Epigenetik - WordPress.com
advertisement
17.02.2016 Epigenetik Dr. Umut Fahrioğlu Epigenetik • Epigenetik DNA üzerinde, ama DNA dizisinde olmayan ve gen ifadesini etkilen kalıtsal faktörleri araştıran ve inceleyen bilim dalıdır. • Hücre genomunda iki tür bilgi yeralır: • Genetik bilgi: Bir hücrenin düzgün işleyişi için gerekli olan tüm proteinlerin oluşumu için gerekli bilgileri sağlar. • Epigenetik bilgi: genetik bilginin nasıl, nerede ve ne zaman kullanılacağı konusunda ek bilgi sağlar. 1 17.02.2016 Epigenetik kalıtım • Bu kalıtım şeklinde, nükleer bir gene veya bir kromozoma yapılan bir modifikasyonla ifadesi değişir...Bu değişim jenerasyonlarca değişmeden kalmaz. • Bu değişiklikler oogeneze, spermatogenez ve embryonik gelişimin ilk evrelerinde olur. (Bu değişiklikler DNA dizisinde değişiklik değildir.) • Bir kez bu değişiklikler olduysa bunlar o kişinin yaşamı boyunca kalıcı olabilir ve kişinin fenotipini etkiler. (Bir nesilden diğer nesile kalıcı değildirler). 2 17.02.2016 Two main examples of epigenetics • Dozaj kompansasyonu • Genomik «imprint» (iz) Dozaj kompansasyonu • Dozaj kompansasyonu iki cinsiyet arasında Xkromozomundaki birçok genin dozajlarının ayni kalmasını amaçlar. • Memelilerde, bu işlem embryonik gelişim esansında aktif hale gelir. • Dişi memeliler X inaktivasyon denilen işlemle Xkromozomlarından bir tanesini kapatarak ifadeyi eşitler. 3 17.02.2016 No dosage compensation in birds Bir X kromozomunun inaktivasyonu • 1949’da, Murry Barr ve Ewart Bertram dişi kedilerde interfaz evresindeki somatik hücrelerin çekirdeklerinde çok yoğun bir bir kütle gördüler. • Bu yapı erkek kedilerde gözlemlenmedi. • Daha sonra bu yapıya Barr body denildi. • 1960’da, bu yapı sıkıştırılmış bir X kromozomu olduğu doğrulandı. 4 17.02.2016 Kürk rengi ve X inaktivasyonu • Memelilerde kürk rengi alacalı olabilir. (Erkeklerde mi dişilerde mi?) • X-bağlı bir genin turuncu ve siyah allelleri için heterozigotluk. Gökkuşağı ve Copycat Klonlanmış kedi: Genom tıpatıp ayni Fakat anneden farklı görünüyor. 5 17.02.2016 İnaktivasyonda Lyon hipotezi • • • • Xb ve XB İçin iki alleldir. Xb beyaz kürk rengi içindir. XB siyah kürk rengi içindir. X-inaktivasyonu için gerçekleşen olay rastgeledir. • Bir kere bir X kromozomu seçildi mi o hücrenin tüm soyu ayni X kromozomunu kalıcı olarak inaktif hale getirecektir. 6 17.02.2016 İnaktivasyon esnasında ve sonrasında • Kromozom DNA’sı sıkıştırılır ve Barr body oluşur. • Bu sıkıştırmadan dolayı X kromozomundaki birçok gen kendini ifade edemez. • Hücre bölünmesi esanasında inaktif X-kromozomu da replikasyona uğrar ve her iki kopya da replikasyondan sonra sıkıştırılmış ve inaktif kalır. • Dolayısıyla, bundan sonra takip edecek tüm hücre bölünmelerinde inaktif X kromozomu tüm kardeş hücrelere aktarılacaktır. • Araştımalar göstermiştir ki memeli hücreleri somatik hücrelerinde bulunan x-kromozomu sayısını sayabilirler ve sadece bir tanesinin aktif kalmasına izin verirler. • Eğer 3 veya 4 X kromozomu varsa? O zaman ne olur? 7 17.02.2016 X-inaktivasyon merkezi ve Xist Geni • İnaktivasyonun genetik kontrolü moleküler düzelde tam olarak anlaşılmış değil. • X-kromozomundaki bir bölgenin rol oynadığı düşünülüyor. Bu bölgeye X-inactivasyon merkezi (centre) (Xic) denir. • X kromozomunun sayımı kaç tane Xic olduğunu sayarak yapılır. • Kromozomda Xic eksikse inaktivasyon gerçekleşmez. • İnsanlarda iki tane full aktif X kromozomu olması embryonik evrede ölümcül bir durumdur. 