epigenetik ve epigenom

EPİGENETİK VE EPİGENOM
"Epigenetics is an emerging frontier of science that involves the study of
changes in the regulation of gene activity and expression that are not
dependent on gene sequence."
_National Institutes of Health Roadmap
Hastalıklar ve kötü alışkanlıklar babadan
oğula geçebiliyor
Hürriyet 3 Mart, 2006
Bir babanın işlediği günahlar, doğrudan sonraki nesillere de geçiyor.
Bir erkeğin genç yaşlarındaki beslenme ve sigara alışkanlıkları, o
kişinin oğlunun ve hatta torununun bile sağlığını etkileyebiliyor.
Yeni yapılan bir araştırmaya göre kalıtıma bağlı bu etkiler, "epigenetik" de
denilen, DNA üzerindeki önemli kimyasal değişikliklere bağlıdır. Bu
değişikliklerin halk sağlığı üzerindeki etkisi de çok büyük olabilir. Örneğin
bugünkü gençlerin davranışları, ileriki yılların sorunlarını oluşturabilir.
University College London’da genetik uzmanı olan Marcus Pembrey ve ekibi,
erkek tarafından sağlığa bağlı etkilerin bir sonraki nesile aktarıldığını iki
şekilde kanıtladıklarını belirtiyor. Bunlardan ilki, İngiltere’de 1990’larda bebek
sahibi aileler arasında yapılan Avon araştırmasıdır.
Araştırmaya katılan babaların 5 binden fazlası, ya o sırada ya da geçmişte
sigara tiryakisiydi. Bu erkeklerin de 166’sı, sigaraya 11 yaşından önce, yani
vücudun özellikle çevreye bağlı strese açık olduğu bir dönemde başlamıştı.
Editorial:
It Is Time for a Human Epigenome Project
Frank J. Rauscher, III
Cancer Res 2005 65: 11229. [Full Text] [PDF]
A Blueprint for a Human Epigenome Project: The
AACR Human Epigenome Workshop
Peter A. Jones and Robert Martienssen
Cancer Res 2005 65: 11241-11246. [Abstract] [Full Text]
[PDF]
The New Human Epigenome Browser from WashU
Posted February 23, 2012
Looking for the latest in epigenome data analysis tools? Then you’ll want to check out
Washington University’s latest creation; The Human Epigenome Browser.
Built as part of the Roadmap Epigenomics Project to house and view Human Epigenome
Atlas data, this new platform comes with all sorts of slick features to make
analyzing, comparing and integrating epigenomic datasets a breeze. Ting Wang
(Washington University), Joe Costello (UC San Francisco) and several other
collaborators stocked the system with over 8,000 epigenome datasets from the
Human Epigenome Atlas and Encylopedia of DNA Elements projects covering 100 cell
and tissue types, plus dozens of other epigenetic features like:
DNA methylomes
Histone marks
Open chromatin
Small RNA and strand-specific mRNA-sequencing–based expression
RNA splicing profiles
The Human Epigenome Browser is freely available at the Washington University
website.
You can also learn more about it how it works in Nature Methods, February 2012.
Cover art: Chromatin Iznik chini by Tayfun
Özçelik
Epigenetics is a new peer-
reviewed journal available in
print and online. This
multidisciplinary
journal
publishes original research
articles
and
reviews
covering the latest aspects
of epigenetic mechanisms
and their regulation of
diverse
biological
processes.
The goal is to foster
communication and rapid
exchange of information
through timely publication
of important results using
traditional as well as
electronic formats.
Department of Epigenetics, Division of
Medical Genomics, Medical Research
Institute
John Hopkins University
Department of
Molecular
Epigenetics
Laboratory of Plant Epigenetics
Kralovopolska 135
61265 Brno
Česká republika
Department of Molecular
Epigenetics, Institute of
Biophysics, AS CR
Head: Ale¹ Kovaøík
Scientific interests:
Epigenetic regulation of plant
transgene
expression
Genetics of allopolyploid nucleus
Evolution of satellite repeats
A new ambitious EC-funded research
initiative on Epigenetics advancing towards
systems biology
Epigenetics of Cancer and Stem Cells
February 27-28, 2012
MaRS Center Auditorium, 101 College St., Toronto
Magazine
25 big ideas for 2012: Epigenetics
• DNA histonlar ve diğer
proteinlerle kromatini oluşturur.
