Epigenetik Mekanizmalar Nedir?

Transkript

1 Epigenetik Mekanizmalar Nedir? F. Belgin ATAÇ (Ph.D) Başkent Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı 52. Ulusal Diyabet Kongresi 21 Nisan 2016

2 Epigenetik DNA nın baz diziliminde herhangi bir değişiklik yapmaksızın şeker fosfat omurgası üzerindeki değişimlerle gen ifadelenme biçiminin değişmesi

3

4 Santral dogma

5 Etkilenmiş Doku Biyokimyasal Analizler DNA tanı amaçlı kullanımı

6 Santral dogma

7 Transkripsiyon

8 RNA Polimeraz TF Transkripsiyon Promotör

9 Her transkiptten protein sentezi olmaz Protein PROTEİN KODLAYICI GENLERİN İFADESİNİ DÜZENLER

10 İnsan Genom Projesi Hastalıkların yeniden sınıflandırılması gerçekleşti Yeni tanı yöntemleri gelişti

11 ? Çok hücreli organizmalar aynı genomdan oluşan farklılaşmış hücrelerin belirli bir düzen içinde yerleşmesi ile ortaya çıkan karmaşık bir hücre kümesidir Her protein her dokuda aktif değil

12 Gen İfadelenme Gen İfadelenme Pankreatik elastaz IIB 27,712 Elsetaz 1 öncülü 34,596 Safra tuzunun stimüle ettiği lipaz 15,430 35,592 Pankreatik lipaz İnsulin 4,256 Haptoglobin 8, Fibrinojen, gamma 6, Fibrinojen, beta 6, Alfa 1 mikroglobulin 6, Alfa-1 tripsin inhibitör 5, Koagulasyon faktör 22 4, Kompleman faktör I 4, Apolipoprotein C-I 5, Sitokrom P450, 1a2 4, Komplement bileşeni 9 4, Uromodülin 4, Böbrek özgü protein 2, Defensin beta 1 2, Böbrek özgü kaderin Klor kanal 1 Aquaporin 2 1, , , Doku/Organlara Özgü Gen İfadesi «Genomik İmza»

13

14 Seslilik ve Sesizlik Farklı gen setleri işlevsel olur

15 Zigot

16 Kanıtlar 1. Fibroblastlar veya lenfositler gibi farklılaşmış hücreler, mitoz bölünmede fenotiplerini korur 2. Monozigotik ikizlerin hastalıklara genetik yatkınlıklarının farklıdır

17 3. Özelleşmiş hücrelerin oluşumu

18 (1975) DNA metilasyonu ile gen ekspresyonunun baskılanması «Silent remembrance»

19 Epigenetik Mekanizmalar DNA metilasyonu Histon modifikasyonları, Kromatin yeniden modelleme Mikro-RNA dır.

20 DNA yapısında bulunan nükleotidler

21 DNA Metilasyonu DNA ya Diziye Özgü Bağlanan Proteinlerin Afinitesini Etkiler

22 Metillenmemiş homolog Metillenmiş homolog Mitoz Yeni CH 3 Grupları Epigenetik bilgi mitoz bölünmede aktarılır farklılaşmış fenotipi korur

23 DNA metilasyonu inhibitörü MDS için klinik kullanıma girdi

24 doz metil donörü besin ile beslenen annenin yavrusu

25

26

27 Dutch Hunger Winter

28 Beslenme < 700 cal Intaruterine yaşamda kalori kısıtlamasına maruz kalanlar; DM, KVH ve obesite yatkın Epidemiyolojik çalışmalar halen devam etmekte

29 F1 famine exposure in utero was, however, associated with increased F2 neonatal adiposity and poor health in later life. Our findings may imply that the increase in chronic disease after famine exposure in utero is not limited to the F1 generation but persists in the F2 generation.

30 NE YİYORSAN O SUN! Yediklerin ve yaşam tarzın torunlarını da etkiler

31 Epigenetik Mekanizmalar DNA metilasyonu Histon modifikasyonları Kromatin yeniden modelleme Mikro-RNA dır.

32

33 Çekirdeğe nasıl sığar?

34 NÜKLEOZOM

35 Nükleozom bileşenleri Histon proteinler Arjinin, lizin (+) DNA Negatif yük

36

37

38 Hiperkondensasyon kromatini sessizleştirir Ökromatin Aktif gen bölgeleri Heterokromatin Gen içermezler yada baskılanmış genleri içerirler

39 İyonik denge Histon-DNA ilişkisini etkiler

40 Histon asetilaz X Deasetilazların transkripsiyonel regülasyondaki işlevi

41 Histon Asetilasyonu Grup : (CH 3 CO) Histon deasetilaz (HDAC) Kondanse kromatin Asetil Enzim :Histon asetil transferaz (HAT) Amaç : HİSTON un DNA ya olan afinitesini bozmaktır Gevşemiş kromatin Etkisi bozulur : Lizin DNA ilişkisi Sonuç : Kromatinde gevşeme Transkripsiyon

42 HDAC inhibitörleri ile ilgili çalışmalar devam etmektedir. Seçicilik

43 Aynı gen kalıbından bu kadar farklı fenotipik değişiklik nasıl olur?

44 Metillenme-Arginin (R) Metillenme- Lizin (K) Fosforlanma -Serin (S) Ubikütinlenme -Lizin (UB) Histon kodu : Kombine modifikasyonlara bağlı olarak transkripsiyonel durumu belirler.

