Az X kromoszóma inaktívációja. A kromatin szerkezet befolyásolja a génexpressziót

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Az X kromoszóma inaktívációja. A kromatin szerkezet befolyásolja a génexpressziót"

Gergely Pataki
5 évvel ezelőtt
Látták:

Az X kromoszóma inaktívációja A kromatin szerkezet befolyásolja a génexpressziót Férfiak: XY Nők: XX X kromoszóma: nagy méretű több mint 1000 gén Y kromoszóma: kis méretű, kevesebb, mint 100 gén

1 Az X kromoszóma inaktívációja A kromatin szerkezet befolyásolja a génexpressziót Férfiak: XY Nők: XX X kromoszóma: nagy méretű több mint 1000 gén Y kromoszóma: kis méretű, kevesebb, mint 100 gén Kompenzációs mechanizmus Cél: kiegyenlíteni a férfiak és nők közti X kromoszóma géntermékek közötti mennyiségi különbséget Megvalósítás: a nők szomatikus sejtjeiben az egyik X kromoszóma transzkripciósan inaktíválódik

2 A nőnemű embrió sejtjeiben amikor még csak néhány ezer sejtből áll az egyik X kromoszóma jelentősen kondenzálódik, heterokromatin szerkezetet vesz fel. Ezt az erősen kondenzálódott szerkezetet nevezik: Barr testnek

3 Hogy melyik X kromoszóma inaktíválódik teljesen random dől el. Ha már egyszer inaktíválódott, az a további osztódások során is úgy marad benne és utódaiban. Az inaktíválódás a pár ezer sejtből álló embrióban megy végbe Random Minden egyes nő különböző sejtek mozaikja

4 Ezek a mozaikos sejtek kisebb klasztereket alkotnak a felnőtt szervezetben, mivel a testvér sejtek egymás mellett maradnak a későbbi fejlődés során. Ez okozza a macskák fekete-vörös teknőspáncél-szerű bundamintázatát. A hím macskák vagy teljesen feketék, vagy teljesen vörösek.

XIST: X inaktívációs specifikus transzkript; szokatlan RNS molekula az XIC-n belül kódolt, kizárólag az inaktívált X kromoszómáról expresszálódik, a sejtmagban marad nem íródik át fehérjére,

5 XIST: X inaktívációs specifikus transzkript; szokatlan RNS molekula az XIC-n belül kódolt, kizárólag az inaktívált X kromoszómáról expresszálódik, a sejtmagban marad nem íródik át fehérjére, elengedhetetlen az X kromoszóma inaktívációjához, ahogy a XIST RNS tovaterjed, úgy csendesedik el a gén. Hogyan következik be a transzkripciós inaktíválódás egy egész kromoszómán? Az X kromoszóma inaktíválódása az X kromoszóma közepén egy helyről kiindulva indul és terjed tova mindkét irányba. XIC: X inaktívációs centrum, 10 6 bp, a heterokromatin kiindulási magja

6 X kromoszóma heterokromatin: - XIST RNS - hiszton 2A Megválaszolásra várnak: - alacsony szinten acetilált H3, H4 - specifikus helyen metilált H3, DNS 1. Hogyan dől el, hogy melyik X kromoszóma inaktíválódik? 2. Milyen mechanizmus védi a másik X kromoszómát az inaktíválódástól? 3. Hogyan koordinálja az XIST RNS a heterokromatin szerveződését? 4. Hogyan marad inaktív a kromoszóma a sejtosztódások tömkelegén keresztül?

7 DNS metiláció A DNS kovalensen módosítható, ami szintén lehetőséget nyújt a gén expresszió szabályozására. Gerincesekben a citozin metilálásának van fontos szerepe. A citozin metilálása nem befolyásolja a bázispárok kialakulását. N N N N

8 Gerincesek DNS-ében a metiláció kizárólag a citozin nukleotidokat érinti, ott is a CG báziskettősben helyet foglalókat. CH 3 XXXXXXCGXXXXXXX XXXXXXGCXXXXXXX CH 3 fenntartó metiltranszferáz enzimek: a meglévő metilációs mintázat továbbörökítésének biztosítása

9 A DNS metilációs mintázat a gerincesek fejlődése alatt dinamikus változást mutat. Nem sokkal a megtermékenyítést követően demetilációs hullám söpör végig a teljes genomon. Demetiláció mechanizmusa: - passzív demetiláció (fenntartó metiltranszferázok szupressziója) - specifikus demetiláz enzimek Az új metilációs mintázat kialakításáért a de novo metiltranszferázok felelősek. A kialakult metilációs mintázat fenntartásáért a fenntartó metiltranszferázok felelősek. Bármelyik mutációja letális.

