Yard. Doç. Dr. Ercan ARICAN. İ.Ü. FEN FAKÜLTESİ, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü

Transkript

1 KANSER OLUŞUMUNDA ROL OYNAYAN EPİGENETİK MEKANİZMALAR Yard. Doç. Dr. Ercan ARICAN İ.Ü. FEN FAKÜLTESİ, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü

2 Epigenetik Nedir? Gen ekspresyonuna dayanan kalıtsal bilgi epigenetik olarak sınıflandırılır. Bu, genetik bilginin aksine gen dizisi ile ilişkili değildir. Başka bir deyişle, gen fonksiyonlarında meydana gelen mitotik ve/veya mayotik, kalıtsal değişimlerdir ve DNA dizisinde meydana gelen değişimlerle açıklanamazlar.

3 Epigenetik değişimler genlerin sessizleşmesine (silencing) neden olurlar. Bu da geni inaktive edici bir mutasyon veya delesyon gibi genetik bir mekanizmayla eşdeğerdir. Ancak epigenetik değişimler geri dönüşümlü oluşları ve DNA nın baz dizisinde bir değişime neden olmamaları gibi özellikleriyle genetik değişimlerden ayrılırlar.

4 Genler 3 kriter uygun olursa transkribe olabilirler : 1) Uygun transkripsiyon faktörü varsa 2) Histonlar asetile ve metilenmemiş durumda ise 3) CpG adalarındaki sitozinler metillenmemiş durumdaysa

5 Bununla birlikte genomda metillenmiş CpG adaları bulunabilir : İmprintlenmiş genlerde, Kadınlarda X kromozomunun üzerinde, Germline spesifik genlerde, Doku spesifik genlerde

6 Epigenetik Mekanizmalar 1. Transkripsiyonel A. Histon modifikasyonları B. DNA metilasyonu 2. Post - transkripsiyonel RNAi Bu mekanizmalar esas olarak transkripsiyon regülatörlerinin DNA ya ulaşabilirliğini etkilerler.

7 1. TRANSKRİPSİYONEL MEKANİZMALAR

8 A. Histon Modifikasyonları 1.Histon asetilasyonu / deasetilasyonu 2.Histon metilasyonu 3.Serin veya treoninlerin fosforilasyonu 4.Glutamik asitlerin ADP-ribozilasyonu 5.Histon ubiquitinasyonu

9 Tüm bu mekanizmalar, kromatin yapısında değişiklikler oluşturarak transkripsiyonu düzenleyici komplekslerin DNA ya ulaşabilirliğini etkilerler. Ayrıca birçok histon modifikasyonu geri dönüşümlüdür ve modifikasyon seviyesi ile transkripsiyon seviyesi sıkı ilişki içerisindedir.

10 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.

11 B. DNA Metilasyonu

12 5-metil sitozin varlığı, bulunduğu kromozom bölgesinde lokalize olan genlerin sessizleşmesine yol açar. DNMT: DNA Methyltransferase MeCP2: Methyl-CpG-binding domain HDAC: Histone Deacetylase

13 DNA metilasyonu kanserin oluşum sürecini etkiler. DNA tamiri Karsinojen Metabolizması Hücre Siklusu DNA Metilasyonu Hormonal Regulasyon Farklılaşma Apoptoz

14 İnsan kanserlerinde DNA metilasyon değişimlerinin 2 genel tipi gözlenmektedir: 1. Genomik Hipermetilasyon 2. Genomik Hipometilasyon

15 1. GENOMİK HİPERMETİLASYON Başta tümör supresör genler olmak üzere genomda hayati fonksiyonu olan pek çok gen hipermetile hale getirilerek sessizleştirilir ; DNA tamir genleri, hücre siklus regülatörleri, apoptozis ve detoksifikasyonla ilişkili genler gibi.. Sadece promoter alanının yakınındaki veya içindeki metilasyon gen sessizleşmesiyle sonuçlanır.