• Kromatin dinamik materyaldir ve
epigenetik bilgi taşır.
• Bir organizmaki her hücre ayni
genetik bilgiyi taşır fakat farklı
yönde gelişimler gösterir.
Epigenetik
Epigenetik –DNA dizi değişimlerinin
(mutasyon) dışındaki faktörlerle oluşan,
gen anlatımındaki tüm değişikliklere
verilen
genel
bir
tanımlamadır.
Epigenetik değişiklikler kalıtsaldır fakat
potansiyel olarak geri dönüşebilir.
Epigenetik
Sonuç olarak:
-Bir bireydeki tüm hücreler ayni genetik
bilgiyi
taşımalarına
karşın
farklı
fenotipik yapıdadırlar. = Epigenetik
değişimler farklı gen setlerinin anlatımı
ile kazanılırlar.
= Epigenetik değişimler bir sonraki
generasyonlara aktarılırlar. Bu durum
DNA da kalıtsal bir mutasyon olmaksızın
gerçekleşir.
• Epigenetik değişimlerde kimyasal
etiketler DNA nukeotidleri/histonlarda
yer alırlar.
DNA metilasyonu, asetilasyon,
fosforilasyon vb.
Bu etiketler nereden
gelirler:
• İç Çevre
–
–
–
–
hormonlar
metabolizma
cinsiyet
yaşlanma
• Dış Çevre:
–
–
–
–
–
sıcaklık
diet
ilaçlar
Kimyasallar
(çevre kirliliği)
Işığa maruz
kalma vb.
Epigenetik: Ayni genom, farklı
fenotip, farklı gen anlatım profili
Epigenetik, şu soruları cevaplamaya çalışmaktadır:
• Fenotipi belirleyen nedir?
• Çok hücreli bir organizmada; örneğin bir
karaciğer hücresi olan hepatosit ile bir
kas hücresi olan miyosit tamamen aynı
genotipi paylaşırlarken, nasıl olur da,
apayrı – yine de stabil – gen ekspresyon
profillerine ve de farklı ve bağımsız
hücre
fonksiyonlarına
sahip
olabilmektedirler?
• Fibroblastlar
veya
lenfositler
gibi
farklılaşmamış hücreler, nasıl hücre
bölünmesi yoluyla fenotiplerini stabil bir
şekilde korumaktadırlar?
• Nasıl, bir farklılaşmamış kök hücre,
bazen bölündüğünde iki yeni kök hücre
verirken, bazen de bir kök hücre ve de
bir farklılaşmış hücre verebilmektedir?
• Memelilerin, bizim de dahil olduğumuz
Eutheria
infraclassis’ine
ait
dişi
bireylerinin
her
hücresinde;
ayni
nükleoplazma içinde bulunan ve de
neredeyse özdeş DNA dizinlerine sahip
iki X kromozomundan biri inaktive
edilmektedir. İki X kromozomundan
hangisinin
inaktive
edileceği
nasıl
belirlenmektedir ve de inaktivasyon hangi
yolla/yollarla gerçekleşmektedir?
• Tamamen aynı genotipe sahip monozigotik
ikizlerin, nasıl olur da hastalıklara
genetik yatkınlıkları farklı olur?
• Çevremiz ve de yaşam tarzımız bizi (gen
ekspresyonumuzu dolayısıyla bizi) ne kadar, nasıl
etkiler?
• Bu etkiler bizden sonraki generasyonlara
da aktarılır mı?
Epigenetik:
•DNA modifikasyonları (sitozin metillenmeleri vb.)
•Histon kromatin modifikasyonları
•Kromatin yapısına bağlanan çoklu protein
kompleksleri
•Genomik “imprinting”
•Paramutasyon
•RNA interferens ve mikro RNA’lar
•RNA aracılığı ile DNA metilasyonu
•Transgen sessizleşmesi
•Viruslerle gen sessizleşmesi
Epigenetik Mekanizmalar
Doğrudan etkileyenler
DNA
Modifikasyonları
2.
