EPI- ÉS MULTIGENOMIKA

Átírás

1 EPI- ÉS MULTIGENOMIKA Prof. Dr. Fekete Sándor György az MTA doktora SZIE Állatorvos- tudományi Kar Budapest Laborállat- tudományi Osztály holispc.hu Fekete Sándor György 1

2 A fejlődés sprilálalakban halad (Hegel) Panta rhei Παντα Ρει (Herakleitosz)

3 Belső TESTÖSSZETÉTEL ANYAGCSERE- ÁLLAPOT Külső Szöveti anyagforgalom ALAPANYAGCSERE TÁPLÁLÓANYAG HATÓANYAG (+,-) Gyógyszer KOR MOZGÁS GENOTÍPUS MIKROBIOTÓM EGÉSZSÉG Mentális állapot A metabolikus állapotot befolyásoló belső és külső tényezők Fekete Sándor György 3

4 Gén és genom Fekete Sándor György 4

5 Genomikaè MULTIGENOMIKA Nutrigenomika Farmakogenomika Toxikogenomika Eto-, Pszichogenomika, (Ir)Radiogenomika KÜLSŐ, VAGY BELSŐ VEGYÜLETEN KERESZTÜL HAT, ÖSSZEVONHATÓ: MULTIGENOMIKA Fekete Sándor György 5

6 ábra: Ádám V. (Szerk.): Orvosi biokémia, 2002 FEHÉRJESZINTÉZIS

7 EUKARIÓTA GÉN PROMÓTERE PROMÓTORON több transzkripciós faktor képes kötődni specifikus frekvenciákon, amelyek egymással és az RNS-polimerázzal kölcsönhatásba lépve segítik elő az átírása beindítását. ábra: Ádám V. (Szerk.): Orvosi biokémia, 2002

8 TRANSZKRIPCIÓS FAKTOROK HÁLÓZATA RECEPTORAIK LIGANDJAI (magbeli receptorokként) a promóterhez rögzítik

9 HATÁS- TUD- ÁG.- TARTÓSSÁG Gén- fehérje- tulajdonság (bázissorrend) Erős hatás- mutáció - elpusztul, vagy továbbviszi Közepes hatás epi mérhető változás, bázisok maradnak- korlátozoean állandó Gyengébb, mulpgenomikai hatás- génműködés szabályozása- nincs nyoma KÖRNYEZET: MINDENBE - DE NEM EGYFORMA ERŐVEL BELESZÓLHAT Fekete Sándor György 9

10 BETEGSÉGEK OKTANA ÉS BEFOLYÁSOLHATÓSÁGA Fekete Sándor György 10

11 SARLÓSEJTES ANAEMIA OKA GENETIKA = 1 bázis változása Fekete Sándor György 11

12 A fehérjeszintézis során a génexpresszió szabályozódik q transzkripció (génátírás): mrns-képződése q mrna processing ( érés, splicing, aktiválás, még a sejtmagban, exonok kivágása) q mrna stabilitása (élettartama a citoszolban) q transzláció (fehérjeszintézis a mrns-ről, riboszómáról és trns-ekről származó aminosavakból) q transzkripciós faktorok segítik az RNSpolimeráz-II promóterhez kötődését SZINTJEIN Fekete Sándor György 12

13 VEGYÜLET HOZZÁFÉRHETŐSÉGE : CSAK AZ SZÁMÍT, AMI BEJUT A SEJTEKBE Levegő, tüdőn át: koncentráció részecskenagyság Bőrön át: lipoidoldhatóság, kelátos kötés Szájon át: - mikrobiotóm+máj tevékenysége - interakciók (pl. Zn Ca) - fölszívódási felületek állapota (pl. gyulladás) DE HA BEJUTOTT, KÉPES: Fekete Sándor György 13

14 multi-vegyületek ý SEJTSZINTEN 6-6-NAK 1) transzkripciós faktor receptora ligandjaként (pl. a sejtmagban levő receptorok mint a PPAR), 2) metabolizációjuk után megváltozik a közeg szubsztrát- és intermedierkoncentrációja (pl. a koleszterin-szterin anyagforgalma) 3) befolyásolhatják a jelátadó anyagcsere-utakat (pl. a zöld tea polifenoljainak hatás-mechanizmusa). és végül 4) hatnak a DNS-metilációjára, stb.: EPIGENOMIKA ý VISELKEDÉS IS VEGYÜLETHATÁS (PL. ADRENALIN, KORTIZOL, S AZOK RECEPTORAI) VAGY EXPRESSZÁLÓDNAK, VAGY SEM PL. AZ AGYBAN SUGÁRZÁSOK IS KÉMIAI VÁLTOZÁSON ÁT HATNAK Fekete Sándor György 14

