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Haaf T
Epigenetische Genomreprogrammierung in der Keimbahn und im frühen Embryo: Implikationen für die Reproduktionsmedizin
Demethylierung - Remethylierung
Journal für Reproduktionsmedizin und Endokrinologie - Journal of Reproductive Medicine and Endocrinology 2006; 3 (3): 136-140
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,
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