La differenza chiave tra la metilazione del DNA e l'acetilazione dell'istone è che la metilazione del DNA si traduce in basi del DNA metilate che portano all'inattivazione del gene, mentre l'acetilazione dell'istone è una modifica delle proteine dell'istone associate alla struttura del nucleosoma.
Le modificazioni epigenetiche sono modifiche che determinano la regolazione dell'espressione genica senza causare alcun cambiamento nella sequenza nativa del DNA. A questo proposito, si verificano due principali modificazioni chimiche, la metilazione del DNA e la modifica dell'istone, che causano cambiamenti di orientamento nel DNA, portando all'attivazione o all'inattivazione dell'espressione genica.
Cos'è la metilazione del DNA?
La metilazione del DNA è una delle principali modificazioni epigenetiche che avvengono nelle cellule. Altera o regola l'espressione genica. In questo fenomeno, le basi del DNA vengono metilate con l'aiuto delle metiltransferasi. I gruppi metilici vengono trasferiti dalla S-adenosil metionina. La metilazione casuale delle basi del DNA porta all'inattivazione dell'espressione genica. Quando la metilazione del DNA avviene nelle regioni regolatorie del DNA come le sequenze del promotore, le isole CpG, gli elementi regolatori prossimali e distali, queste sequenze vengono modificate, portando alla perdita di funzione di quelle regioni regolatorie. Di conseguenza, i fattori di trascrizione non si legheranno come previsto e si verifica l'inattivazione o la downregulation dell'espressione genica a livello trascrizionale. Inoltre, queste modifiche del DNA ridurranno anche l'affinità della RNA polimerasi per rimanere stabile durante il processo di trascrizione.
Figura 01: metilazione del DNA
La metilazione del DNA o l'ipermetilazione delle regioni del DNA porta anche all'imprinting genomico, che è un processo importante per silenziare geni selezionati come metodo per regolare l'espressione dei geni. Le mutazioni attivano la metilazione del DNA nei geni. Anche fattori ambientali, stress, dieta, alcol e altri fattori esogeni attivano la metilazione del DNA. Ad esempio, un modello dietetico prolungato contenente un'elevata composizione di donatori di metile può portare all'iperattivazione della metilazione del DNA mentre un modello dietetico prolungato che costituisce concentrazioni molto basse di donatori di metile può portare alla demetilazione del DNA.
Cos'è l'acetilazione dell'istone?
La modifica dell'istone è un altro tipo di modificazione epigenetica che causa la regolazione genica. Ci sono molte diverse modificazioni chimiche che hanno luogo sulle diverse proteine istoniche associate alla formazione di nucleosomi durante l'organizzazione cromosomica degli eucarioti. Queste modifiche includono fosforilazione, acetilazione, metilazione, glicosilazione e ubiquitinazione.
Figura 02: Acetilazione dell'istone
L'acetilazione dell'istone è mediata dagli enzimi dell'acetil transferasi che acetilano i residui di amminoacidi di diverse subunità dell'istone. I residui dell'amminoacido lisina delle proteine istoniche vengono facilmente acetilati. Dopo l'acetilazione, avviene la decondensazione, producendo una struttura più aperta. Ciò consentirà al DNA di essere esposto di più per l'attivazione trascrizionale. Questo cambiamento di orientamento causato dalla decondensazione della struttura del nucleosoma consentirà all'RNA polimerasi e ai fattori di trascrizione di essere reclutati facilmente per iniziare la trascrizione. Al contrario, quando avviene la deacetilazione dell'istone, la struttura del nucleosoma subisce la condensazione, che impedirà l'attivazione della trascrizione.
Quali sono le somiglianze tra la metilazione del DNA e l'acetilazione dell'istone?
- Entrambe sono modificazioni epigenetiche che hanno luogo per regolare l'espressione genica.
- Entrambi si svolgono solo negli eucarioti.
- In entrambi gli scenari, inoltre, si verificano modificazioni chimiche a seguito di un'attività enzimatica.
- Fattori esogeni come ambiente, stress, dieta e alcol regolano entrambi i processi.
- Entrambi i processi non comporteranno alcuna modifica della sequenza del DNA.
- Questi processi hanno luogo nel nucleo.
Qual è la differenza tra la metilazione del DNA e l'acetilazione dell'istone?
La metilazione del DNA e l'acetilazione dell'istone sono entrambe modificazioni epigenetiche. Tuttavia, mentre la metilazione del DNA avviene a livello del DNA, l'acetilazione dell'istone è una modifica chimica covalente che avviene nelle proteine come modifica post-traduzionale delle proteine dell'istone. Quindi, questa è la differenza chiave tra la metilazione del DNA e l'acetilazione dell'istone. La metilazione del DNA inattiva la trascrizione inibendo l'inizio della trascrizione e riducendo la stabilità dell'RNA. Al contrario, l'acetilazione dell'istone porterà alla decondensazione del nucleosoma portando all'attivazione della trascrizione.
L'infografica qui sotto presenta le differenze tra la metilazione del DNA e l'acetilazione dell'istone in forma tabellare per un confronto fianco a fianco.
Riepilogo: metilazione del DNA e acetilazione dell'istone
Le modifiche epigenetiche sono essenziali per apportare molta diversità al percorso di espressione genica facilitando la regolazione in risposta alle fluttuazioni ambientali. La metilazione del DNA e l'acetilazione dell'istone sono due tipi principali di meccanismi epigenetici che inattivano e attivano rispettivamente l'espressione genica. Sebbene entrambi i meccanismi non modifichino la sequenza del DNA, partecipa alla creazione di cambiamenti orientativi del DNA che promuovono o inibiscono l'espressione genica. La metilazione del DNA provoca la modifica delle basi del DNA metilandole. Al contrario, l'acetilazione dell'istone è l'acetilazione di residui di amminoacidi selezionati, che portano alla cromatina decondensata. Questi meccanismi si attivano in risposta a stimoli e svolgono un ruolo importante nella regolazione dell'espressione di un particolare gene. Pertanto, questo riassume la differenza tra la metilazione del DNA e l'acetilazione dell'istone.