10 Gerincesekben a DNS metiláció elsősorban transzkripciósan inaktív régiókban található: - inaktív X kromoszóma - adott szövetekben inaktívált gének a gének inaktíválásában lehet szerepe Számos fehérje ismeri fel a metilált DNS-t: - kromatin remodellező komplexek - hiszton deacetiláló enzimek Végeredmény: kromatin kondenzáció A DNS metiláció önmagában nem elegendő a transzkripció inaktíválásához

11 Bizonyítékok 1. Plazmid DNS (aktin gén) metilált és nem metilált kópia izomsejt tenyészet metilációtól független aktin expresszió 2. Egy csendes gént bekapcsolva a metiláció csak jó néhány transzkripciót követően kerül le róla 3. Az X kromoszóma inaktívációja még jóval detektálható metilációja előtt bekövetkezik A már kikapcsolt gén represszióját mintegy csak megerősíti.

Két különböző típusú gerinces sejtben egy adott gén expressziója 10 6 -szoros különbséget mutathat.

12 Két különböző típusú gerinces sejtben egy adott gén expressziója szoros különbséget mutathat. Baktériumban egy expresszált és egy nem expresszált gén transzkripciója között mindössze 1000-es különbség lehet. Gerincesekben a DNS metiláció is hozzájárulhat (a kromatinban bekövetkező változásokon keresztül) ehhez a nagy különbséghez. A több ezer lötyögős gén expressziója is hozzájárulhat ahhoz, hogy a fenntartó DNS metiltranszferáz mutáns egér embriók életképtelenek.

13 DNS metiláció a genomi mintázatban emlős sejtek diploidok: apai, anyai génszettek Egyes esetekben a gén expressziója attól függ, hogy az apától, vagy az anyától származnak: genomi mintázat/lenyomat. Példa: Igf2 gén (inzulin-szerű növekedési faktor) Terméke a prenatális fejlődéshez szükséges, hiányában a normális születési súly felével születik. Csak az apai Igf2 kerül transzkripcióra. apai Igf2 mutálódik hibás anyai Igf2 satnya egerek normális egerek

14 Az ivarsejtek kialakulása alatt a lenyomatololásnak kitett gének annak függvényében metilálódnak, hogy a spermiumban, vagy a petesejtben találhatóak-e. A lenyomat géneket nem érinti a megtermékenyítést követő demetilációs hullám emlékeznek eredetükre ennek megfelelően szabályozódnak

15 Az esetek többségében a metilálciós lenyomat a gének csendességét okozza, néhány esetnben a gén kifejeződésének aktiválását okozza. Példa: Igf2 apai eredetű inzulátor szakasz metilált anyai eredetű nincs inzulátor metilálás X transzkripció transzkripció

16 CG szigetek Nem metilált citozin dezaminálása uracilt eredményez normálisan nincs jelen a DNS-ben metilált citozin dezaminálása timint eredményez normálisan is jelen van a DNS-ben felismerésre, korrigálásra a hiba Az evolúció során a metilált citozin részletek jelentős része timinné alakult. A megmaradt CG párosok egyenlőtlenül oszlanak el a genomban. kivágás, citozin pótlás sokszor nem kerül A genom bp -os részleteiben szor gyakrabban találhatók, mint átlagosan: CG szigetek

17 Ezek általában nem metilált citozin részleteket tartalmaznak. Gyakran helyezkednek el house keeping gének promóterei körül house keeping gének:kiemelt fontossággal bírnak a sejt életképességét tekintve, ezért majd minden sejt kifejezi őket. szövet specifikus gének: csak az adott sejttípusban fejeződnek ki

18 A CG metilációval a DNS inaktíválása a cél. Gerincesekben metil C T mutáció csak akkor örökíthető tovább, ha még az ivari vonalon bekövetkezik. Az ivarsejtekben a legtöbb gén metilált inaktív Az evolúció során dezaminálódnak, elvesznek. Az aktív állapotban tartott gének (a fontos house keeping gének is) aktívak, tehát nem metiláltak Mutáció bekövetkeztekor ezek egyből felismerésre, javításra kerülnek

Hasonló dokumentumok

Epigenetikai Szabályozás

Epigenetikai Szabályozás Kromatin alapegysége a nukleoszóma 1. DNS Linker DNS Nukleoszóma mag H1 DNS 10 nm 30 nm Nukleoszóma gyöngy (4x2 hiszton molekula + 146 nukleotid pár) 10 nm-es szál 30 nm-es szál