Dolaylı yoldan etkiyenler
= Posttranskripsyonel
mekanizmalar (mRNA
Kromatin
sessizleştirmesi)
Modifikasyonları
Kovalent Modifikasyonlar
1. DNA
Metilasyonu (Histon Modifikasyonları)
1. Asetilasyon
Nonkovalent DNA
Modifikasyonları
3. Transkripsiyon
faktörleri ile feedforward
otoregülasyon
2. Metilasyon
3. Fosforilasyon
4. Übikitinasyon
5. Sümoylasyon
Nonkovalent
Modifikasyonlar
1. Histon takasları
2. Histon katımları
3. Kromatin tadilatı
4. Nonkoding RNA ile
etkileşim
5. Diğer ajanlarla
etkileşimler
6. Uzun-mesafe
kromozom etkileşimleri
Epigenetik: DNA metilasyonları
-Metilasyon bir DNA
modifikasyonudur ve
DNA işlevini değiştirir.
-5mCler DNA’da
rastgele bir dağılım
gösterirler.
DNA yı oluşturan
nukleotidler DNA
5’ methyl sitosin
mutasyonları tayin edilemez
ve tamir edilemezler.
• DNA
metilasyonu
en
iyi
karakterize
kimyasal
modifikasyondur. Memelilerde, neredeyse tüm DNA
metilasyonları CpG dinükleotidlerinin sitozin rezidülerinde
gerçekleşir. Genomun yüksek yoğunluktaki CpG bölgelerine
CpG adacıkları denir, ve de bu adacıkların DNA
metilasyonu, transkripsyonu baskılama yoluyla gen
sessizleştirmesine neden olur.
metillenmiş
CpG adası
“relaxed”
chromatin
Kapalı
kromatin
yapısıstructure
of a nonimprinted gene
Metilasyon gametogenezde silinir ve
embiryogenezde oluşur.
.
DNA demetilasyonu erken embiryo dönemi
3s
6s
8s
Aphidikolin İlk met.
P
P
P
M
M
M
P
M
22s 2 hücre
Mayer, W., N iveleau, A., W alt er, J., Fundele, R. & Haaf , T. ( 20 0 0) Natu re
4 0 3, 50 1-2
45s 4 hücre
DNA metilasyon paterninin
kurulması
• Metilasyon patterni genomlarda her yeni generasyonda
yeniden
düzenlenir.
Sense
(anlamlı)
metilasyon
epigenetik bir olaydır.
• Tüm
metilasyon erken
yeniden düzenlenir.
embiryogenezde oluşur ve
Epigenetik değişimler birçok Mendel Kurallarına
uygun olmayan kalıtım biçimini açıklar.
2003 American Society for
Microbiology
SAME GENOME,
DIFFERENT
EPIGENOME:
Variability in CpG
methylation at the
agouti locus
causes differences
in coat color
among genetically
identical mice.
Maternal nutrition
affects the
phenotype of
offspring by
influencing the
degree of CpG
methylation at the
agouti locus.
(Reprinted with
permission, Molec
Cell Biol, Aug
2003)
DNA Metilasyonu
Nonagouti olarak da
bilinen, fare agouti
lokusu, cilt rengini
etkilemektedir.
En iyi çalışılmış DNA
metilasyon sistemidir.
39/62
DNA metilasyon özellikleri
•
•
•
•
•
Transkripsiyonal “silencing”
Genomu transposizyondan koruma
Genomik imprinting
X inaktivasyonu
Doku spesifik gen anlatımı
Histon kromatin modifikasyonları
• Protein ekspresyonu DNA tarafından
kromatinin çeşitli modifikasyonları ile
etkilenir:N-histon terminalindeasetilasyon, metilasyon, fosforilasyon ,
ubiquitilasyon ve Sümoylasyon gibi.
Epigenetik kromatin regulasyonu
A. DNA düzeyinde
1. sitozin metilasyonu
B. Histon modifikasyonu - histon kodunda
1.
2.
3.
4.
Histon
Histon
Histon
Histon
asetilasyonu
metilasyonu
fosforilasyonu
ubiquitilasyonu
Histon asetilasyonu
• Asetillenmiş histonlar kromatini
açarlar ve transkripsiyon oluşur.
Histonlar HAT (histon asetilaz)
ile asetillenirler.
