MECHANIZMY EPIGENETICKÝCH PROCESŮ

Podobné dokumenty
Epigenetické mechanismy u rostlin

7. Regulace genové exprese, diferenciace buněk a epigenetika

EPIGENETIKA reverzibilních změn funkce genů, Epigenetické faktory ovlivňují fenotyp bez změny genotypu. Epigenetická

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ


Molekulární procesy po fertilizacinormální či abnormální po ART?

Rich Jorgensen a kolegové vložili gen produkující pigment do petunií (použili silný promotor)

Chromatin. Struktura a modifikace chromatinu. Chromatinové domény

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Struktura chromatinu. Co je to chromatin?

AUG STOP AAAA S S. eukaryontní gen v genomové DNA. promotor exon 1 exon 2 exon 3 exon 4. kódující oblast. introny

Dědičnost pohlaví Genetické principy základních způsobů rozmnožování

Buněčný cyklus. Replikace DNA a dělení buňky

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

EPIGENETICKÁ DĚDIČNOST

Exprese genetického kódu Centrální dogma molekulární biologie DNA RNA proteinu transkripce DNA mrna translace proteosyntéza

MENDELOVSKÁ DĚDIČNOST

Genetická kontrola prenatáln. lního vývoje

TUBULIN-FOLDING COFACTOR A (TFC A) u Arabidopsis

2. Z následujících tvrzení, týkajících se prokaryotické buňky, vyberte správné:

SLOVNÍČEK NEJDŮLEŽITĚJŠÍCH TERMÍNŮ Prof. Boris Vyskot (kapitola z připravovaných skript EPIGENETIKA, vyjde na UP v příštím roce)

Některé významné aspekty vývojové biologie v medicíně

Embryonální období. Martin Špaček. Odd. histologie a embryologie

P1 AA BB CC DD ee ff gg hh x P2 aa bb cc dd EE FF GG HH Aa Bb Cc Dd Ee Ff Gg Hh

Molekulární mechanismy formování epigenomu

Základy molekulární a buněčné biologie. Přípravný kurz Komb.forma studia oboru Všeobecná sestra

NUKLEOVÉ KYSELINY. Základ života

Těsně před infarktem. Jak předpovědět infarkt pomocí informatických metod. Jan Kalina, Marie Tomečková

Genetika pohlaví genetická determinace pohlaví

Příprava vektoru IZOLACE PLASMIDU ALKALICKÁ LYZE, KOLONKOVÁ IZOLACE DNA GELOVÁ ELEKTROFORÉZA RESTRIKČNÍ ŠTĚPENÍ. E. coli. lyze buňky.

Sylabus témat ke zkoušce z lékařské biologie a genetiky. Struktura, reprodukce a rekombinace virů (DNA viry, RNA viry), význam v medicíně

Chromosomy a karyotyp člověka

Buněčné dělení ŘÍZENÍ BUNĚČNÉHO CYKLU

Dědičnost a pohlaví. KBI/GENE Mgr. Zbyněk Houdek

Buňky, tkáně, orgány, soustavy

Vytvořilo Oddělení lékařské genetiky FN Brno

DUM č. 3 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika

Mgr. Veronika Peňásová Laboratoř molekulární diagnostiky, OLG FN Brno Klinika dětské onkologie, FN Brno

Bi8240 GENETIKA ROSTLIN

RIGORÓZNÍ OTÁZKY - BIOLOGIE ČLOVĚKA

- studium mechanismů řídících genovou expresi

562 VESMÍR 79, říjen Nově replikovaná DNA lidské buňky HeLa značená modifikovaným

Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Globální pohled na průběh replikace dsdna

8 cyklinů (A, B, C, D, E, F, G a H) - v jednotlivých fázích buněčného cyklu jsou přítomny určité typy cyklinů

7) Dormance a klíčení semen

RNA interference (RNAi)

DETERMINACE A VÝZNAM POHLAVNOSTI

EPIGENETIKA : rehabilitace kacířství? Boris Vyskot Laboratoř vývojové genetiky, Biofyzikální ústav AV ČR v Brně

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Exprese genetické informace

TEST: GENETIKA, MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE

44 somatických chromozomů pohlavní hormony (X,Y) 46 chromozomů

Genová etiologie nemocí

Medicínské aspekty epigenetiky. Boris Vyskot Oddělení vývojové genetiky, Biofyzikální ústav AV ČR v Brně

19.b - Metabolismus nukleových kyselin a proteosyntéza

Bakteriální transpozony

Souhrnný test - genetika

Proteiny Genová exprese Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D.