8 17.02.2016 Xist • Xic içerisinde özel bir genin ifadesi gereklidir. • 1991’de keşfedilen bu genin adı Xist’tir (X-inactive specific transcript) yani X-inaktife ait transkript. • X-kromozomundaki çoğu gen susturulur. • Bu genden üretilen ürün bir RNA molekülüdür ve bu RNA bir protein kodlamaz. Xist’ karşı Tsix • Xist RNA’sının rolü X-kromozomunu kaplamak ve onu inaktif hale getirmektir. • Xist RNA kromozomu kapladıktan sonra proteinler bu RNA ile etkileşerek kromozomun sıkıştırılarak Barr body oluşturulmasını sağlar. • Xic bölgesinde ikinci bir gen mevcuttur. Bu gene Tsix denir ve görevi X-inaktivasyonunu engellemektir. • Bu iki gen örtüşmektedir ve ters yönlerde transkripsiyonları olmaktadır. (Tsix, Xist tersten yazılımıdır zaten). • Eğer bir X-kromozomunun Tsix geninde bir mutasyon varsa tercihen o kromozom inaktif hale getirilir. 9 17.02.2016 X Kromozomu kontrol elementi (Xce) • Xce X-kromozomu inaktivasyon seçimini etkileyen diğer bir bölgedir. • Güçlü bir Xce bölgesi taşıyan X-kromozomlarının aktif kalması daha olasıdır. • Xce, Xic’ çok yakındır ve bir parçasını içine alır. • Tam olarak nasıl çalıştığı bilinmemektedir. İnaktivasyonun 3 fazı • Başlangıç: ▫ Embryonik gelişim sırasında olur. • Yayılma: ▫ Yine embryonik gelişim sırasında olur. • Sürdürülmesi: ▫ Embryonik gelişimden yetişkin hayata kadar devam eder. 10 17.02.2016 Genetik «Imprinting» iz • Imprinting hafizası olan bir işaretleme anlamına gelir. • Genetik imprint bir DNA parçasının işaretlenmesine ve işaretin organizmanın ömrü boyunca hatırlanmasına denir. • Bu genellikle Mendel dışı kalıtıma neden olur çünkü organizma maternal ve paternal alleli ayırt edebilmesini olası kılar. • Buna monoallelik ifade denir. Igf2’nin imprintlenmesi • Igf 2 geni «the insulin-like growth factor 2» proteinini kodlar (insülin benzeri büyüme faktörü). • Paternal Igf2 aktif kalacak şekilde imprintleme olur ve maternal Igf2 kullanılmaz. • Paternal allel RNA üretir ama maternal allel transkripsiyonel olarak inaktiftir ve RNA üretmez. • Igf2 normal bir ebat için gereklidir. Bozuk bir Igf2 (Igf2-) geni farelerde cüceliğe neden olur. • Tabii ki fenotip mutant geni size hangi ebeveynin verdiğine bağlıdır. 11 17.02.2016 Hücre düzeyinde imprinting • 3 evre vardır: 1. Gametogenez esnasında imprintin oluşturulması. 2. İmprintin embryogenez ve yetişkin somatik hücrelerinde devamı. 3. İmprintin germ hücrelerinde silinmesi ve tekrar yapılandırılması. • Imprintleme tek bir geni, bir kromozomun bir parçasını, tüm bir kromozomu (keseli hayvanların veya ev sineğinin X kromozomu) veya bazı türlerde bir ebevynin tüm kromozomlarını kapsayabilir. 12 17.02.2016 Genlerin veya kromozomların imprintlenmesi metilasyon içeren moleküler bir işlemdir. • DNA metilasyonu sitozin bazlarına metil gruplarının eklenmesi işlemidir. • Genomik imprintleme imprintlenen gen civarında «imprtinging control region (ICR)» (imprint kontrol merkezi) gerektirir. Bu bölgenin bir kısmına farklı metillenmiş bölge «differentially methylated domain (DMD)» denir. • Gene bağlı olarak bu blge ya spermde ya da yumurtada ama asla ikisinde de metillenmez. • ICR transkripsiyonu kontrol eden bir iki gen için de bağlanma dizileri içerir. 