Epigenetikai Szabályozás

Átírás

1 Epigenetikai Szabályozás

2 Kromatin alapegysége a nukleoszóma 1. DNS Linker DNS Nukleoszóma mag H1 DNS 10 nm 30 nm Nukleoszóma gyöngy (4x2 hiszton molekula nukleotid pár) 10 nm-es szál 30 nm-es szál 30 nm- es szál DNS Nukleoszómák (10 nm-es szál) Állványzat (scaffold) Heterokromatin (Konstitutív - fakultatív) Eukromatin 30 nm- es szál

3 A kromatin szabályozása 2. a. Metiláció de-metiláció (transzkripció gátló) hiszton metil transzferáz - demetiláz b. Acetiláció de-acetiláció (transzkripció serkentő) (locus control region) (matrix attachement region) (scaffold attechment region) DNS Hiszton DNS metil-transzferáz H3 lys9 hiszton lizin hiszton acetil transzferáz (aciláció) fellazítja a nukleoszómákat szabad transzkripció deacetiláz nukleoszómák visszarendeződnek transzkripció gátlása c. Hiszton-taszító szekvenciák: LCR MAR SAR lizin acetiláció de-acetiláció LCR pl. -globin géncsalád gén 1 gén 2 gén 3 LCR

4 3a. Kromatin átalakítás ( remodeling ) nukleoszóma a. Változás a nukleoszóma szerkezetben b. Nukleoszóma elmozdulás c. Nukleoszóma vesztés

5 3b. Kromatin módosítások 1. Hiszton modifikáció: metiláció, acetiláció, stb. 2. DNS metiláció 1. Enzimek (metilázok, acetilázok, stb.) hiszton kromatin átalakító transzkripció hiszton farok 2. Transzkripciós faktorok - esetenként 3. Nem-kódoló RNS-ek Nem-kódoló RNS-ek

6 A hiszton acetilációja 4a. hiszton - Rendszerint serkenti a génexpressziót HDAC: hiszton deacetiláz HAT: hiszton acetil transzferáz DNA: DNS - Az egyes sejttípusokban különböző az acetilációs mintázat!

7 A hiszton acetilációja 4b. hiszton acetiláció aktivátor A hisztonok közötti kapcsolat gyengítése aktivátor A hisztonok elmozdítása

8 Kromatin átalakítás acetiláció 4c. Iniciáció DNS nukleoszóma hiszton fehérjék átalakító fehérje transzkripciós komplex mrns Elongáció átalakító fehérje mrns

9 5a. A hiszton metilációja - A DNS metilációja rendszerint gátolja a génexpressziót (kivétel: H3K4me3) - Az egyes sejttípusokban különböző metilációs mintázat! Met Met

10 A hiszton metiláció terjedése 5b. 1. A HP1 felismeri a CH 3 -at tartalmazó hisztont (H3 K9) 2. A HP1 odavonzza a HMT-t, amely metilálni fogja a szomszéd hisztont 3. A folyamat kaszkád-szerűen terjed Zárt kromatin Nyitott kromatin 1. A heterokromatin terjedése HP1: heterokromatin protein 1 HMT: hiszton metil-transzferáz K: lizin A heterokromatin terjedése

11 A hiszton metilációs-mintázat öröklődése az utódsejtekben 5c. DNS replikáció Új nukleoszómák keletkezése A HP1 és HMT verbuválása

12 6. DNS metiláció - A DNS metilációja gátolja a génexpressziót - Az egyes sejttípusokban különböző metilációs mintázat!

13 6. A DNS metilációja (1) de novo metiláció: új metil csoportok kialakulása EPIGENETIKAI PROGRAM (2) fenntartó metiláció: a differenciált sejtek metilációs mintázata fennmarad Rett szindróma Dnmt1 DNS replikáció ÚJ DNS SZÁL Fenntartó metiláció (Dnmt1 enzim) Met Met Met Met Dnmt1: DNS metiltranszferáz 1

14 7. Humán Epigenom Projekt (HEP) Program a kromatin metilációs mintázatának feltérképezésére ( A DNS metilációt könnyebb vizsgálni)