Na rozdíl od genomiky se funkční genomika zaměřuje na dynamické procesy, jako je transkripce, translace, interakce protein - protein.

Dědičnost mísením (Blending inheritance)

Bi8240 GENETIKA ROSTLIN

Typy nukleových kyselin. deoxyribonukleová (DNA); ribonukleová (RNA).

Uspořádání genomu v jádře buňky a jeho možná funkce. Stanislav Kozubek Biofyzikální ústav AV ČR, v.v.i.

Digitální učební materiál

RNA. Vlákno kovalentně vázaných nukleotidů. Biochemicky odlišitelná od DNA (hydroxyl na C2 pentózy,

Terapeutické klonování, náhrada tkání a orgánů

Dostupnost živin jako faktor utvářející morfologii kořenů (trofomorfogeneze) Vliv dusíkatých látek, fosfátů, síranů a iontů železa

1. Téma : Genetika shrnutí Název DUMu : VY_32_INOVACE_29_SPSOA_BIO_1_CHAM 2. Vypracovala : Hana Chamulová 3. Vytvořeno v projektu EU peníze středním

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Vztah struktury a funkce nukleových kyselin. Replikace, transkripce

Biologická úloha RNA

POHLAVNÍ CHROMATINOVÝ ZNAK U ČLOVĚKA - SEX CHROMATIN

Nukleosidy, nukleotidy, nukleové kyseliny, genetická informace

DĚDIČNOST MÍSENÍM (BLENDING INHERITANCE)

RNA molekuly. Analýza genové exprese pomocí cytometrických (a jiných) metod. Analýza exprese a funkce microrna. Úrovně regulace genové exprese

ckapitola 21 Genetické řízení vývoje živočichů

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Výuka genetiky na PřF OU K. MALACHOVÁ

Epigenetické regulace. (Viz také speciální přednáška P. Svobody - Epigenetika)

Nové metody molekulární biologie

EPIGENETICKÁ DĚDIČNOST

Apoptóza Onkogeny. Srbová Martina

Transpozony - mobilní genetické elementy

Výskyt MHC molekul. RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. ajor istocompatibility omplex. Funkce MHC glykoproteinů

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Kontrola genové exprese

Exprese genetické informace

Determinace pohlaví a evoluce pohlavních chromosomů

Genetický polymorfismus

9. června KONFERENCE PSYCHOSOMATICKÉ MEDICÍNY: PSYCHOSOMATIKA V KLINICKÝCH OBORECH Liberec

Molekulární základy dědičnosti. Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA

9. Evo-devo. Thomas Huxley ( )

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Epigenetické mechanismy

BUŇEČNÝ CYKLUS A JEHO KONTROLA

Směsná dědičnost (blending inheritance)

Struktura a funkce biomakromolekul

Evoluce fenotypu II.

Beličková 1, J Veselá 1, E Stará 1, Z Zemanová 2, A Jonášová 2, J Čermák 1

Transkript:

MECHANIZMY EPIGENETICKÝCH PROCESŮ

METYLACE DNA

Metylace DNA Adice metylové skupiny (CH 3 ) na 5. uhlík cytosinu Obvykle probíhá pouze na cytosinech 5 vůči guanosinu (CpG) Cytosin NH 2 5-Metylcytosin NH 2 N C C H DNA metyltransferáza N C C CH 3 O C N C H S-adenosylmethionin O C N C H H H

Epigenetické umlčování nemetylovaný promotor 5 transcripční faktor gen transkripce 3 mrna protein hypermetylovaný promotor CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 gen translace 3 5 hypermetylovaný promotor (kondenzovaný) CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 gen kondenzace promotoru chromatin 5 3 transcripční faktor umlčení genu