Histon de-asetilasyonu
• Deasetillenmiş histonlar sıkıca
paketlenirler ve transkripsiyon
faktörlerine kapalıdır.
• Histonlar HDAC (histon de-asetilaz)
ile etkilenirler.
HAT: Histon AseTilaz, HDAT: Histon DeAseTilaz
Histon Asetilasyonu
Hipoasetilasyon:
Nükleozomlar
arası güçlü
bağlantılar
Histone
deacetylase
Asetilasyonun 2
fonksiyonu vardır:
1. Pozitif yüklü lizin
rezidülerini nötralize eder.
Hiperasetilasyon (sarı):
2. Histon uçları ile yapısal
Nükleozomlar arası zayıf bağlantılar:
proteinler arasındaki
Histon uçları DNA’yı sınırlamaz ve
bağlantıları destabilize
transkripsiyon faktörleri DNA’ya bağlanabilir.
eder.
Histon fosforilasyonu (H3)
1. Histonlar mitoz sırasında
fosforillenirler.
2. Histonlar signal iletişiminde de
fosforilasyon gösterirler.
Genomik “imprinting”
Bazı genler sadece maternal
genomda ve bazıları ise
sadece paternal genomda gen
anlatımı yaparlar.
Genomic Imprinting: "Parent
specific expression or
repression of genes or
chromosomes in offspring.
(On-line Medical Dictionary)"
Genomik “imprinting”
İnsanda yaklaşık 40 kadar gen
imprinttir. - Örneğin : igf2, h19,
igf2r ve Angelman ve Prader
Willi genleri. syndromes
İnsanda Mendel Kalıtımı
Hangi ebeveynden gelirse gelsin
kalıtım eşdeğerdir.
İnsan genomunda
imprint
gösteren bölgeler
Maternal homolog-sol
Paternal homolog-sağ
imprinting
paternal
allelin
ekspresyonu
imprint genler metillenmiştir ve
kromatin yapısı değişmiştir
CpG adası
imprint olmayan gende
kromatin gevşek yapıdadır.
promotör metilasyonu önemlidir.
Metil CpG bağlayan proteinler
imprinted
imprint
bölge
ekspresyon
Promotör
Neden imprint?
Çoğu imprint genler fetal büyüme ile ilişkili:
paternal ekspresyon fetal büyümeyi arttırır.
maternal ekspresyon fetal büyümeyi azaltır.
Teori:
Paternal ekspresyon
Fitnessi arttırır.
Maternal ekspresyon
Dişinin çoğalma
gücünü arttırır.
İmprinting ve insan hastalıkları
15.Kromozom
Angelman sendromu
Prader-Wili sendromu
Prader-Wili sendromu (PWS)
• 1/15,000
• Değişik anomaliler
• Orta düzeyde mental
gerilik (maternal imprint ve
paternal ekspresyon PWS).
Angelman syndrome (AS)
İleri düzeyde mental gerilik
•Çeşitli anomallikler
•1/15,000
•(paternal imprint ve
•maternal ekspresyon
•AS (ubiquitin ligase gene)
İmprint genler 15q
maternal imprint ve paternal ekspresyon
PWS
IC
paternal imprint ve maternal ekspresyon AS
(ubiquitin ligase gene)
UBE mutations on maternal 15 ->angelman syndrome
 Polycomb/Trithorax Sistemleri
• Polycomb ve Trithorax adlı protein grupları, evrim süresince
korunmuş, çok önemli epigenetik efektörlerdir.
• Hem Polycomb hem de Trithorax protein grupları, kromatini
yeniden şekillendirerek; DNA’nın gen transkripsiyonu için
ihtiyaç duyduğu faktörlere ulaşabilirliğini değiştirirler.
• Bu şekilde, Polycomb protein grubu, kromatin düzeyinden
işleyerek genleri sessizleştirirken, Trithorax grubu da söz
konusu genleri aktifleştirirler.
• Bu gruplar hem Drosophila’da hem de insanda çalışılmıştır ve
de gelişim açısından önemli genleri kontrol ettikleri; ayrıca
bu gen ekspresyon kalıplarını, stabil bir şekilde
“ezberledikleri” görülmüştür.