15 Epigenom 7. Emberi őssejtek + fibroblaszt sejtek Joseph Ecker, Ryan lister, Mattia Pelizzola 2009 október

16 8. Kromatin átalakító aktiváló fehérjék HŐSOKK GÉNEK Nem indukált Nukleoszóma-mentes régió Inaktív HSF nem képes kapcsolódni nukleoszóma Lady Gaga Indukált aktiváció nukleoszóma A GAGA faktor a DNS-hez kötődik, s eltávolítja a nukleoszómát transzkripció SZTEROID-NDUKÁLTA GÉNEK Nem indukált A hősokk faktor kötődik Transzkripciós aktiváció Hősokk gének Aktív transzkripciós faktor nem kötődik Indukált A receptor-szteroid komplex elmozdítja a nukleoszómát Transzkripciós faktor kötődik transzkripció

17 Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül 9a. Sejttípus meghatározottság hámsejt Sejttípus meghatározottság: egy differenciálódott sejt magához hasonló sejttípust produkál, s csak különleges esetekben másféle sejteket, habár azok DNS tartalma is ugyanaz.

18 Utasítások, hogy 9b. motor neuron légy őssejt Jel: Légy idegrendszer! Légy gerincvelő! Ne légy glia! Bocsáss ki axont! Alakíts ki kapcsolatokat! BRAVO Utasítások egy motor neuron kialakítására

19 Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül Klónozás 10. A KLÓNOZÁS során a sejtmag epigenetikailag újraprogramozódik petesejt sejtmag klónozott zigóta klónozott embrió klónozott bébi testi sejt (pl. hámsejt) sejtmag Testi sejt magja időkapcsoló zigóta

20 11a. Hiszton Kód Morse ABC A Hiszton Kód Hipotézis szerint a hisztonok DNS-hez való kötődésének mintázata meghatározza a sejtben folyó molekuláris folyamatokat

21 12. Epigenetikai kód 1. Hiszton kód: a hiszton egy DNS szakaszhoz vagy a teljes genomhoz való kötődésének mintázata, amely jellemző egy sejttípusra. 2. DNS metilációs kód: a DNS metilációs mintázata, amely jellemző egy sejttípusra hiszton kromatin átalakító transzkripció EPIGENETIKAI KÓD: A hiszton kód és a DNS metilációs kód együttesen: Meghatározza a sejttípust és a sejt molekuláris folyamatait. hiszton farok Nem-kódoló RNS-ek

22 Epigenetikai program Az epigenetikai program a hiszton és a DNS előre programozott kémiai módosulásai a sejtdifferenciálódás során 2. Epigenetikai program genetikai program: párhuzamosan futnak? Lehetnek alternatívák? - mi a szerepe a szerepe a környezetnek?

23 Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül Epigenetikai program 13b. Differenciálódott hámsejt zigóta Differenciálódott májsejt

24 Conrad Hal Waddington ( ) Környezeti perturbációk - Mutációk - Genetikai program (pl. férfi-nő) Robusztusság: a fenotípus zavarokkal szembeni ellenállása Epigenetikai tájkép az egyedfejlődés útvonalai 1. Genetikailag programozott hatás 2. Mutáció 3. Környezeti hatás Kanalizáció: Az egyedfejlődés meg-határozott útvonalakon zajlik, s egy útvonalon belül ellenáll a zavaroknak, de kritikus időpontokban, nagyobb hatásokra más úton indulhat el egy folyamat + a differenciálódás

25 Hogyan hat a DNS és a környezet az egyedfejlődést irányító epigenetikai programra? Alternatív útvonalak: férfi vs. nő különféle sejttípusok

26 Alternatív útvonalak: férfi vs. nő különféle sejttípusok

27 A DNS és a környezet is hat az epigenetikai programra A korai embrió őssejtekből áll, melyek különféle differenciált sejtekké alakulhatnak A magzat főként differenciált sejtekből áll agy Később a környezet hatása fontossá válik izom bőr A környezet hatása: étkezés, dohányzás tanulás

28 Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül X kromoszóma inaktiváció 16. Emlős nőstényeknél az egyik X kromoszóma inaktiválódik (kivéve pszeudoautoszómális régió) Funkció: dózis kompenzáció Ember Kenguru véletlenszerű apai X kr. inaktiválódik