DNA metylace - DNA metylace se vyskytuje na 5-C v CpG dinukleotidech. 5mC obvykle tvoří <1% nukleotidů. - Frekvence CpG je ~5x nižší než očekávaná, což je způsobeno zvýšenou mutací v CpG dinukleotidech. - Tranzice (C-T) se vyskytují 10-40x častěji než v jiných dinukleotidech. - Až 50% bodových mutací v genu p53 v lidských nádorech se vyskytuje v CpG dinukleotidech. - CpG ostrovy nejsou v genomech distribuovány rovnoměrně. - CpG jsou obvykle metylovány v repeticích a 3 oblastech genů a nikoli v CpG ostrovech. - V genomu savců je asi 35 tisíc CpG ostrovů, které bývají umístěny v promotorových oblastech housekeeping genů a tkáňově specifických genů.

CpG dinukleotidy jsou palindromatické 5 CpG 3 3 GpC 5

Mutace 5 -metylcytozinu nemohou být identifikovány a reparovány

Udržovací metylace DNA metyltransferáza 1

nízká metylace vysoká Změny metylace DNA v průběhu vývoje buněk zárodečné dráhy primordiální zárodečné buňky samčí gamety (spermie) samičí gamety (oocyty) doba vývoje V průběhu ontogeneze dochází u savců k rozsáhlým změnám ve stupni metylace cytosinu. V primordiálních pohlavních buňkách dochází k výrazné demetylaci, ve vlastních gametách je metylace opět výrazná (včetně imprintů), v průběhu embryogeneze (in utero) zase vznikají nové metylační záznamy.

nízká metylace vysoká Změny metylace DNA v průběhu vývoje savců oocyty oplození blastocysta embryonální linie spermie DNA replikace extra-embryonální linie doba vývoje

MODIFIKACE NUKLEOZOMÁLNÍCH HISTONŮ

HISTONOVÉ KÓDOVÁNÍ Nejčastěji modifikované aminokyseliny: R = arginin, K = lyzin, S = serin,

Cílem modifikací lyzinu je e-aminoskupina - vede to k neutralizaci jejího pozitivního náboje e V jednom nukleozomu může být acetylováno až 26 lyzinových reziduí lokalizovaných v N-distálních ramenech histonového oktameru H4 (4), H3 (4), H2A (1) a H2B (4).

Nejčastejším cílem modifikací histonů jsou silně bázické aminokyseliny lysin a arginin a-amino d-triamino e-amino lysin (K) a-amino arginin (R)

RNA INTERFERENCE A HETEROCHROMATIN

Zdroje dsrna, které fungují jako substrát ke tvorbě sirna (small interfering) ribonukleázou Dicer a jsou spouštěči umlčování RNA: (a) Obousměrná transkripce popsaná v centromerických repeticích S. pombe (b) Transkripce obrácených repeticí (rostliny, živočichové) (c) Transkripce aberantních RNA, bez sestřihu, s pomocí RNA dependentní RNA polymerázy (RdRP)

Organizace heterochromatinových oblastí chromozomů centromera Arabidopsis Centromery jsou složeny ze 180 pb repeticí s vloženými retroelementy. Přímé transkripty jsou počaty z LTR (long terminal repeats) retroelementu, obrácené transkripty počínají přímo v repeticích.

acetylované histony histon deacetylázy histonvazebný protein metylace H3K9 Uspořádání heterochromatinu zahrnuje koordinovaný účinek histon-modifikujících enzymů (HDAC, Clr4), histon-vazebných proteinů (Swi6) a je řízen RNAi mechanismem. Deacetylace je následována vazbou Clr4 a metylací H3K9, na ten se váže Swi6.

RNA dependentní RNA polymeráza RNA pol IV metylovaná DNA proteinový komplex vedoucí k metylaci histonu H3 Model úlohy RNA polymerázy IV v RNAi procesu a histon H3 metylaci: RNA pol IV transkribuje metylovanou DNA, RNA dependentní RNA polymeráza z ní dělá dsrna, sirna potom směruje celý metyltransferázový komplex k chromozomu.

