DNMT - Methyl
Abbildung 1: A) DNA-Methyltransferasen (DNMT) katalysieren den Transfer einer Methylgruppe auf das Kohlenstoffatom 5 im Zytosinring. B) Bei der aktiven Demethylierung werden die Methylgruppen durch eine bisher unbekannte Enzymaktivität von der nichtreplizierenden DNA entfernt. Bei der DNA-Replikation entstehen hemimethylierte DNA-Moleküle, die zunächst nur im parentalen Strang methyliert sind. DNMT1 heftet neue Methylgruppen an die neusynthetisierte DNA an. In Abwesenheit von DNMT1 bleibt der neusynthetisierte DNA-Strang unmethyliert (passive Demethylierung).


Keywords: DNA,  DNMT,  Genetik,  Reproduktionsmedizin,  Schema

Reprogrammierte - geprägte Gene
Abbildung 2: Reprogrammierte und geprägte Gene. Homologe mütterliche und väterliche DNA-Sequenzen im diploiden somatischen Genom sind als rote bzw. blaue Linie dargestellt. Die Gene 1 und 2 sind im frühen Embryo reprogrammiert worden und zeigen identische DNA-Modifikationen auf beiden elterlichen Chromosomen. Gen 1 ist durch Methylierung stillgelegt; Gen 2 ist demethyliert und transkriptionell aktiv. Das geprägte Gen 3 wurde nicht reprogrammiert und zeigt elternspezifische DNA-Methylierung und Aktivität.


Keywords: Chromosom,  DNA,  Genetik,  Reproduktionsmedizin,  Schema

Demethylierung - Remethylierung
Abbildung 3: A) Schematische Darstellung der genomweiten Demethylierung und Remethylierung im frühen Mausembryo. Die Keimzellen, die bei der Befruchtung zusammenkommen, weisen unterschiedliche (rote und blaue) Methylierungsmuster in ihren genomischen DNA-Sequenzen auf. Das aus dem Spermium kommende väterliche Genom (blau) wird bereits unmittelbar nach der Befruchtung in der befruchteten Eizelle aktiv demethyliert. Das mütterliche Genom (rot) wird erst ab dem Zweizellstadium durch einen replikationsabhängigen Mechanismus demethyliert, wobei mit jeder DNA-Verdoppelung und Zellteilung die Hälfte der Methylierung in den mütterlichen DNA-Sequenzen verloren geht. Diese elternspezifische Demethylierung bedingt im frühen Embryo eine Genomasymmetrie. Im Morulastadium (der Maus) sind dann beide elterlichen Genome relativ gleichmäßig demethyliert und es werden neue somatische Methylierungsmuster (grün) gesetzt, die bis auf wenige Ausnahmen in beiden elterlichen Allelen identisch sind. Nach dieser Genomreprogrammierung sind die Keimbahnunterschiede zwischen väterlichen und mütterlichen DNA-Sequenzen weitgehend ausgelöscht und nur die wenigen geprägten Gene (gepunktete Linien) behalten ihre differentiellen Keimbahnmethylierungsmuster bei. B–D) Durch Immunfluoreszenzfärbung (mit einem FITC-konjugierten grünfluoreszierenden Anti-Methylzytosinantikörper) können normale und pathologische Methylierungsreprogrammierung im frühen Mausembryo direkt sichtbar gemacht werden. Die Kern-DNA ist mit DAPI (blau) gegengefärbt. Die Kerne eines normalen Zweizellembryos (B) zeigen eine bereits demethylierte väterliche und eine noch voll methylierte mütterliche Kernhälfte (Genomasymmetrie). Der noch nicht degradierte zweite Polkörper weist ebenfalls einen hohen Methylierungsgrad auf. Störungen des Reprogrammierungsprozesses können dazu führen, daß beide elterlichen Genome vorzeitig demethyliert werden (C) oder die Demethylierung vollständig ausbleibt (D). Embryonen mit ausschließlich männlichen (androgenetischen) oder ausschließlich weiblichen (gynogenetischen) Methylierungsmustern arretieren bereits in der Präimplantationsphase die Entwicklung.


Keywords: Demethylierung,  DNA,  Genetik,  Remethylierung,  Reproduktionsmedizin,  Schema