Epigenetikai Szabályozás
Kromatin alapegysége a nukleoszóma
1.
Nukleoszóma mag H1 30 nm
DNS
DNS
10 nm
Linker DNS
Nukleoszóma „gyöngy” (4x2 hiszton molekula + 146 nukleotid pár)
30 nm- es szál
10 nm-es szál
30 nm-es szál
DNS Nukleoszómák (10 nm-es szál) Állványzat (scaffold)
Heterokromatin (Konstitutív - fakultatív) Eukromatin
30 nm- es szál
A kromatin szabályozása
2.
DNS metil-transzferáz
a. Metiláció
de-metiláció
(transzkripció gátló)
DNS Hiszton
H3 – lys9 hiszton lizin
hiszton metil transzferáz - demetiláz
b. Acetiláció
(transzkripció serkentő)
de-acetiláció
hiszton acetil transzferáz (aciláció)
lizin
fellazítja a nukleoszómákat
acetiláció
szabad transzkripció
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------de-acetiláció
deacetiláz
nukleoszómák visszarendeződnek
transzkripció gátlása
c. Hiszton-taszító szekvenciák: LCR (locus control region) MAR (matrix attachement region) SAR (scaffold attechment region) LCR pl. -globin géncsalád
gén 1
gén 2 gén 3
LCR
3a.
Kromatin átalakítás („remodeling„) nukleoszóma
a.
Változás a nukleoszóma szerkezetben
b. Nukleoszóma elmozdulás
c. Nukleoszóma vesztés
3b.
Kromatin módosítások
1. Hiszton modifikáció: metiláció, acetiláció, stb. 2. DNS metiláció 1. Enzimek (metilázok, acetilázok, stb.) kromatin átalakító transzkripció hiszton hiszton farok Nem-kódoló RNS-ek
2. Transzkripciós faktorok - esetenként 3. Nem-kódoló RNS-ek
A hiszton acetilációja
hiszton
- Rendszerint serkenti a génexpressziót HDAC: hiszton deacetiláz HAT: hiszton acetil transzferáz DNA: DNS
- Az egyes sejttípusokban különböző az acetilációs mintázat!
4a.
A hiszton acetilációja hiszton
acetiláció
aktivátor
A hisztonok közötti kapcsolat gyengítése
A hisztonok elmozdítása
aktivátor
4b.
4c.
Kromatin átalakítás acetiláció nukleoszóma
Iniciáció
DNS
hiszton fehérjék átalakító fehérje
transzkripciós komplex
mRNS
Elongáció
átalakító fehérje
mRNS
5a.
A hiszton metilációja
- A DNS metilációja rendszerint gátolja a génexpressziót (kivétel: H3K4me3) - Az egyes sejttípusokban különböző metilációs mintázat! Met
Met
A hiszton metiláció terjedése 1. A HP1 felismeri a CH3-at tartalmazó hisztont (H3 – K9) 2. A HP1 odavonzza a HMT-t, amely metilálni fogja a szomszéd hisztont 3. A folyamat kaszkád-szerűen terjed
1. Zárt kromatin
Nyitott kromatin
2. A heterokromatin terjedése
3. HP1: heterokromatin protein 1 HMT: hiszton metil-transzferáz K: lizin
A heterokromatin terjedése
5b.
A hiszton metilációs-mintázat öröklődése az utódsejtekben
DNS replikáció
Új nukleoszómák keletkezése
A HP1 és HMT verbuválása
5c.
6.
DNS metiláció - A DNS metilációja gátolja a génexpressziót - Az egyes sejttípusokban különböző metilációs mintázat!
6.
A DNS metilációja
Rett szindróma
(1) de novo metiláció: új metil csoportok kialakulása – „EPIGENETIKAI PROGRAM” (2) fenntartó metiláció: a differenciált sejtek metilációs mintázata fennmarad Dnmt1
DNS replikáció
ÚJ DNS SZÁL
Fenntartó metiláció (Dnmt1 enzim)
Met
Met Met
Met Dnmt1: DNS metiltranszferáz 1
7.
Humán Epigenom Projekt (HEP) Program a kromatin metilációs mintázatának feltérképezésére ( A DNS metilációt könnyebb vizsgálni)
Epigenom Emberi őssejtek + fibroblaszt sejtek
Joseph Ecker, Ryan lister, Mattia Pelizzola – 2009 október
7.
Kromatin átalakító aktiváló fehérjék HŐSOKK GÉNEK
Nukleoszóma-mentes régió
nukleoszóma
Nem indukált Inaktív HSF nem képes kapcsolódni aktiváció
Lady Gaga
Indukált nukleoszóma
transzkripció
A GAGA faktor a DNS-hez kötődik, s eltávolítja a nukleoszómát SZTEROID-NDUKÁLTA GÉNEK Nem indukált A hősokk faktor kötődik
Aktív transzkripciós faktor nem kötődik
Transzkripciós aktiváció A receptor-szteroid komplex elmozdítja a nukleoszómát Hősokk gének
Indukált Transzkripciós faktor kötődik
transzkripció
8.
Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül
Sejttípus meghatározottság
hámsejt
Sejttípus meghatározottság: egy differenciálódott sejt magához hasonló sejttípust produkál, s csak különleges esetekben másféle sejteket, habár azok DNS tartalma is ugyanaz.
9a.
Utasítások, hogy motor neuron légy
9b.
őssejt
Jel: Légy idegrendszer! Légy gerincvelő! Ne légy glia!
Bocsáss ki axont!
Alakíts ki kapcsolatokat!
Utasítások egy motor neuron kialakítására
BRAVO
10.
Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül
Klónozás
A KLÓNOZÁS során a sejtmag epigenetikailag újraprogramozódik petesejt
sejtmag klónozott klónozott zigóta embrió
klónozott bébi
sejtmag testi sejt (pl. hámsejt)
„időkapcsoló”
Testi sejt magja
zigóta
11a.
Hiszton Kód Morse ABC
A Hiszton Kód Hipotézis szerint a hisztonok DNS-hez való kötődésének mintázata meghatározza a sejtben folyó molekuláris folyamatokat
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
EPIGENETIKAI KÓD: kromatin átalakító
A hiszton kód és a DNS metilációs kód együttesen: Meghatározza a sejttípust és a sejt molekuláris folyamatait.
transzkripció hiszton hiszton farok Nem-kódoló RNS-ek
13.
Epigenetikai program 1. 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?
Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül
Epigenetikai program
Differenciálódott hámsejt
zigóta
Differenciálódott májsejt
13b.
Conrad Hal Waddington (1905 - 1975)
Környezeti perturbációk - Mutációk - Genetikai program (pl. férfi-nő)
Robusztusság: a fenotípus zavarokkal szembeni ellenállása
Epigenetikai tájkép – az egyedfejlődés útvonalai Kanalizáció: 1. Genetikailag programozott hatás 2. Mutáció 3. Környezeti hatás
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
Hogyan hat a DNS és a környezet az egyedfejlődést irányító epigenetikai programra?
Alternatív útvonalak: férfi vs. nő különféle sejttípusok
Alternatív útvonalak: férfi vs. nő különféle sejttípusok
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
Később a környezet hatása fontossá válik
agy
izom bőr
A környezet hatása: étkezés, dohányzás tanulás
Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül
X kromoszóma inaktiváció Emlős nőstényeknél az egyik X kromoszóma inaktiválódik (kivéve pszeudoautoszómális régió)
Funkció: dózis kompenzáció
Ember
véletlenszerű
Kenguru
apai X kr. inaktiválódik
16.