15 IN VITRO IS MÉRHETŐ: GÉNCSIPP ábra: Kaput, J.-Rodriguez, R.L (Eds): Nutritional Genomics, 2006

16 LEGÚJABB NUTRIGENOMIKAI ESETEK Édesgyökérből: glabridin (SLIM FLAVAN) - Aoki, F. et al.: Suppression by licorice flavonoids of abdominal fat accumulapon and body weight gain in high- fat diet- induced obese C57BL/6J mice. Biosci. Biotechnol. Biochem Nakagawa, K. et al.: Licorice flavonoids suppress abdominal fat accumulaoon and increase in blood glucose level in obese diabeoc KK- Ay mice. Biol. Pharm. Bull Jávacsalán (yuzu=citrus junus Tanaka) kivonata, perorálisan adva megelőzi az Alzheimer- like kogniuv hanyatlást és a glükóz homeosztázis zavarát beta- amiloiddal infundált patkányokba. Fő hatás: tau- foszforiláció fokozása, hipokampusz inzulin- jelzőútjának módosítása - Yang et al.: Yuzu extract prevents cognipve decline and impaired glucose homeostasis in ββ- amyloid infused rats. J. Nutr Fekete Sándor György 16

17 FEHÉRJESZINTÉZIS FÜGG A DNS ÉS A HISZTON ÁLLAPOTÁTÓL: EPIGENOMIKA ábra: Ádám V. (Szerk.): Orvosi biokémia, 2002

18 Fontos- ÚJ- Fontos- ÚJ- Fontos- ÚJ!!! UGYANANNAK A VEGYÜLETNEK LEHET EPI- ÉS MULTI- GENOMIKAI HATÁSA IS Fekete Sándor György 18

19 PL.: nutri- és epigenomikai TUMORELLENES HATÁS Fokhagyma allil- merkaptánja gátolja a hiszton deace:lázt és fokozza az Sp3 transzkripciós faktornak a P21WAF1 promóterhez kötődését. Ez in vitro a ráksejtek apoptózisához vezetee (Nia et al. 2008). Fekete Sándor György 19

20 EPIGENOMIKA MECHANIZMUSAI DNS- mepláció Hiszton (de)acepláció KromaPn- átrendezés mikrorns- hatások +SUMOiláció, ubikvináció Fekete Sándor György

21 DNS- T MÓDOSÍTÓ HATÁSOK: METILÁLÁS=NÉMÍTÁS, HIPOMETILÁLTSÁG=TÚLMŰKÖDÉS DNS-metiláció metiltranszferáz S-adenozil-metionin S-adenozil-homocisztein metionin metionin-szintetáz B 12 -vitamin homocisztein TÁPLÁLÉK tetrahidrofolsav 5-metil-tetrahidrofolsav metilén-tetrahidrofolsav-reduktáz 5,10-dimetil-tetrahidro-folsav DNS-szintézis dihidrofolsav Fekete Sándor György timidilát-szintetáz dtmp dump 21

22 RNS INTERFERENCIA

23 EPIGENOMIKA DZSOLI- DZSÓKERE: ncrns (nem kódoló RNS) Fekete Sándor György 23

24 DNS-HEZ KÖTŐDŐ HISZTON- FEHÉRJÉK (kromatin részei) IS MÓDO- SÍTANAK ábra: Ádám V. (Szerk.): Orvosi biokémia, 2002

25 Két legfontosabb hisztonmódosulás: aceplálás, meplálás Fekete Sándor György 25

26 Átvihetőség? Stabilitás? Bevésődés (IMPRINTING) nagymértékben függ a placenta típusától, rétegeinek számától is (extrapoláció veszélyei). GENOMIKAI és METABOLIKUS IMPRINTING Fekete Sándor György 26

27 PLACENTATÍPUSOK- RÉTEGEK Epitheliochorialis: ló, sertés, szarvasmarha Syndesmochorialis: juh, kecske Endotheliochorialis: Carnivora Haemochorialis: primata, denevérek Haemoendothelialis: rágcsálók, nyúl EZEN TÚLMENŐEN FORMAILAG IS KÜLÖNBÖZNEK EGYMÁSTÓL Fekete Sándor György 27

