EPI- ÉS MULTIGENOMIKA

EPI-‐ ÉS MULTIGENOMIKA™ ©Prof. Dr. Fekete Sándor György az MTA doktora

SZIE Állatorvos-‐tudományi Kar Budapest Laborállat-‐tudományi Osztály www.dietvet-‐holisPc.hu Fekete Sándor György

1

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

Belső

ANYAGCSEREÁLLAPOT

TESTÖSSZETÉTEL

Külső

Szöveti anyagforgalom

TÁPLÁLÓANYAG HATÓANYAG (+,-)

ALAPANYAGCSERE

Gyógyszer MOZGÁS

KOR

GENOTÍPUS

MIKROBIOTÓM

EGÉSZSÉG

Mentális állapot

A metabolikus állapotot befolyásoló belső és külső tényezők Fekete Sándor György

3

Gén és genom

Fekete Sándor György

4

GenomikaèMULTIGENOMIKA™

•  Nutrigenomika •  Farmakogenomika •  Toxikogenomika Eto-‐, Pszichogenomika, •  (Ir)Radiogenomika KÜLSŐ, VAGY BELSŐ VEGYÜLETEN KERESZTÜL HAT, ÖSSZEVONHATÓ: MULTIGENOMIKA™


5

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

FEHÉRJESZINTÉZIS

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

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

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

BETEGSÉGEK OKTANA ÉS BEFOLYÁSOLHATÓSÁGA Fekete Sándor György

10

SARLÓSEJTES ANAEMIA OKA GENETIKA = 1 bázis változása Fekete Sándor György

11

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

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

multi-VEGYÜLETEKý 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

IN VITRO IS MÉRHETŐ: ‘GÉNCSIPP’

ábra: Kaput, J.-Rodriguez, R.L (Eds): Nutritional Genomics, 2006

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. 2007. 71. 206-‐214. -‐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. 2004. 27. 1775-‐1778

•  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. 2013. 143. 1093-‐1099.


16

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

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

18

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).


19

EPIGENOMIKA MECHANIZMUSAI

DNS-‐ mePláció

Hiszton (de)acePláció

KromaPn-‐ átrendezés

+SUMOiláció, ubikvináció Fekete Sándor György

mikroRNS-‐ hatások

DNS-‐T MÓDOSÍTÓ HATÁSOK: METILÁLÁS=NÉMÍTÁS, HIPOMETILÁLTSÁG=TÚLMŰKÖDÉS DNS-metiláció metiltranszferáz

S-adenozil-metionin

S-adenozil-homocisztein

metionin-szintetáz

metionin

homocisztein B12-vitamin

TÁPLÁLÉK

5-metil-tetrahidrofolsav metilén-tetrahidrofolsav-reduktáz

tetrahidrofolsav

5,10-dimetil-tetrahidro-folsav

dihidrofolsav

dUMP

timidilát-szintetáz

DNS-szintézis

dTMP Fekete Sándor György

21

RNS INTERFERENCIA

EPIGENOMIKA DZSOLI-‐DZSÓKERE: ncRNS (nem kódoló RNS)


23

DNS-HEZ KÖTŐDŐ HISZTONFEHÉRJÉK (kromatin részei) IS MÓDOSÍTANAK ábra: Ádám V. (Szerk.): Orvosi biokémia, 2002

Két legfontosabb hisztonmódosulás: acePlálás, mePlálás


25

Átvihetőség ? Stabilitás ? Bevésődés (IMPRINTING) nagymértékben függ a placenta típusától, rétegeinek számától is (extrapoláció veszélyei).

GENOMIKAI és METABOLIKUS IMPRINTING Fekete Sándor György

26

PLACENTATÍPUSOK-‐RÉTEGEK •  •  •  •  • 

Epitheliochorialis: ló, sertés, szarvasmarha Syndesmochorialis: juh, kecske Endotheliochorialis: Carnivora Haemochorialis: primata, denevérek Haemoendothelialis: rágcsálók, nyúl

EZEN TÚLMENŐEN FORMAILAG IS KÜLÖNBÖZNEK EGYMÁSTÓL


27

EPIGENOMIKA ALAPKÍSÉRLETEI 1.  AguP színöröklés 2.  Görbe farok 3. Egyebek


28

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, B12, 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

vy AGUTI SZÍN: A


30

AguP és sárga egér méhe: az endometriális mirigyek túlburjánzása (NYÍL)


31

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

32

KÜLÖNBÖZŐ SZÍNŰ GENOTÍPUSOK: EUMELANIN ÉS FEOMELANIN SZEREPE


33

HIPERMETILÁCIÓVAL: SZÍNVÁLTOZATOK: MOZAICIZMUS


34

MAGYARÁZAT: Intracisternal A-‐parPcle (IAP) retrotranszpozon epigenePkus elnyomása pszeudoagouP (Y0) egeret eredményez