PAMĚŤOVÉ PROTEINY: POLYCOMB

TA = transkripční aktivátor trxg trxg trxg TR = transkripční represor Schema buněčné paměti: Zahrnutí komplexů Trithorax group (trxg) a Polycomb group (PcG) v determinaci aktivního a reprimovaného stavu genové exprese (a tím i buněčné diferenciace) po mnoho buněčných dělení.

Proteiny epigenetické buněčné paměti [ Cellular Memory Proteins ] POLYCOMB a TRITHORAX skupiny klíčových regulátorů vývoje, sktruktury a exprese homeotických genů, vazba na DNA Polycomb Response Elements

Polycomb group anterior posterior represory homeotických genů, mutace způsobují více anteriorní či posteriorní fenotyp PcG-mutant drozofily 1. 2. 3. pár nohou sex comb standard

PcG - Imunolokalizace paměťových proteinů Polycomb na polytenních chromozomech ze slinných žláz drozofily

Renato Paro (Heidelberg ) teorie chromatinové paměti Remembering silence

Proteiny skupiny POLYCOMB - jsou antagonisty (represory) homeotických genů s homeoboxem či MADS doménou - specifikují místo účinku homeotických transkripčních faktorů Arabidopsis CURLY LEAF versus AGAMOUS Justin Goodrich (Edinburgh) listy wild-typu listy mutace clf : ektopická exprese květního genu AG

Úlohy komplexů POLYCOMB v životním cyklu rostlin

Parentální imprinting u rostlin : maternální efekt genu MEDEA... příběh Otesánka wt endosperm M-/- wt Ueli Grossniklaus (Zurich 1998) maternální wt-alela: kontrola (redukce) embryonální proliferace endosperm mm/- mutace medea

WT m anteriorní transformace osmého hrudního obratle v žebro mutantu Ring1A-/- u myši WT m mutant clf-2 u Arabidopsis má absenci korunních plátků Homeotické transformace v Polycomb mutantech Polycomb proteiny jsou antagonisty homeoboxových genů (myš) i MADS-boxových genů (Arabidopsis)

PAMĚŤOVÉ PROTEINY: TRITHORAX

TA = transkripční aktivátor trxg trxg trxg TR = transkripční represor Schema buněčné paměti: Zahrnutí komplexů Polycomb group a Trithorax group v determinaci aktivního a reprimovaného stavu genové exprese (a tím i buněčné diferenciace) po mnoho buněčných dělení

Trithorax group aktivátory homeotických genů A P standard mutace trithorax - více anteriorní fenotyp (trupu)

ATX-1, homolog genu Trithorax drosofily, aktivuje květní homeotické geny (typu MADS) wt atx atx-mutant květ wt-květ SET doména arabisčího genu Trithorax má metylázovou aktivitu k lysinu 4 histonu H3 genová aktivace

založení (segmentační geny) udržování časné embryo vývoj embrya, larvy, kukly dospělec Regulace transkripce homeoboxových genů Hranice transkripce homeotického genu AbdominalA a ostatních Hox genů jsou založeny účinkem segmentačních genů (velkých mezer, párového pravidla a orientace článků), které rozdělí embryo na 14 identických článků. Stavy exprese a vypnutí Hox genů jsou udržovány trxg aktivátory a PcG represory.

HEAT-SHOCK PROTEINY

vývojová změna (kanalizace)!

POLYFENISMUS : genotyp je realizován v různých fenotypech dle podmínek prostředí - skrytá genetická variabilita se projeví až po teplotním šoku a pomáhá adaptaci housenky Manduca sexta

Různorodé abnormální fenotypy způsobené kultivací na geldanamycinu Queitsch et al (2002) Nature 417:618

Fenotypová variabilita specifická pro rekombinantní inbrední linie Queitsch et al (2002) Nature 417:618 - extrémní kroucení hypokotylu, kořeny rostou do vzduchu - zkroucené rozety, vertikálně orientované listové čepele - akumulace fialového pigmentu - četné kořenové vlásky - zkroucené hypokotyly, rozety na ploše média - malformované pravé listy

Vývojové abnormality drosofily způsobené deficiencí Hsp90

Reparační úlohy Heat Shock proteinů denaturace teplem (inhibice geldanamycinem) nativní forma HSP ATP random coil ATP ATP HSP enzymatická renaturace nativní forma