13 17.02.2016 Metilasyon • CpG dinükleotidinde bulunan sitozinin 5. karbonda metillenmesi (metil(–CH3) grubunun eklenmesi). • DNA iki zinciri de metillenir. DNA metiltransferazlar • Metil grubunu DNA’daki sitozinin 5 numaralı karbonuna ekleyen enzime DNA metiltransferaz denir. • Her iki zincir de metillendiğinde buna ful metilasyon denir. Sadece bir zincir metillendiğinde buna yarı metilasyon denir. • Metilleme CpG adalarında olur. Bu CpG adaları genellikle 1000-2000 bp uzunluğunda olup yüksek sayıda CpG içerirler. 14 17.02.2016 Metilasyon ve transkripsiyon • Metilasyon transkripsiyonu engelleyen proteinlerin bağlanmasını daha fazla artırabilir. • VEYA metilasyon transkripsiyonu artıran proteinlerin bağlanmasını engelleyebilir. • VEYA her ikisi de olur. • Sonuç olarak...transkripsiyon engellenir ve gen susturulur. • Metil-CpG-bağlanma proteinleri özel DNA bağlanma bölgeleriyle metillenmiş DNA dizilerine bağlanır. • Bağlandıktan sonra diğer proteinleri de o bölgeye çağırarak transkripsiyonu engellerler. • Fakat istisnalar vardır...(birazdan) 15 17.02.2016 H19 ve Igf2 • ICR metillenmemişse, CTC bağlanma proteinleri ICR’ye bağlanır ve transkripsiyon aktivasyon proteinlerinin bağlanmasını engellerler. Igf2’yi kapatır ve H19’u açar. 16 17.02.2016 Imprintleme ve insan hastalıkları • Prader-Willi Sendromu (PWS) ve Angelman Sendromu (AS) gibi insan hastalıkları imprintlemeden etkilenir. • PWS ‘de azalmış motor fonksiyonları, obezite ve küçük el ve ayaklar vardır. • AS olan kişiler zayıf ve hiperaktif olurlar. Mental problemler, sıradışı nöbetler ve tekrarlayan simetrik kas hareketleri vardır. • Çoğunluklar, AS ve PWS kromozom 15’de küçük bir delesyondan dolayıdır. • Delesyon anneden geçerse AS ama eğer babadan geçer PWS olur. PWS ve AS • AS işlev gören maternal UBE3A eksikliğinden dolayı olur. • PWS işlev gören paternal SNRPN eksikliğinden dolayı olur 17 17.02.2016 Uniparental dizomi (UPD) • Uniparental dizomi (UPD) bir kişinin bir kromozomu veya bir kromozomun parçasını sadece tek bir ebeveyinden almasına denir. Diğer ebevynden hiç katkı olmamasına. • UPD yumurta veya sperm üretimi sırasında veya embryonik dönemin ilk aşamalarında olabilir. • Çoğu zaman, UPD’nin kişinin sağlığı üzerinde bir etkisi yoktur çünkü birçok gen imprintli değildir. İzodizomi ve heterodizomi • Izodizomi bir çocuk ayni kromozomun iki kopyasını alırsa olur. • Heterodizomi bir çocuk her homologtan bir kopya aslırsa olur. 18 17.02.2016 Rett sendromu • Rett sendromu metilli CpG bağlanma proteini olan MECP2 geninde bir mutasyondan dolayı olur. • MECP2 beyin gelişimi için gereklidir ve birçok genin ifadesini artıran veya genlere kendilerini kapatmalarını söyleyen anahtarlardan biridir. • MECP2 proteini olmadığında, veya çalışmadığında veya hatalı olduğunda veya yanlış miktarlarda üretildiğinde diğer birçok genin de ifadesi etkilenmektedir. • The MECP2 geni kişinin X kromozomunda bulunur. 19 17.02.2016 Rett sendromu devam • Rett sendromu kişinin beyninde ve omur iliğinde bazı hücrelerin normal bazı hücrelerise normal olmamasından dolayı olur (çocuk yaşar fakat çok büyük sağlık problemleri vardır). • Bu hastalık çocukta bir tane normal MECP2 taşıyan X-kromozomu bir tane de bozuk MECP2 taşıyan Xkromozomu olduğunda olur. Bu sendromu olan çocuklar nerdeyse her zaman kız çocuklardır. • Rett sendromunun erkeklerde görülen ender vakaları erkek ekstra X kromozomu ile doğarsa olur. (XXY; Klinefelter sendromu), veya bu değişiklik sadece erkeğin bazı hücrelerinde olursa görülür (mozaiklik). Kromatinin yeniden yapılanması • Kromatinin yeniden yapılanması kromatin yapısında hücrenin ömrü boyunca olabilecek dinamik değişiklikleri anlatır. • Bu