EPİGENETİK VE EPİGENOM

Transkript

1 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

2 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.

3 Editorial: It Is Time for a Human Epigenome Project Frank J. Rauscher, III Cancer Res : [Full Text] [PDF] A Blueprint for a Human Epigenome Project: The AACR Human Epigenome Workshop Peter A. Jones and Robert Martienssen Cancer Res : [Abstract] [Full Text] [PDF]

4 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.

5

6 Cover art: Chromatin Iznik chini by Tayfun Özçelik

7 Epigenetics is a new peerreviewed 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.

8 Department of Epigenetics, Division of Medical Genomics, Medical Research Institute Laboratory of Plant Epigenetics Kralovopolska Brno Česká republika Department of Molecular Epigenetics, Institute of Biophysics, AS CR John Hopkins University Department of Molecular Epigenetics Head: Ale¹ Kovaøík Scientific interests: Epigenetic regulation of plant transgene expression Genetics of allopolyploid nucleus Evolution of satellite repeats

9 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

10

11 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.

12

13 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.

14 Sonuç olarak: Epigenetik -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.

15 Epigenetik değişimlerde kimyasal etiketler DNA nukeotidleri/histonlarda yer alırlar. DNA metilasyonu, asetilasyon, fosforilasyon vb.

16 Bu etiketler nereden gelirler: İç Çevre hormonlar metabolizma cinsiyet yaşlanma Dış Çevre: sıcaklık diet ilaçlar Kimyasallar (çevre kirliliği) Işığa maruz kalma vb.

17 Epigenetik: Ayni genom, farklı fenotip, farklı gen anlatım profili

18 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?

19 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?

20 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?

21 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?

22 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

23 Epigenetik Mekanizmalar Doğrudan etkileyenler DNA Modifikasyonları 1. DNA Metilasyonu 2. Nonkovalent DNA Modifikasyonları 3. Transkripsiyon faktörleri ile feedforward otoregülasyon Dolaylı yoldan etkiyenler = Posttranskripsyonel mekanizmalar (mrna Kromatin sessizleştirmesi) Modifikasyonları Kovalent Modifikasyonlar (Histon Modifikasyonları) 1. Asetilasyon 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

24 Epigenetik: DNA metilasyonları -Metilasyon bir DNA modifikasyonudur ve DNA işlevini değiştirir. -5mCler DNA da rastgele bir dağılım gösterirler.

25 DNA yı oluşturan nukleotidler DNA

26 5 methyl sitosin mutasyonları tayin edilemez ve tamir edilemezler.

27 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.

28

29

30 metillenmiş CpG adası Kapalı relaxed kromatin chromatin yapısı structure of a nonimprinted gene

31

32

33

34 Metilasyon gametogenezde silinir ve embiryogenezde oluşur..

35 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 00) Natu re 403, s 4 hücre

36 DNA metilasyon paterninin kurulması Metilasyon patterni genomlarda her yeni generasyonda yeniden düzenlenir. Sense (anlamlı) metilasyon epigenetik bir olaydır. Tüm metilasyon erken embiryogenezde oluşur ve yeniden düzenlenir.

37 Epigenetik değişimler birçok Mendel Kurallarına uygun olmayan kalıtım biçimini açıklar.

38 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)

39 DNA Metilasyonu Nonagouti olarak da bilinen, fare agouti lokusu, cilt rengini etkilemektedir. En iyi çalışılmış DNA metilasyon sistemidir. 39/62

40 DNA metilasyon özellikleri Transkripsiyonal silencing Genomu transposizyondan koruma Genomik imprinting X inaktivasyonu Doku spesifik gen anlatımı

41 Histon kromatin modifikasyonları Protein ekspresyonu DNA tarafından kromatinin çeşitli modifikasyonları ile etkilenir:n-histon terminalindeasetilasyon, metilasyon, fosforilasyon, ubiquitilasyon ve Sümoylasyon gibi.

42 Epigenetik kromatin regulasyonu A. DNA düzeyinde 1. sitozin metilasyonu B. Histon modifikasyonu - histon kodunda 1. Histon asetilasyonu 2. Histon metilasyonu 3. Histon fosforilasyonu 4. Histon ubiquitilasyonu

43 Histon asetilasyonu Asetillenmiş histonlar kromatini açarlar ve transkripsiyon oluşur. Histonlar HAT (histon asetilaz) ile asetillenirler.

44 Histon de-asetilasyonu Deasetillenmiş histonlar sıkıca paketlenirler ve transkripsiyon faktörlerine kapalıdır. Histonlar HDAC (histon de-asetilaz) ile etkilenirler.

45 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. 2. Histon uçları ile yapısal proteinler arasındaki bağlantıları destabilize eder. Hiperasetilasyon (sarı): Nükleozomlar arası zayıf bağlantılar: Histon uçları DNA yı sınırlamaz ve transkripsiyon faktörleri DNA ya bağlanabilir.

46 Histon fosforilasyonu (H3) 1. Histonlar mitoz sırasında fosforillenirler. 2. Histonlar signal iletişiminde de fosforilasyon gösterirler.

47

48

49

50

51 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)"

52 Genomik imprinting İnsanda yaklaşık 40 kadar gen imprinttir. - Örneğin : igf2, h19, igf2r ve Angelman ve Prader Willi genleri. syndromes

53 İnsanda Mendel Kalıtımı Hangi ebeveynden gelirse gelsin kalıtım eşdeğerdir.

54 İnsan genomunda imprint gösteren bölgeler Maternal homolog-sol Paternal homolog-sağ

55 imprinting paternal allelin ekspresyonu

56 imprint genler metillenmiştir ve kromatin yapısı değişmiştir CpG adası imprint olmayan gende kromatin gevşek yapıdadır.

