Epigenetik Mekanizmalar Nedir?

F. Belgin ATAÇ (Ph.D)

Başkent Üniversitesi Tıp Fakültesi

Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı

52. Ulusal Diyabet Kongresi

21 Nisan 2016

Epigenetik

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

Santral dogma

Biyokimyasal Analizler

Etkilenmiş Doku

DNA tanı amaçlı kullanımı

Santral dogma

Transkripsiyon

TF

Promotör

Transkripsiyon

RNA Polimeraz

Her transkiptten protein sentezi olmaz

Protein

PROTEİN KODLAYICI GENLERİN İFADESİNİ DÜZENLER

İnsan Genom Projesi

• Hastalıkların yeniden sınıflandırılması gerçekleşti

• Yeni tanı yöntemleri gelişti

?

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

Gen İfadelenme

Haptoglobin 8,815.24

Fibrinojen, gamma 6,639.08

Fibrinojen, beta 6,578.81

Alfa 1 mikroglobulin 6,559.68

Alfa-1 tripsin inhibitör 5,996.51

Koagulasyon faktör 22 4,415.56

Kompleman faktör I 4,244.34

Apolipoprotein C-I 5,176.36

Sitokrom P450, 1a2 4,133.49

Komplement bileşeni 9 4,387.86

Uromodülin 4,558.93

Böbrek özgü protein 2,826.43

Defensin beta 1 2,129.96

Böbrek özgü kaderin

Klor kanal 1

1,445.64

1,444.95

Aquaporin 2

1,310.87

Gen İfadelenme Pankreatik elastaz IIB 27,712

Elsetaz 1 öncülü 34,596

Safra tuzunun stimüle

ettiği lipaz 15,430

Pankreatik lipaz

35,592

İnsulin 4,256

Doku/Organlara Özgü Gen İfadesi

«Genomik İmza»

Seslilik ve Sesizlik

• Farklı gen setleri işlevsel olur

Zigot

Kanıtlar

1. Fibroblastlar veya lenfositler gibi farklılaşmış hücreler, mitoz bölünmede fenotiplerini korur

2. Monozigotik ikizlerin hastalıklara genetik yatkınlıklarının farklıdır

3. Özelleşmiş hücrelerin oluşumu

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

Epigenetik Mekanizmalar

–DNA metilasyonu – Histon modifikasyonları,

– Kromatin yeniden modelleme

– Mikro-RNA‘dır.

DNA yapısında bulunan nükleotidler

DNA Metilasyonu DNA’ya Diziye Özgü Bağlanan Proteinlerin Afinitesini Etkiler

Epigenetik bilgi mitoz bölünmede aktarılır farklılaşmış fenotipi korur

Yeni CH3 Grupları

Metillenmemiş homolog

Mitoz

Metillenmiş homolog

DNA metilasyonu

inhibitörü

MDS için klinik kullanıma girdi

↑ 𝐝𝐨𝐳 𝐦etil donörü besin ile beslenen annenin yavrusu

Dutch Hunger Winter

• Beslenme < 700 cal

• Intaruterine yaşamda kalori kısıtlamasına maruz kalanlar;

– DM, KVH ve obesite yatkın

– Epidemiyolojik çalışmalar halen devam etmekte

• 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.

NE YİYORSAN O’SUN!

Yediklerin ve yaşam tarzın torunlarını da etkiler

Epigenetik Mekanizmalar

– DNA metilasyonu

–Histon modifikasyonları – Kromatin yeniden modelleme

– Mikro-RNA‘dır.

Çekirdeğe nasıl sığar?

NÜKLEOZOM

Nükleozom bileşenleri

Histon proteinler

• Arjinin, lizin (+)

DNA

Negatif yük

Hiperkondensasyon kromatini sessizleştirir

Ökromatin Aktif gen

bölgeleri

Heterokromatin

Gen içermezler yada baskılanmış genleri içerirler

• İyonik denge

• Histon-DNA ilişkisini etkiler

Histon asetilaz X Deasetilazların transkripsiyonel regülasyondaki işlevi

Histon Asetilasyonu

Grup : (CH3CO)

Enzim :Histon asetil transferaz (HAT)

Amaç : HİSTON’un DNA’ya olan afinitesini bozmaktır

Etkisi : Lizin –DNA ilişkisi bozulur

Sonuç : Kromatinde gevşeme

Transkripsiyon

Kondanse kromatin

Gevşemiş kromatin

Asetil Histon deasetilaz (HDAC)

HDAC inhibitörleri ile ilgili çalışmalar devam etmektedir.

Seçicilik

Aynı gen kalıbından bu kadar farklı fenotipik değişiklik nasıl olur?

