EPIGENETYKA
Historycznie słowo EPIGENETYKA  zjawiska nie podlegające prawom genetycznym.
Conrad Waddington  definicja (1942)
·ð gaÅ‚Ä…z
biologii, która bada oddziaływania pomiędzy genami i produktami tych genów,
decydujÄ…ce o powstaniu fenotypu.
WSZYSTKO
·ð regulacja genów, adaptacja fizjologiczna, reakcje organizmu na czynniki Å›rodowiska&
choroby&
·ð  ZwykliÅ›my myÅ›leć o naszej informacji genetycznej jako zapisie w DNA, jest to tylko częściÄ…
prawdy (Brona McWittie)
Biologia rozwoju a epigenetyka
·ð Rozwój jest epigenetykom w dziaÅ‚aniu.
·ð  Epigenetyka jest badaniem cech dziedzicznych, które nie zależą od pierwotnej sekwencji
DNA .
·ð  epigenetyka (& ) stanowi próbÄ™ wyjaÅ›nienia, w jaki sposób ten sam genotyp może
warunkować powstanie różnych fenotypów .
·ð Zmiany funkcji lub ekspresji genu, wynikajÄ…ce z modyfikacji struktury chromatyny, ale nie
dotyczÄ…ce zmian sekwencji Dna, dziedziczne w pewnym sensie.
·ð Odwracalne w wyniku dziaÅ‚ania substancji chemicznych.
Bliz
nięta  identyczni genetycznie, ale nie epigenetycznie
ELEMENTY EPIGENETYCZNEJ REGULACJI EKSPRESJI GENÓW
1. Metylacja DNA
2. Modyfikacje histonów rdzeniowych
3. Rodzicielski imprinting
4. Inaktywacja chromosomu X
5. Zjawisko interferencji RNA
6. Białka Polycomb i Trithorax
Metylacja DNA
1. Aktywna chromatyna
o SÅ‚abo zmetylowany DNA + acetylowane histony w nukleosomach
2. Nieaktywna chromatyna
o Metylowana C + deacetylowane histony
Ustalony wzór metylacji DNA jest swoisty tkankowo, stabilny, odwracalny i stanowi cechę
dziedzicznÄ….
Metylacji w ludzkim DNA ulegać mogą wyłącznie reszty cytozyny w obrębie dinukleotydów 5 -CD-3
(CpG), przy czym metylacja jest zawsze systematyczna i obejmuje obie komplementarne nici.
Grupa metylowa pochodzi z S-adenozylometioniny.
1
Metylacja DNA:
·ð Metylotransferaza DNA
·ð Cytozyna 5-metylocytozyna
·ð CpG
·ð Nie wystÄ™puje u:
o Drożdży
o Owadów
o Nicieni
·ð U ssaków kilka transferaz metylowych
o DNMT1  metylaza zachowawcza
o DNMT3A + DNMT3B  transferazy
metylowe de novo
·ð 5 ludzkich metylotransferaz cytozynowych
·ð MECP  biaÅ‚ka wiążące siÄ™ z sekwencjami
metylo  CpG
·ð Rodzina biaÅ‚ek zawierajÄ…cych deomenÄ™ MBD 
rozpoznaje i wąże rejony DNA, w których
występuje 5-metylocytozyna
·ð Wyspy CpG
o Charakterystyczne rejony bogate w CpG
o W promotorach I egzonach
o Istotna rola w kontroli aktywności genów
·ð Faza S cyklu komórkowego
·ð Zygota po zapÅ‚odnieniu  acetylacja histonów + demetylacja DNA
·ð Stadium wczesnego embrionu  globalna demetylacja
·ð Po implantacji  Metylacja de novo
·ð Pasywna demetylacja
·ð NiezbÄ™dna dla prawidÅ‚owego rozwoju komórek
·ð Podczas nowotworzenia  2 główne zaburzenia w procesie metylacji DNA w komórkach guza:
o Hipometylacja
o Hipermetylacja
Hipometylacja
·ð Skojarzona z demetylacjÄ… regionów promotorowych onkogenów
·ð Nadekspresja genów
·ð Aktywacja produktów genów
·ð Nadmierna stymulacja proliferacji komórek
·ð Charakter globalny
·ð Aktywuje geny stymulujÄ…ce wzrost i proliferacjÄ™ komórek
2
·ð Charakter lokalny
·ð Mutacje punktowe CG do TG
·ð Wyciszanie funkcji genów supresorowych
Hipermetylacja w nowotworach
·ð Gen supresorowy p 16
o Guzy piersi, mózgu, pęcherza moczowego, jelita grubego, przełyku, żołądka, nerki,
wątroby, płuc, macicy, chłoniaki
·ð 10  30% - rak jelita grubego
·ð >50% - nowotwory klatki piersiowej
·ð Globalna demetylacja
o Wczesne stadia nowotworów klatki piersiowej jelita grubego
·ð Zespół Retta  choroba neurologiczna zaliczana do spektrum autystycznego.
·ð Zespół ICF  niedobór odpornoÅ›ci, anomalie budowy twarzy.
·ð Zespół ATR-X  upoÅ›ledzenie umysÅ‚owe.
·ð Zespół Rubinsteina  Taybiego
Metylacja DNA:
·ð Witamina B12
·ð Kwas foliowy
·ð Cholina
·ð Metionina
Terminem  modyfikacja histonów określa się zmiany w strukturze DNA I białek histonowych,
obejmujące: remodelowanie chromatyny rozumiane jako przemieszczanie się nukleosomów wzdłuż
nici DNA, wymianę histonów rdzeniowych na wariant H2A.Z i modyfikacje kowalencyjne N-końców
ogonów histonowych, tj.: acetylację, metylację, ubikwitynację, fosforylację, biotynylację, sumoilację i
ADP-rybozylacjÄ™.