45 Gen regüle edici proteinlerin kromatin ile etkileştiği

46 İnaktif gen Metil Bromodomain asetile lizini Represör bağlanamaz transkripsiyona açık Kromodomain- metil Transkripsiyona kapalı

47 Epigenetik Mekanizmalar DNA metilasyonu Histon modifikasyonları Kromatin yeniden modelleme Mikro-RNA dır.

48 Kromatin Yeniden Modellenmesi Standart nükleozomlar Kromatin yeniden modelleme kompleksi Yeniden modellenmiş nükleozomlar Dinamik yapıdadır Nükleozom, yapısında ya da lokalizasyonyonunda değişir

49 Kromatinin yeniden şekillenmesi transkripsiyon aktivasyonuna yol açar Kromatin Yeniden modellenmesi promotörü açabilir RNA Polimeraz Promotör Nükleozom DNAz duyarlı bölgeler Promotör Histon Promotör DNAz duyarlı bölgeler

50 Yaşam boyu değişim gösterir

51 PNAS, 2005

52

53 Epigenetik değişikliklerin genetik değişimlerden farkı nedir? Geri dönüşümlü oluşları DNA nın baz dizisinde bir değişime neden olmamaları

54 Bora S. ve ark., Mol. Biol 2015

55 Güncel besinlerin epigenetik mekanzimalar üzerindeki etkisi? Brokoli - Histon asetilasyonu Soya - DNA metilasyonu Yeşil çay - DNA metilasyonu Safran - DNA metilasyonu

56 Epigenetik Mekanizmalar DNA metilasyonu Histon modifikasyonları Kromatin yeniden modelleme Mikro-RNA

57

58

59 6 metil Adenozin modifikasyonu

60 Ökaryotik mrna 5 şapkalama İntron- ekzon çıkartılması Poli A kuyruğu ilavesi

61 FTO nükleer bir protein, demetilaz FTO 6mA mrna modifikasyonunda işlevsel GWAS çalışmaları FTO nun DM ve obesite ile ilişkisi bildirildi FTO knockout çalışmaları ile hücresel metabolizmadaki önemini ortaya koydu?? RNA modifikasyonları da epigenetik belirteç olarak sınıflandırılmasının mümkün Liu N., Pan T. Translational Research, 2016

62 Gen Fonksiyon Fenotip İlişkili olduğu Hastalıklar METTL3 Metiltransferaz Apoptoz, gelişim Prostat,Aicardi sendromu METTL4 Metiltransferaz Apoptoz, gelişim Alkol bağımlılığı,alkoliklik WTAP Metiltrasferaz mrna kırpılması Wilm s Tümör, Hypospadias, Sarkom, Kötü huylu mezotelyum, Sinoviyal sarkom FTO Demetilaz Hücresel enerji homestazı Hastalık tablosu Obezite, diyabet,polikistik over sendromu, kalp krizi, kanser, alkolizm, zihinsel rahatsızlıklar, katarakt, hepatit ALKBH5 Demetilaz Erkek fertilitesi Hipoksi, Smith-Magenis Sendromu YTHDF1 m 6 A bağlanması mrna kararlılığı Pankreatik kanser, pankreatit, dermatomiyozit YTHDF2 m 6 A bağlanması mrna kararlılığı Lösemi, renal hücre kanseri, meme kanseri YTHDF3 m 6 A bağlanması N/A N/A ELAVL1 m 6 A bağlanması Apoptoz, mrna kararlılığı Kanser, lösemi, hepatit, alzaymır, anoksi, artrit, hipoksi, pankreatit, keratokon,larenjit, endotelit, prostatit Liu N., Pan T. Translational Research, 2016

63 RNA epigenetiği

64 Epigenotipteki mutasyonlar Epigenetik profilin nasıl kalıtılır Genetik hastalıklar için yeni tedavi imkanlarının yaratılması mümkün olacaktır

65 Özet

66 Epigenetik mekanizma Epigenomik DNA nın baz diziliminde değişiklik olmaksızın Gen ifadelenme kontrolü DNA aracılı DNA metilasyonu Histon modifikasyonları Kromatin yeniden modelleme RNA aracılı RNA i 6metil adenozin

67 Epigenetik mekanizmalar Kalıtsal Geri dönüşümlü Yaşam boyu değişen Çevresel faktörlerden etkilenen mrna regülasyonda rol oynar Yaşamının iyileştirilmesi

68 RNA aracılı epigenetik mekanizmalar?

69 Epigenetik mekanizmalar Penetrans değişikliği gösteren kompleks hastalıkların patogenezi açıklanmasında katkı

70 Epigenetik Mekanizmalar Nedir? F. Belgin ATAÇ (Ph.D) Başkent Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı 52. Ulusal Diyabet Kongresi 21 Nisan 2016

71 Yeniden Programlama

72

73

74

75 Normal kromatin yapısı transkripsiyonu yavaşlatır.

76 Genomik imprinting nedeni ile ayni ebeveynden gelen genler seçici olarak sessizleştirilir 1980lerde, in vitro fertilizasyon deneyleri iki dişiden gelen pronükleusun canlı embriyo vermediğini gösterdi

77