Histon kodu : Kombine modifikasyonlara bağlı olarak transkripsiyonel durumu belirler.

Metillenme-Arginin (R)

Metillenme- Lizin (K)

Fosforlanma -Serin (S)

Ubikütinlenme -Lizin (UB)

• Gen regüle edici proteinlerin kromatin ile etkileştiği

Bromodomain – asetile lizini Represör bağlanamaz transkripsiyona açık

Kromodomain- metil Transkripsiyona kapalı

Metil

İnaktif gen

Epigenetik Mekanizmalar

– DNA metilasyonu

– Histon modifikasyonları

–Kromatin yeniden modelleme

– Mikro-RNA‘dır.

Kromatin Yeniden Modellenmesi

• Dinamik yapıdadır

• Nükleozom, yapısında ya da lokalizasyonyonunda değişir

Kromatin yeniden modelleme kompleksi

Yeniden modellenmiş nükleozomlar

Standart nükleozomlar

Kromatinin yeniden şekillenmesi transkripsiyon aktivasyonuna yol açar

Kromatin Yeniden modellenmesi promotörü açabilir

RNA Polimeraz

Promotör

DNAz duyarlı bölgeler

Promotör

DNAz duyarlı bölgeler

Promotör Nükleozom

Histon

Yaşam boyu değişim gösterir

PNAS, 2005

Epigenetik değişikliklerin genetik

değişimlerden farkı nedir?

• Geri dönüşümlü oluşları

• DNA’nın baz dizisinde bir değişime neden olmamaları

Bora S. ve ark., Mol . Biol 2015

Güncel besinlerin epigenetik mekanzimalar üzerindeki etkisi?

Brokoli - Histon asetilasyonu

Soya - DNA metilasyonu

Yeşil çay - DNA metilasyonu

Safran - DNA metilasyonu

Epigenetik Mekanizmalar

– DNA metilasyonu

– Histon modifikasyonları

– Kromatin yeniden modelleme

– Mikro-RNA

6 metil Adenozin modifikasyonu

5’ şapkalama

İntron- ekzon çıkartılması

Poli A kuyruğu ilavesi

Ökaryotik mRNA

• 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

Hastalık tablosu

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

Obezite, diyabet,polikistik over sendromu, kalp krizi, kanser, alkolizm, zihinsel rahatsızlıklar, katarakt, hepatit

ALKBH5 Demetilaz Erkek fertilitesi Hipoksi, Smith-Magenis Sendromu

YTHDF1 m6A bağlanması mRNA kararlılığı Pankreatik kanser, pankreatit, dermatomiyozit

YTHDF2 m6A bağlanması mRNA kararlılığı Lösemi, renal hücre kanseri, meme kanseri

YTHDF3 m6A bağlanması

N/A N/A

ELAVL1 m6A bağlanması Apoptoz, mRNA kararlılığı

Kanser, lösemi, hepatit, alzaymır, anoksi, artrit, hipoksi, pankreatit, keratokon,larenjit, endotelit, prostatit

Liu N., Pan T. Translational Research, 2016

RNA epigenetiği

Epigenotipteki mutasyonlar

Epigenetik profilin nasıl kalıtılır

Genetik hastalıklar için yeni tedavi imkanlarının yaratılması mümkün olacaktır

Özet

Epigenetik mekanizma

Gen ifadelenme kontrolü

DNA aracılı DNA metilasyonu

Histon modifikasyonları Kromatin yeniden modelleme

RNA aracılı RNA i

6metil adenozin

DNA’nın baz diziliminde değişiklik olmaksızın

Epigenomik

Epigenetik mekanizmalar

• Kalıtsal

• Geri dönüşümlü

• Yaşam boyu değişen

• Çevresel faktörlerden etkilenen

• mRNA regülasyonda rol oynar

Yaşamının iyileştirilmesi

RNA aracılı epigenetik mekanizmalar ?

Penetrans değişikliği gösteren kompleks hastalıkların patogenezi açıklanmasında katkı

Epigenetik mekanizmalar

Epigenetik Mekanizmalar Nedir?

F. Belgin ATAÇ (Ph.D)

Başkent Üniversitesi Tıp Fakültesi

Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı

52. Ulusal Diyabet Kongresi

21 Nisan 2016

Yeniden Programlama

Normal kromatin yapısı transkripsiyonu yavaşlatır.

Genomik imprinting nedeni ile ayni ebeveynden gelen genler seçici olarak sessizleştirilir

• 1980lerde , in vitro fertilizasyon deneyleri iki dişiden gelen pronükleusun canlı embriyo vermediğini gösterdi