Epigenetik kalıtım
– Tek gen
• paternal veya maternal-anlatım =
“Imprinting”
• Bir veya diğer allel bir hücrede
anlatım yapar fakat asla ikisi
birden yapmaz, = “random”/mozaik
monoallelik anlatım
– Tüm kromozom: X-inaktivasyonu
(mozaik)
X-inaktivasyonu
XX
A: 46, XY
B: 46, XX
C: 47, XXX
D: 48, XXXX
E: 49 XXXXX
Imprinting ve X-inaktivasyonu
Kodlama yapmayan uzun
RNA (Xist) ekspresyonu
X-inaktivasyon
bölgesinde (X-inactive
specific transcript).
Paramutasyon –
Bir allelin ekspresyonunun diğer
allele ilgili olarak değişmesi.
Bir paramutabl allel paramutagenik
allele ilişkiden sonra paramutant allel
olur.
Paramutant allel sonraki
generasyonlarda genelde stabildir.
Mısırda paramutasyon
lokus
Para-mutable
allel
Para-mutagenik Reversible
allel
Paramutant
allel paramutagenik
DNA
metilasyonu
r
R-r
R-sc
evet
evet
evet
b
B-I
B’
hayır
hayır
hayır
pl
pl-Rh
pl’-mah
evet
evet
hayır
Ribo-gnome
• 1969 Britten ve Davidson (RNA; ökaryotlarda
hangi genler çalışacak hangileri çalışmayacak
karar verir).
• miRNA, siRNA, rasiRNA (oluşumu farklı işlevleri
ayni)
• Sadece mi RNA’lar insan genlerinin 1/3 ünü
düzenler.
• Bu RNA lar olmaksızın kök hücreler kaybolur,
beyin- kaslar gelişemez, çiçekler şekil alamaz,
işlevsel sentromerler oluşamaz,......
Küçük RNAların oluşumu
•
•
•
•
Özel endonukleaz (Dicer) çift iplikli RNA için
dsRNA ve siRNA bağlanan protein (Argounate)
dsRNA, siRNA (21-25 nukleotid)ya dönüşebilir.
1990 da Petunia’da ko-supresyon ve 20.yüzyılın
sonunda RNA “silencing” RNAi gösterilmiştir.
• miRNA 70 nukleotidlik “hairpin”yapılardan oluşur.
• 2005 te 1650 miRNA geni bulunmuştur. 227si
insan, 21i insan virüsleri kökenlidir ve 1648 tanesi
21. yüzyılda bulunmuştur.
Ribo-gnome: The Big World of Small RNAs
*
Phillip D. Zamore and Benjamin Haley
RNAi ile Gen sessizleştirilmesi
~22nt RNAs
dsRNA
işlem
~22nt siRNAs
amplifikasyon
hedef
mRNA
yıkım
dağılım
tanıma
kopyalama
+
işlem
sekonder
siRNAs
siRNA’lar
• siRNA; yabancı DNA, transpozonlar ve tekrarlanan dizileri
sessizleştirir.
• Bitkilerde siRNA’lar, dsRNA’nın Dicer-benzeri proteinler
tarafından 24 nt’lik uzunlukta kesilmesi ile oluşur.
• siRNA’lar AGO proteinleri ile birleşerek susturucu
kompleksleri meydana getirir.
• Susturucu kompleksler RNA hedefleri üzerinde posttranskripsiyonel olarak çalışır: onları keser veya
translasyona müdahale eder.
• Bu kompleksler kromatin üzerinde de DNA metilasyonu
veya histon modifikasyonları ile sessizleşme sağlar.
microRNA’lar – miRNA’lar
• miRNA’ların siRNA’lardan oluştuğu
düşünülmektedir ve benzer şekilde üretilip
işlem görür.
• Bitkilerde oldukça korunmuş az sayıda miRNA
ve korunmamış çok sayıda miRNA vardır.
• miRNA’lar, spesifik MIR genleri tarafından
kodlanır ancak “trans-acting” düzenleyici
proteinler oldukları için başka genlerle çalışır.
• miRNA’lar bitkilerde gelişimsel ve fizyolojik
olayları düzenler.