28 EPIGENOMIKA ALAPKÍSÉRLETEI 1. AguP színöröklés 2. Görbe farok 3. Egyebek Fekete Sándor György 28

29 A prenatális (anyai) táplálóanyag- ellátás befolyásolja nemcsak mennyiségi, hanem minőségi változásokat is okoz az újszülöeben ENERGIA-, FEHÉRJEHIÁNY: fölnőekori cukorbetegség, AZ UNOKA VISZONT FORDÍTVA!!! +KOLIN, BETAIN, FOLSAV, B 12, MET, ZN: gén(ek) me:lációjával változik az újszülöa egerek színét és farkának görbesége is! +GENISZTEIN (szója növényi ösztrogénje): újszülöe egér színe és testsúlya Fekete Sándor György 29

30 AGUTI SZÍN: A vy Fekete Sándor György 30

31 AguP és sárga egér méhe: az endometriális mirigyek túlburjánzása (NYÍL) Fekete Sándor György 31

32 METILÁCIÓS TÁP CSAK AKKOR MŰKÖDIK, HA AZ ALLÉL A HÍMBŐL SZÁRMAZIK (OKA A GENOMIÁLIS IMPRINTING) Fekete Sándor György 32

33 KÜLÖNBÖZŐ SZÍNŰ GENOTÍPUSOK: EUMELANIN ÉS FEOMELANIN SZEREPE Fekete Sándor György 33

34 HIPERMETILÁCIÓVAL: SZÍNVÁLTOZATOK: MOZAICIZMUS Fekete Sándor György 34

35 MAGYARÁZAT: Intracisternal A- parpcle (IAP) retrotranszpozon epigenepkus elnyomása pszeudoagoup (Y0) egeret eredményez Fekete Sándor György 35

36 GENISZTEIN (a szója növényi ösztrogén) hatása hasonló Fekete Sándor György 36

37 FAROK GÖRBESÉGE: Axin Fu MIÉRT KEVÉSBÉ HASZNÁLT MODELL: kevesebb az extrapolálható betegsége Fekete Sándor György 37

38 Axin Fu : többfunkciós szabályozó fehérje Fekete Sándor György 38

39 Anyák etetésével mepldonorokkal: a farok egyenesedik (IAP- régió blokkolódik) Fekete Sándor György 39

40 Farokgörbeség feno{pusos eloszlása az Axin Fu :gén mepláltsági helyétől (máj/farok) és fokától függ Fekete Sándor György 40

41 PERORÁLIS EXPOZÍCIÓ BIZONYÍTOTT OKTANI SZEREP 1. Allergiás légúp betegség egér (mepldonor) 2. Patkányok tanulási képessége (mepldonor) 3. Anyai vasellátás: egérutódok tanulási képessége (Fe) 4. Juhok metabolikus szindrómája (mepldonor) 5. Japán makákó extrém zsírdiétán (zsír) 6. Mézelő méh: anya vagy dolgozó? (propolisz) 7. Anya halfogyasztása: okosabb csecsemő, ill. szukának omega- 3- zsírsav: okosabb kölyökkutya 8. US- anyák marhahúsfogyasztása: fiaik sperma- minősége (szteroid) 9. EPl- alkohol 10. Reszveratrol 11. Fémek Fekete Sándor György 41

42 1. Allergiás légúp betegség egér HipermePláció mellékhatása: MAGZATVÉDŐ VITAMINOK?!? Fekete Sándor György 42

43 2. Patkányok tanulási képessége MePldonátor etetése: - javuló tanulási képesség - hosszabb memória Fekete Sándor György 43

44 3. VASELLÁTÁS TANULÁSI KÉPESSÉG Fölnőe: Havard- test and hematokrit Perinatalis vashiány vemhes egerekben: Kevesebb szinapszis a magzatok hipokampusszában e e Később az utódoknak IS kisebb a tanulási képessége (McEchron et al. 2010) Fekete Sándor György 44

45 4. Juhok metabolikus szindrómája In utero mepláció- gátlásè è UTÓDOKBAN Fekete Sándor György 45

46 5. Japán makákó zsírdiétán H3-hiszton globális hiperacilációja DE: nincs fenotípusos jele az utódokban ÁM UNOKÁT NEM VIZSGÁLTAK!!!! Fekete Sándor György 46