35

GENISZTEIN (a szója növényi ösztrogén) hatása hasonló


36

Fu FAROK GÖRBESÉGE: Axin MIÉRT KEVÉSBÉ HASZNÁLT MODELL: kevesebb az extrapolálható betegsége


37

AxinFu : többfunkciós szabályozó fehérje


38

Anyák etetésével mePldonorokkal: a farok „egyenesedik” (IAP-‐régió blokkolódik)


39

Farokgörbeség feno{pusos eloszlása az AxinFu :gén mePláltsági helyétől (máj/farok) és fokától függ


40

PERORÁLIS EXPOZÍCIÓ BIZONYÍTOTT OKTANI SZEREP (mePldonor) 1. Allergiás légúP betegség – egér 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

1. Allergiás légúP betegség – egér HipermePláció mellékhatása:

• MAGZATVÉDŐ VITAMINOK ?!?


42

2. Patkányok tanulási képessége

MePldonátor etetése: -‐javuló tanulási képesség -‐hosszabb memória


43

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

4. Juhok metabolikus szindrómája

• In utero mePláció-‐ • gátlásèèUTÓDOKBAN


45

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


46

6. Mézelő méh

anya vagy dolgozó ?


47

MÉHEK HÁROM NEME: dolgozó, anya, here (föntről lefelé)


48

MÉHEK: ANYA ÉS DOLGOZÓK

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

49

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, 2007. 369, 578-‐585. (Túl sok hal: Hg-‐mérgezés) Myers, G.J. és Davidson, P.W.: Maternal fish consumpPon benefits children’s development. Lancet, 2007. 369, 537-‐539. -‐OMEGA-‐3 ZSÍRSAV VEMHES SZUKÁNAK: okosabb kölyökkutyák Fekete Sándor György

50

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: 10.1093/humrep/dem068. •  Magyarázat: EU-‐US szabályozás eltér (hormon, anPbioPkum vágóállatnak) Fekete Sándor György

51

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

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).


53

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

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


55

ÁTVITEL A KÖVETKEZŐ NEMZEDÉKEKRE: Szerzee tulajdonságok öröklődése ?!?


56

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


57

AHOGY MA LÁTJUK: árnyalt fölfogás: „ablakok” és plaszPcitás


58

Megváltozoe mePlációs mintázat csíravonalra való átvitelének diagramja


59

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

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


61

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

TOVÁBBVITEL A HÍM VONALON: PL. DES [diePl-‐sPl-‐ bösztrol], vinklozolin Fekete Sándor György

63

ANYA VINKLOZOLINKEZELÉSE PATKÁNY HERESZÖVETÉRE: 4 NEMZEDÉKEN ÁT IS ÖRÖKLŐDHET Fekete Sándor György

64

HERECSATORNÁCSKÁK ÖSSZEHASONLÍTÁSA AVAS TAKARMÁNY ETETÉSEKOR (PATKÁNY) (balra a kontroll, jobbra a károsodoe)

FEKETE, S.Gy. és mtsai: Acta Vet. Hung, 2009. 57, 247-261. Fekete Sándor György

65

EPIGENOMIKA ÉS GYÓGYÁSZAT I. Hiszton demePlázok és deacePlázok részt vesznek: •  kromaPnszerkezet stabilizásásában •  Sejtmagreceptorok működésében •  Apoptosis, onkogenezis •  Neurogenezis szabályozásában


EZÉRT 66

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


67

EPIGENOMIKA ÉS A GYÓGYÁSZAT III. DNS-‐METILÁCIÓT GÁTLÓK (‘beszélni tanítja’) •  siRNS •  Zebulabin •  Prokainamid •  Hidralazin •  Táplálékösszetevők •  UV-‐sugárzás Fekete Sándor György

68

EPIGENOMIKA ÉS A GYÓGYÁSZAT IV. HISZTON-‐DEACETILÁZ INHIBÍTOROK •  TrihosztaPn A •  Na-‐buPrát / fenil-‐buPrát •  Valproik-‐sav •  Szuberolilanilide hidroxamik-‐sav (SAHA)


69

EPIGENOMIKA – VISELKEDÉS I.


70

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, 2007. 14. 268-‐276.


71

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

Köszönet a megPsztelő figyelemért ! •  MINDENKIT SZERETTEL MEGHÍVUNK AZ 2013. NOVEMBER 30-I (SZOMBAT) TUDOMÁNYOS ÜLÉSÉRE : ÁLLATORVOS-TUDOMÁNYI KAR. “SZÜLÉSZETI ELŐADÓ” (J-ÉPÜLET, FÖLDSZINT) : 9.00

EPI- ÉS MULTIGENOMIKA

Recommend Documents