Bazı korunmuş miRNA’ların hedefleri
miRNA gen ailesi
Hedef gen ailesi
İşlev
156
SPL transkripsiyon
faktörleri
Gelişimsel zamanlama
160
ARF transkripsiyon
faktörleri
Oksin cevabı, gelişim
165
HD-ZIPIII transkripsiyon
faktörleri
Gelişim, polarite
172
AP2 transkripsiyon
faktörleri
Gelişimsel zamanlama,
çiçeksel organ tayini
390
ARF transkripsiyon
faktörleri üzerinde çalışan
TAS3 (tasiRNA)
Oksin cevabı, gelişim
395
Sülfat taşıyıcı
Sülfat alımı
399
Protein ubikitinasyonu
Fosfat alımı
Adapted from Willmann, M.R., and Poethig, R.S. (2007) Conservation and evolution of miRNA regulatory programs in
plant development. Curr. Opin. Plant Biol. 10: 503–511..
Small RNA’lar genomun düzenlenme ve
savunmasına katkı sağlar ve baz çifti
eşleşmesi ile sessizleşme özgünlüğünü
düzenler.
siRNA hedefleri; çok tekrarlara sahip
heterokromatin, transpozonlar, virüsler veya
diğer patojenleri kapsar.
miRNA ve siRNA hedefleri;gelişimsel
zamanlama veya motifi etkileyen düzenleyici
genler, besin dengesi ve stres cevabını
içerir.
Epigenetik, gelişme ve nuklear klonlama
(Reik et al. 2001. Science 293: 1089
Rideout et al. 2001. Science 293:1093)
Donor hücre
nukleusu
Blastosit
Yenidoğan
Erişkin
ES Hücreler
10-20 %
5-21 % blastosit
15 % blastosit
Fibroblast
58%
0.5 – 1 %
blastosit
0.5 % of
blastosit
Verici kromatin oosit içinde yeniden modellenir.
Extensive Changes in the Human Epigenome During Development
CMMT NEWS RELEASE
May 6th, 2011
In close partnership with the laboratory of Dr. Wendy Robinson at the Child & Family Research
Institute, Dr. Michael Kobor’s team from the Centre for Molecular Medicine and Therapeutics
reports unexpected plasticity in the human epigenome in an article published in the
Epigenetics and Chromatin.
journal
The human body contains more than 200 different cell types that form distinct tissues such as brain,
kidney, and skin. Despite looking very different and performing very different functions, all these
cells contain roughly the same 25,000 genes. However, the pattern and extent by which these genes
are active differs from cell type to cell type, with these signatures being controlled by persistent
epigenetic mechanisms. The latter refers to regulation of the genome that does not involve sequence
changes to the DNA but rather chemical modifications of the material that packages the almost 2m
of cellular DNA into the tiny cell nucleus.
In the present study, Dr. Kobor’s laboratory measured DNA methylation, one key epigenetic mark, in
various tissues from fetuses, including those with chromosomal trisomy 18 and trisomy 21. While the
presence of an extra chromosome only resulted in minor changes in the DNA methylation pattern,
these differed significantly between the tissues. Even more dramatic were the changes when the
team compared the fetal tissue DNA methylation pattern to stem cells or corresponding adult
tissues. Co-author and lead team member from the Kobor laboratory, Sarah Neumann, says: "This
work provides us with snapshots of DNA methylation as it changes from the time that you comprise a
few cells to when you're a full grown adult - our DNA code doesn't do that”. According to Dr.
Kobor, this now puts his team in an ideal position to decipher the influences that lead to these agedependent changes, and how these might be mis-regulated in diseases.
primordial germ hücreler  Parent--origin imprint silinir
 mitoz
spermatogonia / oogonia
 mitoz
Primer spermatosit / oosit
 mayoz
 Parent--origin imprint kurulur
sperm / yumurta
 fertilizasyon
zigot
 Aşırı de-metilasyon (Parentorigin imprint kalkar)
 mitoz
erken embiryo
 DNA re-metilasyon başlar
 mitoz


germ hüc. stem hüc.  Kromatin plastisitesi
 mitoz
 Kromatin sınırlanır
erişkin somatik hücreler
Kanser epigenetiği
Feinberg and Vogelstein (1983): DNA metilasyon kaybı
Feinberg and Tycko, 2004
Alternative CpG
Metilasyon
modelleri
Kanser
Differences in DNA methylation patterns between normal cells and
cancer cells. A typical CpG island near the transcription start site of a
sample gene is constituted by a CpG-rich region that in normal cells is
mostly unmethylated (
), while the downstream areas within the body
of the gene and more 3′ contain a low frequency of CpG dinucleotides.
