DNA i en menneskecelle er tett pakket sammen, og kjernen i epigenetikk er at aktiviteten til genene reguleres ved at pakkingen av DNA endres. DNA kveiler seg rundt et proteinkompleks bestående av åtte histonproteiner, fire ulike histoner (H2A, H2B, H3 og H4) med to av hver som til sammen danner en oktamer. Dette er den minste pakkeenheten og kalles et nukleosom. DNA kveiler seg to og en halv ganger rundt nukleosomet, til sammen 146 basepar. Pakkingen av DNA rundt histonene beskytter DNA for mekanisk skade, samtidig som graden av pakking bestemmer aktiviteten til genet. Graden av pakking bestemmes blant annet av epigenetikk. For at et gen skal være aktivt, må enzymene, som skal avlese informasjonen i DNA, inkludert RNA-polymerasen med hele sitt maskineri, få tilgang på DNA-tråden. Hvis DNA er åpent og tilgjengelig, er genet aktivt. Selv om DNA er aktivt, er arvestoffet fremdeles pakket rundt histonene, men har en løsere struktur. Dersom DNA er tett pakket får ikke enzymene tilgang, og genet er inaktivt.
Teksten fortsetter under illustrasjonen.
De kjemiske gruppene som er de epigenetiske merkelappene, kan enten feste seg på selve DNA-tråden, eller til endene på histonene som stikker ut. Den mest kjente kjemiske gruppen er en metylgruppe, som får DNA til å pakkes tett sammen. Metylering får dermed genene til å inaktiveres. Metylgrupper fester seg hovedsakelig til deler av genet som har mange C og G baser, slike deler av DNA kalles «CpG-øyer». CpG-øyer finnes særlig i promotorområdet til genet, men metylgrupper kan også feste seg i selve genet eller i andre regulatoriske sekvenser. Andre eksempler på kjemiske grupper er acetylgrupper, som får DNA-strukturen til å åpne seg og dermed aktiviserer gener.
Det er et stort, komplekst apparat med flere grupper enzymer som er involvert i påsetting, registrering og fjerning av de kjemiske gruppene (fig 1). Som en metafor på prosessen kan man tenke seg at enzymene som setter på de kjemiske gruppene virker enten som kulepenner eller blyanter. Kulepennene påsetter kjemiske grupper som blir sittende fast og kan være tilstede gjennom hele livet. Hvis det skjer i kjønnscellene kan den epigenetiske modifikasjonen overføres til neste generasjon. Enzymene som virker som blyanter påsetter de kjemiske gruppene slik at de lett kan fjernes igjen, og de kjemiske gruppene kan dermed viskes bort etter bare noen timer eller uker.
I tillegg til kjemiske grupper er RNA-tråder viktige i det epigenetiske maskineriet. Den delen av arvematerialet vårt som ikke er gener og som forskere tidligere trodde var søppel-DNA, har vist seg i stor grad å kode for RNA-tråder som kan binde seg til gener og inaktivere disse. Et eksempel på dette som finnes i det fleste organismer er inaktivering av X-kromosomet hos hunnkjønn. Siden hunnkjønn har to X-kromosomer, inaktiveres det ene X-kromosomet i alle celler. En stor RNA-tråd legger seg rundt det ene X-kromosomet tidlig under embryoutviklingen, og inaktiverer alle genene på akkurat dette X-kromosomet. Inaktiveringen er permanent og vil vedvare hele cellens levetid og gis videre til nye celler ved celledeling. Det ser ut til å være tilfeldig hvilket X-kromosom som velges (Gendrel og Heard, 2014). Et synlig eksempel på dette finnes hos Calico-katter, hvor genene som styrer pelsfarge ligger på X-kromosomet (XX). Siden hunnkatter har to x-kromosomer, inaktiveres et av x-kromosom i alle kattenes celler, på en tilfeldig måte. Hvis hunnkatten har et X-kromosom som har genet for svart farge, og det andre X-kromosomet har genet som koder for orange farge, vil kattens pels være en blanding av svart og orange (Fig 2). Den samme inaktiveringen av det ekstra x-kromosomet skjer også hos mennesker. Noen ganger kan det skje at inaktiveringen av X-kromosomet skjer hovedsakelig i X-kromosomet fra enten mor eller far, såkalt skjev X-kromosominaktivering. Da kan typiske kjønnsbundne sykdommer som hemofili (blødersykdommer) og Duchennes muskeldystrofi som vanligvis rammer gutter (fordi de har bare ett X-kromosom, og dermed mer utsatt for sykdommer som skyldes mutasjoner på X-kromosomet), også opptre i jenter.