47 6. Mézelő méh anya vagy dolgozó? Fekete Sándor György 47

48 MÉHEK HÁROM NEME: dolgozó, anya, here (föntről lefelé) Fekete Sándor György 48

49 MÉHEK: ANYA ÉS DOLGOZÓK BALRA AZ ANYA, JOBBRA A DOLGOZÓ 1 ANYALÁB, S A DOLGOZÓ KEFÉCSKÉJE ÉS KOSÁRKÁJA A LÁBÁN Fekete Sándor György 49

50 7. MENNYI HALAT FOGYASSZON A TERHES NŐ??? - HALFOGYASZTÁS: OKOSABB CSECSMŐ Hibbeln, J.R. et al.: Maternal seafood consumppon in pregnancy and neuro- developmental outcome in childhood (ALSPAC study): an observaponal cohort study. Lancet, , (Túl sok hal: Hg- mérgezés) Myers, G.J. és Davidson, P.W.: Maternal fish consumppon benefits children s development. Lancet, , OMEGA- 3 ZSÍRSAV VEMHES SZUKÁNAK: okosabb kölyökkutyák Fekete Sándor György 50

51 8. TERHES ANYAI MARHAHÚS- FOGYASZTÁSA??? Terhes korban sok marhahús: a magzat herefejlődése károsodhat _ a születő fiú spermatermelése kb. 25%- kal romlik Magyarázat- I: szteroidszármazékok a húsban Swan, S.H. és mtsai: Semen quality of ferple US males in relapon to their mothers beef consumppon during pregnancy. Hum. Reprod., 2007;doi: /humrep/dem068. Magyarázat: EU- US szabályozás eltér (hormon, anpbiopkum vágóállatnak) Fekete Sándor György 51

52 9. ETIL- ALKOHOL Alkoholfüggő emberekben a DNS HERP promóter régiójának hipermeplációját találták Csökken a HERP (homocisztein- indukálta endoplazmapkus repkulum fehérjéjének) mrns expressziója Ha megnő a vér homocisztein- szintje: tumor, atherosclerosis stb. kockázata nő Fekete Sándor György 52

53 10. RESZVERATROL HATÁSMECHANIZMUSA Polifenolos szerkezetű reszveratrol (Silent InformaOon Regulator, a SIR(T)2, egy NAD- dependens hiszton deacepláz) somulálásán keresztül növeli a mitochondriumszámot, az élehartamot és ellensúlyozza a túlzoh zsír- és energiafölvétel káros hatásait. Egerek bőrén in vivo (benzpirén), női mellráksejt- tenyészetben a reszveratrol megelőzte az aromás szénhidrogének epigenepkus csöndesítéssel okozta károsodást Mások szerint számos interakció révén hat (xenohormesis). Fekete Sándor György 53

54 11. FÉMEK: Jánusarcú METALLOMIKA - Résztvesznek a DNS- meplációjában: As, Cd, Ni, Cr és a hiszton deaceplációjában KÁROS - Se: szelenitként, szelenomeponként: - rákellenes Reményt keltő: fémalapú tumorellenes gyógyszerek fejleszthetők - Cinkújjak és mepldonorok segítése: Zn Fekete Sándor György 54

55 NYITOTT KÉRDÉSEK Ø Nemcsak a vizsgált DNS- pontok hipermeplálódnak Ø Ezek egy része átvihető az utódokba Ø Méhen belül megváltozoe meplációs mintázat még változhat a születés után is: plaszpcitás Fekete Sándor György 55

56 ÁTVITEL A KÖVETKEZŐ NEMZEDÉKEKRE: Szerzee tulajdonságok öröklődése?!? Fekete Sándor György 56

57 MEGHATÁROZÁS szerzea éleaani fenoopus vagy betegség átvitele a következő nemzedékekre a csíravonalon keresztül Következő generációt nem éri a kérdéses környezep hatása vagy (toxikus) vegyület SKINNER, M.K. (2007): Intern. J. Andrology ANWAY, M.D. et al. (2003): Science Fekete Sándor György 57

58 AHOGY MA LÁTJUK: árnyalt fölfogás: ablakok és plaszpcitás Fekete Sándor György 58

59 Megváltozoe meplációs mintázat csíravonalra való átvitelének diagramja Fekete Sándor György 59

60 EPIGENETIKUS VÁLTOZÁS TOVÁBBVITELE: METILDONÁTOROK AZ F0 NEMZEDÉK VEMHESSÉGÉNEK KÖZEPÉN ( ablak ) Kialakult mozaicizmus stabilitása olyan, mint az apai imprinting, vagy az X-kromoszóma inaktiválása Fekete Sándor György 60