Those downstream CpGs are predominantly methylated (•). This DNA
methylation pattern allows the gene to be actively transcribed
(arrow = transcriptional start site). In a cancer cell the promoterassociated CpG island is often hypermethylated and transcriptionally
silenced (arrow with X), whereas the downstream CpG sites are
hypomethylated. Numbered boxes represent exons 1, 2 and 3. Each
lollipop indicates a CpG dinucleotide; open circles represent
unmethylated cytosines, closed circles represent methylated cytosines.
HAT, histone acetyltransferases; A, transcriptional activators; TF,
transcription factors; DNMT, DNA methyltransferases; MBP,
methylcytosine-binding proteins; HDAC, histone deacetylases; R,
transcriptional repressors.
BRCA1 & BRCA2 sporadik
meme kanserinde rol oynar.
Promotör hipermetilasyonu BRCA1 inaktivasyonunda
önemli rol oynar. Kapalı kromatin yapısı oluşumuna yol
açar.
• Kanserleşmede çok sayıda ilişkili epigenetik mekanizmalar rol
oynar.• Gen aktivasyonu
• • Hipometilasyon ve imprint kaybı
• • Histon hiperasetilasyonu
• • Histon H3K4 hipermetilasyonu
• • Non-coding RNA alterasyonları
• • Gen inaktivasyonu
• Kusurlu DNA metilasyonu ( promoter CpG adalarında)(bir çok
tumör supressör gende)
• • Metil-bağlayan proteinler
• • Histon deasetilasyonu
• • Histon H3K9 hipermetilasyonu
• • Histon H3K27 hipermetilasyonu
• • Non-coding RNA alterarasyonları
• • KANSERDE EPİGENETİK KUSURLAR GENETİK
KUSURLARDAN FAZLADIR:
Seminar: Mining the Cancer epigenome: why
is it important?
24 May 2011
Presenter: Professor Susan Clark, Senior Principal Research Fellow, Group Leader,
Epigenetic Research Laboratory, Garvan Cancer program, The Garvan Institute of
Medical Research
Lamarck
Jean Baptiste Pierre Antoine deMonet, Chevalier
de Lamarck (1744-1829)
Annual Reviews
Human Epigenome Project (HEP) - Data
The Human Epigenome Consortium is a public/private collaboration that aims
to identify and catalogue Methylation Variable Positions (MVPs) in the human
genome. As a prelude to the full-scale Human Epigenome Project (HEP), we
have recently completed a pilot study of the methylation patterns within the
Major Histocompatibility Complex (MHC) - a region of chromosome 6 that is
associated with more diseases than any other region in the human genome.
We have identified MVPs in the vicinity of the promoter and other relevant
regions of approximately 150 loci within the MHC in tissues from a range of
individuals. This will provide an unprecedented insight into the complex
relationship between genetics and epigenetics that underlies both normal
cellular homeostasis and disease states, in particular autoimmune diseases.
For the pilot project, we developed
an integrated genomics-based technology
here
For
Instructions
click
platform. The pipeline involves the automated bisulphite treatment of DNA from
minute tissue biopsies, gene-specific bisulphite PCR and large-scale
sequencing of PCR amplicons. Analysis and quantification of methylation
patterns is achieved by mass spectrometric and microarray assays.
Pombe Genome Browser
Welcome to the Schizosaccharomyces pombe Epigenome Home Page.