57 promotör metilasyonu önemlidir. Metil CpG bağlayan proteinler imprinted ekspresyon imprint bölge Promotör

58 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.

59 İmprinting ve insan hastalıkları 15.Kromozom Angelman sendromu Prader-Wili sendromu

60 Prader-Wili sendromu (PWS) 1/15,000 Değişik anomaliler Orta düzeyde mental gerilik (maternal imprint ve paternal ekspresyon PWS).

61 Angelman syndrome (AS) İleri düzeyde mental gerilik Çeşitli anomallikler 1/15,000 (paternal imprint ve maternal ekspresyon AS (ubiquitin ligase gene)

62 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

63

64 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.

65 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)

66 X-inaktivasyonu X X

67 A: 46, XY B: 46, XX C: 47, XXX D: 48, XXXX E: 49 XXXXX

68 Imprinting ve X-inaktivasyonu Kodlama yapmayan uzun RNA (Xist) ekspresyonu X-inaktivasyon bölgesinde (X-inactive specific transcript).

69

70

71

72 Paramutasyon Bir allelin ekspresyonunun diğer allele ilgili olarak değişmesi.

73 Bir paramutabl allel paramutagenik allele ilişkiden sonra paramutant allel olur. Paramutant allel sonraki generasyonlarda genelde stabildir.

74

75 Mısırda paramutasyon lokus Para-mutable allel Para-mutagenik allel Reversible 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

76 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,...

77 Küçük RNAların oluşumu Özel endonukleaz (Dicer) çift iplikli RNA için dsrna ve sirna bağlanan protein (Argounate) dsrna, sirna (21-25 nukleotid)ya dönüşebilir da Petunia da ko-supresyon ve 20.yüzyılın sonunda RNA silencing RNAi gösterilmiştir. mirna 70 nukleotidlik hairpin yapılardan oluşur te 1650 mirna geni bulunmuştur. 227si insan, 21i insan virüsleri kökenlidir ve 1648 tanesi 21. yüzyılda bulunmuştur.

78 Ribo-gnome: The Big World of Small RNAs Phillip D. Zamore * and Benjamin Haley

79

80

81

82 RNAi ile Gen sessizleştirilmesi ~22nt RNAs dsrna işlem ~22nt sirnas hedef mrna yıkım tanıma amplifikasyon kopyalama + işlem dağılım sekonder sirnas

83 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.

84 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.

85 Bazı korunmuş mirna ların hedefleri mirna gen ailesi Hedef gen ailesi İşlev 156 SPL transkripsiyon faktörleri 160 ARF transkripsiyon faktörleri 165 HD-ZIPIII transkripsiyon faktörleri 172 AP2 transkripsiyon faktörleri 390 ARF transkripsiyon faktörleri üzerinde çalışan TAS3 (tasirna) Gelişimsel zamanlama Oksin cevabı, gelişim Gelişim, polarite Gelişimsel zamanlama, çiçeksel organ tayini 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:

86 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.

87

88

89

90 Epigenetik, gelişme ve nuklear klonlama (Reik et al Science 293: 1089 Rideout et al Science 293:1093) Donor hücre nukleusu Blastosit Yenidoğan Erişkin ES Hücreler % 5-21 % blastosit 15 % blastosit Fibroblast 58% % blastosit 0.5 % of blastosit Verici kromatin oosit içinde yeniden modellenir.

91 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 journal Epigenetics and Chromatin. 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.

92 primordial germ hücreler mitoz spermatogonia / oogonia mitoz Primer spermatosit / oosit mayoz sperm / yumurta fertilizasyon zigot mitoz erken embiryo mitoz germ hüc. stem hüc. mitoz erişkin somatik hücreler Parent--origin imprint silinir Parent--origin imprint kurulur Aşırı de-metilasyon (Parentorigin imprint kalkar) DNA re-metilasyon başlar Kromatin plastisitesi Kromatin sınırlanır

93 Kanser epigenetiği Feinberg and Vogelstein (1983): DNA metilasyon kaybı Feinberg and Tycko, 2004

94 Alternative CpG Metilasyon modelleri Kanser

95

96 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.

97

98 BRCA1 & BRCA2 sporadik meme kanserinde rol oynar. Promotör hipermetilasyonu BRCA1 inaktivasyonunda önemli rol oynar. Kapalı kromatin yapısı oluşumuna yol açar.

99

100 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:

101 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

102 Lamarck Jean Baptiste Pierre Antoine demonet, Chevalier de Lamarck ( )

103

104

105 Annual Reviews

106

107 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 platform. For Instructions The pipeline click involves here 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.

108 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, (2005). As more data sets become available, they will be added and integrated with existing data sets

109 Epigenom çalışmalarında; genomda metilasyon profili gösteren bölgelerin tanımlanması için kullanılan yöntemler: DNA metilasyon haritalamaları Histon modifikasyon haritalamaları Kromatin yapısının fiziksel incelemeleri DNA bisülfit uygulaması Restriksiyon enzim teknikleri Mikroarray ChIP ChIP Kromatin fraksiyonlaması

110 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.

111 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.

112 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.

113 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.

114

115 Epigenomik:Kromatin modifikasyonlarının ve transkripsiyon faktörleri ile genom ilişkilerinin araştırılması. Epigenomics: Large scale analysis of chromatin modifications and transcription factors/genome interactions

116 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.

117 Genetik alanında yapacağınız çalışmalara Epigenom çalışmalarının da eklenmesi temel genetik kavramlarla açıklayamadığınız pek çok olayın daha iyi açıklanmasına katkılar sağlayacaktır.