61 PÉLDÁINK VEGYÜLETEI: AZ ENDOKRIN MŰKÖDÉS SZÉTTÖRŐI VINKLOZOLIN: fungicid (anpandrogén) METOXIKLÓR: peszpcid (ösztrogén hatású) MŰANYAG GYAKORI ÖSSZETEVŐJE: BISZFENIL- A (BPA): JÓ HÍR, HOGY egyidejű mepldonor etetés ellensúlyozhatja!!!!!! MUTÁCIÓT NEM, VISZONT EPIGENETIKUS VÁLTOZÁSOKAT OKOZNAK Fekete Sándor György 61

62 BISZFENOL (BPA) Polikarbonát műanyagokban, csomagolókban Ösztrogénhatású Fötális és neonatális expozíció: emlő- és prosztatarák, elhízás, viselkedészavar Szaporodási zavarok, de az I. vemhesség nem mutatja! Dózisfüggés haranggörbéje: hat- nemhat- hat Fekete Sándor György 62

63 TOVÁBBVITEL A HÍM VONALON: PL. DES [diepl- spl- bösztrol], vinklozolin Fekete Sándor György 63

64 ANYA VINKLOZOLIN- KEZELÉSE PATKÁNY HERE- SZÖVETÉRE: 4 NEMZEDÉKEN ÁT IS ÖRÖKLŐDHET Fekete Sándor György 64

65 HERECSATORNÁCSKÁK ÖSSZEHASONLÍTÁSA AVAS TAKARMÁNY ETETÉSEKOR (PATKÁNY) (balra a kontroll, jobbra a károsodoe) FEKETE, S.Gy. és mtsai: Acta Vet. Hung, , Fekete Sándor György 65

66 EPIGENOMIKA ÉS GYÓGYÁSZAT I. Hiszton demeplázok és deaceplázok részt vesznek: kromapnszerkezet stabilizásásában Sejtmagreceptorok működésében Apoptosis, onkogenezis Neurogenezis szabályozásában EZÉRT Fekete Sándor György 66

67 EPIGENOMIKA ÉS A GYÓGYÁSZAT II. Igéretes gyógyászap lehetőségek Hiszton- lizin- demeplázok inhibítorai: csökkenpk a rák- őssejtek életképességét és fokozzák a kemoterápia hatékonyságát NF- kappab jelzővegyület magi á{rási faktor, amely károsodva (pl. vegyszer, UV, szabad gyök) túlműködik, sáltalános gyulladást okozhatnak a citoplazmában GÁTLÁSA meghosszabítja az éleeartamot, rák és neurodegenera{v betegségeket segít megelőzni Fekete Sándor György 67

68 EPIGENOMIKA ÉS A GYÓGYÁSZAT III. DNS- METILÁCIÓT GÁTLÓK ( beszélni tanítja ) sirns Zebulabin Prokainamid Hidralazin Táplálékösszetevők UV- sugárzás Fekete Sándor György 68

69 EPIGENOMIKA ÉS A GYÓGYÁSZAT IV. HISZTON- DEACETILÁZ INHIBÍTOROK TrihosztaPn A Na- buprát / fenil- buprát Valproik- sav Szuberolilanilide hidroxamik- sav (SAHA) Fekete Sándor György 69

70 EPIGENOMIKA VISELKEDÉS I. Fekete Sándor György 70

71 EPIGENOMIKA VISELKEDÉS EGY JÓ PÉLDA Bredy et. Al.: Histone modificapons around individual BDNF [brain- derived neurotrophic factor] gene promoters in prefrontal cortex are associated with expncpon of condiponed fear. Learning & memory, Fekete Sándor György 71

72 EPI- ÉS MULTIGENOMIKA - A RENDSZERBIOLÓGIA Melegvérű mikroba szuper-organizmus (összetett ököszisztéma) Metabolikus kompartmentalizáció jellemzi Belső (genotípusa, napi ritmusa, kora) és külső (étel, ital, xenobiotikum), valamint a közbülső (bélflórája) határozza meg egészségét Csak rendszerbiológiai megközelítéssel vizsgálható

73 Köszönet a megpsztelő figyelemért! MINDENKIT SZERETTEL MEGHÍVUNK AZ NOVEMBER 30-I (SZOMBAT) TUDOMÁNYOS ÜLÉSÉRE : ÁLLATORVOS-TUDOMÁNYI KAR. SZÜLÉSZETI ELŐADÓ (J-ÉPÜLET, FÖLDSZINT) : 9.00