Kowalencyjne zmiany histonów i procesy metylacji DNA są zjawiskami współzależnymi, mogącymi się
wzajemnie indukować.
Modyfikacja histonów
·ð Acetylacja lizyny
·ð Metylacja lizyny i argininy
·ð Fosforylacja seryny
·ð PrzyÅ‚Ä…czanie maÅ‚ego biaÅ‚ka
ubikwityny
3
MODYFIKACJA OGÓLNY EFEKT MODYFIKACJI
Acetylacja Aktywacja transkrypcji
Wyciszenie telomerów
Naprawa DNA
Metylacja Inaktywacja transkrypcji
Fosforylacja Naprawa DNA
Mitoza
Ubikwitynacja Aktywacja transkrypcji
Koniugacja z czÄ…steczkami SUMO Wyciszenie transkrypcji
·ð Ostra biaÅ‚aczka promielocytowa
·ð Ostra biaÅ‚aczka limfoblastyczna
·ð Inhibitory deacetylaz histonowych:
o Choroba Huntingtona,
o Choroba Parkinsona,
o Choroba Alzheimera,
Rodzicielski imprinting
Forma aktywacji lub inaktywacji alleli zależna od tego, na którym chromosomie rodzicielskim znajdują
siÄ™.
U ludzi dwa duże regiony podlegające rodzicielskiemu piętnowaniu:
4
·ð Chromosom 11p15.5
·ð Chromosom 15q12
Matczyne piętnowane kopie genów  PW (niedorozwój umysłowy, otyłość, niski wzrost).
Delecja ramienia chromosomu 15 pochodzenia ojcowskiego: uniparetalna disomia pochodzenia
matczynego.
Ojcowskie piętnowane kopie genów  AS (niedorozwój umysłowy, charakterystyczne rysy twarzy i
ruchów,  dzieci marionetki lub  zespół szczęśliwej kukiełki ).
Delecja ramienia chromosomu 15 pochodzenia matczynego; uniparetalna disomia pochodzenia
ojcowskiego.
·ð Zespół Angelmana -> ojciec
·ð Choroba Pradera-Willego -> matka
·ð Zespół Beckwitha-Wiedemanna
·ð Nerwiak zarodkowy
·ð Ostra biaÅ‚aczka mioblastyczna
·ð Guz Wilmsa
Inaktywacja chromosomu X
·ð Mechanizm kompensacyjny
·ð XiG (X-inactivation center)
·ð XIST i TISX
·ð Aktywacja nieaktywnego chromosomu po profazie I podziaÅ‚u mejotycznego
RNA interferencyjny
·ð 19.02.1998
5
·ð Caenorhabditis elegans
·ð Andrew Z. Fire, Craig C. Mello
·ð 2006  Nagroda Nobla
Zjawisko wyciszenia albo wyłączenia ekspresji genu przez dwuniciowy RNA (dsRNA) o budowie I
sekwencji zbliżonej do sekwencji DNA wyłączanego genu.
·ð Dicer  rybonukleaza o aktywnoÅ›ci RNAzy III degradujÄ…ca dwuniciowe, liniowe fragmenty
RNA do siRNA.
·ð RISC  rybonukleinowo-proteinowy kompleks o aktywnoÅ›ci helikazy oraz endo- i
egzonukleazy.
Trzy poziomy wyłączania:
·ð WpÅ‚yw na strukturÄ™ genomu i decyzji, które jego fragmenty ulegajÄ… transkrypcji.
·ð Selektywna degradacja mRNA.
·ð Selektywne hamowanie translacji wybranych czÄ…steczek mRNA.
Klasy krótkich srRNA
·ð siRNA (small interfering RNA)
·ð tasiRNA (trans-acting small interfering RNA)
·ð rasiRNA (repeat-associated small interfering RNA)
·ð tncRNA (tiny noncoding RNA)
·ð miRNA (micro RNA)
·ð piRNA (Piwi-interacting RNA)
6
·ð zwierzÄ™ta  wyciszenie genu zwiÄ…zanego z wysokim stężeniem cholesterol
·ð HIV
·ð HCV
·ð HBV
·ð Wirus grypy
7
·ð Wirus wÅ›cieklizny
Cechy idealnych leków opartych na siRNA:
·ð Odporność na nukleazy.
·ð Wydajne przenikanie do wnÄ™trza komórek i uwalnianie substancji czynnej w cytoplazmie.
·ð Brak reakcji ze strony ukÅ‚adu immunologicznego.
·ð Brak cytotoksycznoÅ›ci.
·ð Szybki rozkÅ‚ad w wÄ…trobie lub nerkach.
Białka polycomb i tritorax
·ð Drosophila
·ð Utrzymanie staÅ‚ego wzoru transkrypcji genów kontrolujÄ…cych rozwój.
·ð Utrzymanie stanu aktywnoÅ›ci lub represji genów (Hox) ustalonego wczeÅ›niej przez wiążące
siÄ™ z DNA czynniki transkrypcji.
·ð Regulacja cyklu komórkowego
·ð Polimeryzacja aktyny
·ð Proces starzenia siÄ™ komórek
·ð Inaktywacja chromosomu X
·ð PiÄ™tno genomowe
·ð Rozwój nowotworów
PRC1 i PRC2
·ð WpÅ‚yw na pluripotencjalność komórek macierzystych
8
·ð Represja nowotworowych genów supresorowych
·ð WpÅ‚yw na rozwój nowotworu
·ð Rola aktywatorów transkrypcyjnych
·ð Odpowiedzialne za ATP-zależnÄ… przebudowÄ™ chromatyny
9