Computergestützte Epigenetik
Anwendungen von epigenetischem Krebs
Beitrag der epigenetischen Veränderungen zur Evolution
In Pflanzen
Bei Tieren
Die Rolle in der Evolution
Fünftes Kapitel
Verhaltensepigenetik
Grundlegende Prozesse und Mechanismen
Epigenetik, intergenerationale Trägheit und menschliche Anpassung
Epigenetische Mechanismen bei der Gedächtnisbildung
Chromatin-modifizierende Enzyme im Langzeitgedächtnis
Signal- und epigenetische Mechanismen bei der stressbedingten Gedächtnisbildung
Veränderungen der DNA-Methylierung, Wachstumsbeschränkung und neurologisches Verhalten von Säuglingen
Epigenetische Veränderungen und Kokainexposition in utero
Epigenetische Programmierung durch mütterliche Pflege
Sechstes Kapitel
Chemische Umweltbelastungen und menschliche Epigenetik
DNA-Methylierung
Histon-Modifikationen
Umweltschadstoffe und epigenetische Veränderungen
Epigenetik und entwicklungsbedingte Ursprünge von Gesundheit und Krankheit
Kapitel Sieben
Synthetisches genetisches Array
Epigenetik von neurodegenerativen Krankheiten
Epigenetik und epigenetische Arzneimittel
Neurodegenerative Erkrankungen der Motoneuronen
Epigenetik der menschlichen Entwicklung
Hox-Gen-Regulierung
Epigenetik der körperlichen Betätigung
Achtes Kapitel
Genexpressionsstudien bei IPF
Die Rolle von Umwelteinflüssen in der Pathophysiologie der IPF
Modulation epigenetischer Markierungen durch Umwelteinflüsse
Die Rolle der epigenetischen Regulierung des Immunsystems
Epigenetik für Fortgeschrittene
Die umfassendste Erforschung der praktischen, sozialen und ethischen Auswirkungen der DNA auf unsere Gesellschaft und unsere Welt
Friedrich Zimmermann
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Erstes Kapitel
Über Epigenetik
In der Biologie ist die Epigenetik die Lehre von den vererbbaren Veränderungen des Phänotyps, die nicht mit Veränderungen der DNA-Sequenz einhergehen. Die griechische Vorsilbe epi- über, außerhalb, um) in der Epigenetik impliziert Merkmale, die
über oder
zusätzlich" zu der traditionellen genetischen Grundlage für die Vererbung sind. Die Epigenetik bezieht sich meist auf Veränderungen, die sich auf die Genaktivität und -expression auswirken, aber der Begriff kann auch zur Beschreibung jeder vererbbaren phänotypischen Veränderung verwendet werden. Solche Auswirkungen auf zelluläre und physiologische phänotypische Merkmale können von externen oder Umweltfaktoren herrühren oder Teil der normalen Entwicklung sein. Nach der Standarddefinition der Epigenetik müssen diese Veränderungen in den Nachkommen von Zellen oder Organismen vererbbar sein.
Der Begriff bezieht sich auch auf die Veränderungen selbst: funktionell relevante Veränderungen des Genoms, die nicht mit einer Veränderung der Nukleotidsequenz einhergehen. Beispiele für Mechanismen, die solche Veränderungen bewirken, sind die DNA-Methylierung und die Histonmodifikation, die jeweils die Expression von Genen verändern, ohne die zugrunde liegende DNA-Sequenz zu verändern. Die Genexpression kann durch die Wirkung von Repressorproteinen kontrolliert werden, die sich an Silencer-Regionen der DNA anlagern. Diese epigenetischen Veränderungen können über Zellteilungen hinweg für die Dauer des Lebens der Zelle und auch über mehrere Generationen andauern, obwohl sie keine Veränderungen der zugrunde liegenden DNA-Sequenz des Organismus beinhalten; stattdessen bewirken nicht-genetische Faktoren, dass sich die Gene des Organismus anders verhalten (oder sich anders ausdrücken
).
Ein Beispiel für eine epigenetische Veränderung in der eukaryontischen Biologie ist der Prozess der zellulären Differenzierung. Während der Morphogenese werden aus totipotenten Stammzellen die verschiedenen pluripotenten Zelllinien des Embryos, die sich wiederum zu vollständig differenzierten Zellen entwickeln. Mit anderen Worten: Während sich eine einzige befruchtete Eizelle - die Zygote - weiter teilt, verwandeln sich die entstehenden Tochterzellen in alle verschiedenen Zelltypen eines Organismus, einschließlich Neuronen, Muskelzellen, Epithel, Endothel der Blutgefäße usw., indem einige Gene aktiviert und die Expression anderer gehemmt werden.
In der Vergangenheit wurden auch einige Phänomene, die nicht unbedingt vererbbar sind, als epigenetisch bezeichnet. So wurde beispielsweise der Begriff epigenetisch
zur Beschreibung jeglicher Veränderung von Chromosomenregionen, insbesondere von Histonmodifikationen, verwendet, unabhängig davon, ob diese Veränderungen vererbbar sind oder mit einem Phänotyp in Verbindung stehen. Die Konsensdefinition verlangt nun, dass ein Merkmal vererbbar sein muss, damit es als epigenetisch angesehen werden kann.