16 Tümörlerde genler sıklıkla metilasyon tarafından sessizleştirilirler: Hücre siklusu RB1, p16ink 4a p15ink4b (lösemi) p14 ARF (kolon,mide) Sinyal iletimi Apoptosis DNA tamiri Karsinojen metabolizması APC, LKB1/STK11, RASSF1 DAPK (lenfoma), caspase-8 MGMT (beyin, akciğer,kolon ca., lenfoma) BRCA1 (meme,over ca.) MLH1 (kolon, mide, endometriyum ca.) GSTP1(meme,karaciğer, böbrek, prostat ca.) Hormonal cevap Metastaz ER, PR RAR(kolon,akciğer,meme,lenfoma) E-cadherin, VHL

17 DNA METİL TRANSFERAZLAR (DNMTs) 1. DNMT1 2. DNMT3a ve DNMT3b Somatik hücrelerde en çok bulunan DNMT dir. Replikasyon alanında lokalizedir ve proliferating cell nuclear antigen (PCNA) ile ilişki kurar. Yarı metillenmiş DNA yı metillenmemiş DNA ya nazaran kat daha fazla tercih eder. De novo metilleyici enzimlerdir. Hem metillenmiş hem de metillenmemiş DNA yı kalıp olarak kullanırlar. DNMT3b nin karboksi terminal katalitik bölgesindeki mutasyonların ICF ile ilişkisi vardır (immun yetersizlik, sentromerik instabilite, fasial anomaliler).

18 Kanser Hücrelerinde DNMT lerin Durumu DNMT1 mrna (metilasyonun korunması): AZALMIŞ DNMT3b mrna (CpG adalarında de novo metilasyon): ARTMIŞ

19 2. GLOBAL HİPOMETİLASYON CpG adaları hipermetile olduklarında, kanser hücre genomları da göze çarpar bir şekilde global hipometilasyona uğrarlar. Habis bir hücre normal halinden %20-60 daha az genomik 5-metil sitozin içerebilir. Bu metil grubu kaybı, kodlayıcı alanlar ile intronların hipometilasyonu ve tekrarlayıcı dizilerin demetilasyonu sebebiyle gerçekleşir. Hipometilasyon 3 mekanizma aracılığıyla karsinogeneze katkıda bulunur: a. Transposable elementlerin reaktivasyonu b. Proto-onkogen aktivitesi c. İmprinting kaybı

20 Proto-onkogenlerin Hipometilasyonu

21 2. POST-TRANSKRİPSİYONEL MEKANİZMALAR RNA İNTERFERENCE (RNAi)

22 RNA interferens, çift zincirli RNA (double stranded RNA; dsrna) tarafından başlatılan dizi spesifik posttranskripsiyonel gen sessizleştirme sürecidir.

23 mirna genlerinin %50 den fazlası kanserle ilişkili genomik alanlarda veya frajil sitelerde lokalizedir. Bunların tümör supresör gibi davranarak onkogenleri inhibe ettikleri veya tam tersi olarak onkogen gibi hareket ederek tümör supresörleri inhibe ettikleri gösterilmiştir. mir-15 ve mir-16 nın insan kanserlerinde tümör supresör olarak hareket edebileceğini gösterilmiştir. hipofiz adenomlarında normal hipofiz dokularına kıyasla daha düşük seviyelerde eksprese edilir ve bunların ekspresyonu tümör büyüklüğü ile ters ilişkilidir. Buna tezat olarak onkogen gibi davranan mirna lar da var: mir155 (B hücre lenfomalarında, Hodgkin s lenfomada, Burkitt lenfomada ve insan meme kanseri ), mir21( Meme kanseri, malign beyin tümörleri ve glioblastomada aşırı miktarda eksprese edilmiştir. )

24 Terapötik sirna lar sirna hedef geni p53 mutant K-Ras BCR-ABL MDR1 C-RAF Bcl-2 VEGF PKC- Β-Catenin Hastalık KANSER