değişiklikler yerel olup sadece birkaç nükleozomu etkiler veya kromatinin yapısını büyük mesafelerde etkiler. • Kromatin kapalı konformasyonda ise transkripsiyon zor veya imkansız olabilir. • Kromatin açık konformasyonda ise kromatin transkripsiyon faktörleri ve RNA polimeraz tarafından daha kolay ulaşılabilirdir ve transkripsiyon daha kolay olur. 20 17.02.2016 Histon modifikasyonları • Histonların translasyon sonrası modifikasyonları gen aktivasyonuna veya gen susturulmasına neden olabilir. ▫ Gen aktivasyonu: Asetilleme Fosforilleme ▫ Gen susturulması: Sumolama Deiminasyon Prolin izomerizasyonu ▫ Her ikisi de: Metilasyon Ubiquinasyon Kromatini kontrol eden enzimler • • • • Histon Asetiltransferazlar (HATs) HDACs (Histon Deasetilazlar) Histon Metiltransferazlar Kinazlar 21 17.02.2016 22 17.02.2016 The Immun yetmezliği, Sentromerik bölge instabilitesi, Fasial anomaliler sendromu (ICF) • Otozomal resesif bir hastalıktır (çok ender, dünyada sadece yaklaşık 50 vaka vardır) • ICF’de DNA’nın hipomitilasyonu söz konusudur ve bunun nedeni DNA metiltransferaz genlerinde birinde mutasyondur (DNMT3B). • Bu DNA hipometilasyon 1qh, 9qh, ve 16qh, bölgelerindedir ve bu tüm kromozom kol delesyonlarına, kromozom kırıklarına, gerilme (dekondensasyondan dolayı) ve multiradial kromozom kavşaklarına neden olur. 23 17.02.2016 Rubinstein-Taybi sendromu • CREBBP (CBP) ve EP300 genelerinde mutasyon (HAT ailesinin iki önemli geni) ve kromozom 16 (kısa kol delesyonu) Rubinstein-Taybi sendromu vakalarının yarısından fazlasının nedeni olarak gösterilir. • Eğer CREBBP geni veya EP300 geninin sadece bir kopyası bile mutasyona uğrar veya delesyona uğrarsa hücreler normal protein miktarının sadece yarısını yapar. • RTS patogenezi CBP histon asetiltransferaz disfonksiyonundan dolayı epigenetik histon kodunun değişmesinden dolayıdır. Bu olay gen regulasyonunun bozulmasına neden olur. 24 17.02.2016 Alfa talasemi X-bağlı intellektüel yetersizlik sendromu • Bu hastalık nerdeyse sadece erkekleri etkilen bir hastalıktır. • Yüksek derecede gelişim geriliği, fasial dismorfizim, genital abnormaliteler ve alfa talasemi. • Bu sendrom ATRX geninderki mutasyonlardan dolayı oratay çıkar. • ATR-X proteininin kromatin yapılandırılmasında rol oynadığı düşünülmektedir. Bunu metilasyona bağlı bir mekanizma ile yaptığı beklenmektedir. • ATRX mutasayonları heterokromatik bölgelerde farklı DNA metilasyon şekillerinin değişimine neden olur. Ama klinik feotipe bunun mu denen olduğu tam olarak bilinmemektedir. 25 17.02.2016 Coffin-Lowry sendromu • Kraniofasial (kafa ve yüz) ve iskelet abnormaliterleri, mental retardasyon, kısa boy ve hipotonia ile karakterize bir hastalıktır. • RPS6KA3 (RSK2) geninde mutasyonun CoffinLowry sendromuna neden olduğu düşünür. • X-bağlı dominant bir şekilde geçişi vardır, semptomlar erkeklerde kadınlara göre daha ağırdır. • RPS6KA3 (RSK2) CBP/P histon H3 ile etkileşir. 26 17.02.2016 Frajil X • FMR1 geninde mutasyonlar frajil X sendromuna neden olur. • Frajil X sendromunun nerdeyse tüm vakaları CGG tekrar bölgesinin FMR1 geninde büyümesinden dolayıdır. • Normalde bu bölgedeki tekrar sayıs 5 ile 40 tekrardan oluşur. Frajil X sendromu olan kişilerde, CGG bölgesindeki tekrar sayısı 200’den fazladır. Bu kadar fazla artış FMR1 genininin kapatılmasına neden olur ve FMRP proteininin üretilmesini engeller. • Bu proteinin kaybı sinir sitemini etkiler ve Frajil X saendromu semptomlarına neden olur. 27