This page is a gateway that provides access to comprehensive analysis
of the epigenetic profile of the S. pombe genome. It makes use of the
UCSC genome browser to integrate disparate genomic data sets,
generated by Shiv Grewal's laboratory, under one common
interface. At the moment, this site contains information related to
distributions of histone modifications such as methylation of histone
H3 at lysine 4 and lysine 9, heterochromatin and RNAi components,
and siRNAs described in Cam et al. Nature Genetics 37, 809 - 819
(2005). As more data sets become available, they will be added and
integrated with existing data sets
Epigenom çalışmalarında; genomda
metilasyon profili gösteren bölgelerin
tanımlanması için kullanılan yöntemler:
• DNA metilasyon
haritalamaları
• DNA bisülfit uygulaması
• Restriksiyon enzim
teknikleri
• Mikroarray
• ChIP
• Histon modifikasyon
• ChIP
haritalamaları
• Kromatin yapısının • Kromatin fraksiyonlaması
fiziksel incelemeleri
Epigenetik Mekanizmaların
Kalıtımı
• Hücreye kimliğini kazandıran, yani
fenotipini ortaya çıkartan epigenetik
mekanizmaların, mitoz sırasında bir
sonraki hücre soyuna nasıl aktarıldığı,
maalesef halen bir merak konusudur.
• Aynı
şekilde,
bu
bilginin,
organizmalarda,
sonraki
generasyonlara nasıl aktarıldığı da pek
anlaşılamamıştır.
Epigenetik Mekanizmaların Kalıtımı
• Ancak, bu epigenetik işaretlerin ya da bu epigenetik
regülasyonun dölden döle aktarıldığına dair sayısız
kanıt mevcuttur.
• Erişkin
Drosophila’ların oluşumundan sorumlu
embriyonik
hücreler,
ortamlarından
çıkarıldıklarında, bölünmeye devam ederler.
• Gelişmekte olan embriyoya geri konduklarında da,
bacak veya kanat gibi, ilişkili oldukları yapıyı
oluşturmaktadırlar.
• Hücreler
kendi
kimliklerini
hatırlamakla
yetinmiyorlar, bu bilgiyi hücre bölünmesinde diğer
hücrelere de aktarıyorlar.
Epigenetik Mekanizmaların Kalıtımı
• Geniş çaplı bir araştırma, annenin davranışlarının,
bebeğin DNA’sını etkileyebildiğini gösteriyor.
• Bu etkinin potansiyel mekanizması; anne sütü ile
beslenen
farelerin,
glükokortikoid
reseptör
kodlayan geninin DNA metilasyonundaki değişimi ile
açıklanmaktadır.
• Embriyonik farelerin, antiandrojenik bir bileşik olan
vinklozin’e maruz kalmaları; spermatogenesisin
azalmasına neden olmuştur.
• Ve de, bu fizyolojik etki, sonraki bir çok
generasyonda da gözlenmiştir.
Epigenetik Mekanizmaların Kalıtımı
Bitkilerle yapılan bir çalışma, aşağıdaki sonuçları
ortaya koymuştur:
• Strese maruz kalan bitkiler, gen ekspresyonlarını
değiştirerek,
değişen
ortama
adaptasyon
sağlamışlardır. Bunun için gerekirse genomlarını
destabilize bile etmişlerdir. Böylelikle yeni bir
fenotip ortaya çıkarmışlardır.
• Yeni fenotipe sahip bitkiler, stres ortamından
uzaklaştırılmalarına rağmen, dört generasyon
boyunca bu adaptasyonu korumuşlardır. (yani stresten
ortaya çıkan adaptif fenotipik değişiklikler 4 sonraki nesile kadar
aktarılmıştır.)
• Strese maruz kalmanın hafızası mevcuttur ve de bu
hafıza dölden döle aktarılabilmektedir.
Epigenomik:Kromatin modifikasyonlarının
ve transkripsiyon faktörleri ile genom
ilişkilerinin araştırılması.
“Epigenomics: Large scale analysis of
chromatin modifications and transcription
factors/genome interactions”
Ökaryotlarda gen anlatım düzenlenmesi:
-mRNA transkripsiyon
-kromatin yeniden modellenmesi (epigenetik)
-aktivatörler, repressörler, transkripsiyon
faktörleri, vb..
-mRNA işlenmesi
-mRNA transport
-mRNA yıkım
-RNA interferans (sessizleşme)
-translasyonal kontrol proteinlerin sentezi
-posttranslasyonal kontrol: protein yıkımı, vb.
Genetik alanında yapacağınız
çalışmalara “Epigenom” çalışmalarının
da eklenmesi temel genetik kavramlarla
açıklayamadığınız pek çok olayın daha iyi
açıklanmasına katkılar sağlayacaktır.