Der Begriff Epigenetik in seiner heutigen Verwendung entstand in den 1990er Jahren, wird aber seit einigen Jahren mit etwas unterschiedlichen Bedeutungen verwendet. Auf einer Tagung in Cold Spring Harbor im Jahr 2008 wurde eine einheitliche Definition des Konzepts epigenetischer Merkmale als stabil vererbbarer Phänotyp, der sich aus Veränderungen in einem Chromosom ohne Veränderungen in der DNA-Sequenz ergibt
formuliert, obwohl alternative Definitionen, die nicht vererbbare Merkmale einschließen, immer noch verwendet werden.
Der Begriff Epigenese hat die allgemeine Bedeutung von extra growth
und wird im Englischen seit dem 17.
Entwicklungspsychologie
In einem etwas anderen Kontext als in den biologischen Wissenschaften wird der Begriff epigenetisch
in der Entwicklungspsychologie häufig verwendet, um psychologisches Wachstum als Produkt einer konstanten, bidirektionalen Interaktion zwischen Vererbung und Umwelt zu definieren. Interaktive Theorien über die Schöpfung wurden im 19. und 20. Jahrhundert auf vielfältige Weise und unter verschiedenen Titeln erforscht. Eine frühe Version, die zu den Gründungserklärungen der Embryologie gehört, wurde von Karl Ernst von Baer vorgeschlagen und von Ernst Haeckel popularisiert. Paul Wintrebert hat einen progressiven epigenetischen Traum entwickelt (physiologische Epigenese). Eine andere Form, die probabilistische Epigenese, wurde 2003 von Gilbert Gottlieb beschrieben. Diese Perspektive umfasst alle potenziellen evolutionären Auswirkungen auf den Organismus und wie sie nicht nur den Organismus und einander beeinflussen, sondern auch, wie der Organismus sein eigenes Wachstum beeinflusst.
Erik Erik Erikson, ein Entwicklungspsychologe, schrieb über das epigenetische Konzept in seinem 1968 erschienenen Buch Identity: Youth and Crisis (Jugend und Krise), das die Idee beinhaltet, dass wir uns in der Entwicklung unserer Persönlichkeit in festgelegten Phasen entwickeln und dass unsere Atmosphäre und die uns umgebende Gesellschaft beeinflussen, wie wir diese Phasen durchlaufen. Diese biologische Entwicklung in Bezug auf unser soziokulturelles Umfeld findet auf der Ebene der psychosozialen Progression statt, wobei
der Fortschritt auf jeder Stufe teilweise durch unsere Leistung oder unseren mangelnden Erfolg auf allen vorangegangenen Stufen bestimmt wird". Obwohl empirische Experimente zu unterschiedlichen Ergebnissen geführt haben, wird angenommen, dass epigenetische Veränderungen ein biologischer Auslöser für transgenerationale Traumata sind.
Molekulare Basis
Epigenetische Veränderungen wirken sich auf die Funktion anderer Gene aus, aber nicht auf die DNA-Gencodekette. Die Mikrostruktur (nicht der Code) der DNA selbst oder der zugehörigen Chromatinproteine kann verändert werden, was zu einer Aktivierung oder Abschaltung führt. Dieser Prozess ermöglicht es segregierten Zellen in einem multizellulären Organismus, nur die für ihre eigene Aktivität erforderlichen Gene zu produzieren. Epigenetische Veränderungen bleiben erhalten, wenn sich die Zellen trennen. Einige epigenetische Veränderungen entstehen nur während der Lebensspanne eines erwachsenen Organismus; dennoch können diese epigenetischen Veränderungen durch einen Mechanismus, der als transgenerationale epigenetische Vererbung bezeichnet wird, an die Nachkommen des Organismus weitergegeben werden. Wenn eine Geninaktivierung in einem Spermium oder einer Eizelle stattfindet, die zur Befruchtung führt, kann diese epigenetische Veränderung oft an die nächste Generation weitergegeben werden.
Zu den verschiedenen epigenetischen Mechanismen gehören Paramuting, Bookmarking, Imprinting, Gen-Silencing, X-Chromosom-Inaktivierung, Positionierungseinfluss, Reprogrammierung der DNA-Methylierung, Transvektion, mütterliche Ergebnisse, Förderung der Karzinogenese, eine breite Palette teratogener Effekte, Histon- und Heterochromatin-Kontrolle sowie technologische Zwänge bei der Parthenogenese und beim Klonen.
DNA-Schäden
DNA-Schäden können auch epigenetische Veränderungen hervorrufen.[25][26][27] DNA-Schäden sind ganz normal und treten durchschnittlich etwa 60 000 Mal pro Tag und menschlicher Körperzelle auf (siehe DNA-Schäden (natürlich vorkommend)). Diese Schäden werden in den meisten Fällen behoben, doch können epigenetische Veränderungen an der DNA-Reparaturstelle zurückbleiben. Insbesondere eine doppelsträngige DNA-Spaltung führt zu einem unprogrammierten epigenetischen Gen-Silencing, indem sie sowohl eine DNA-Methylierung induziert als auch das Silencing von Histon-Veränderungsformen erleichtert (Chromatin-Remodeling - siehe nächster Abschnitt). Darüber hinaus reichern sich das Enzym Parp1 (Poly(ADP)-Ribose-Polymerase) und seine Komponente Poly(ADP)-Ribose (PAR) im