Epigenetyczne mechanizmy regulacji ekspresji genow�

Epigenetyczne mechanizmy regulacji ekspresji genow cd

: interferencja RNA, architektura jadra interfazowego, remodelowanie chromatyny

Interferencja RNA: zachowawczy ewolucyjnie mechanizm regulacji procesow komórkowych przez krótkie cząsteczki RNA, termin RNAi uzyto po raz pierwszy w 1998 opisujac wyciszenie genu u C. elegans poprzez wprowadzenie do komórki egzogennego dsRNA

4% całego RNA to kodujący RNA, czyli matrycowy RNA, który zostaje wykorzystany do syntezy lancuchow polipeptydowych

Niekodujące RNA (ncRNA): cząsteczki RNA, które nie sa matryca do syntezy bialka, ok 97-98% wszystkich transkryptow genomu ludzkiego to ncRNA zakodowane zarownio w obvrenbie niektoerych genow jak i w rejonach miedzygenowych.

Nc RNA dzielimy na cząsteczki które uklegaja konstytutywnej ekspresji (odgrywają role w prawidłowym funkcjonowaniu komórki) oraz pełniące role regulatorowe m in regulatory transkrypcji, regulatory potranskrypcyjne, modulatory aktywności bialek

ncRNA konstytutywne: tRNA, rRNA, snRNA(male jadrowe rna, snoRNA(male jaderkowe rna) RNA telomerazowe( niektóre komórki umieja odbudowywać telomery, telomery odbudowuje telomeraza)

miRNA: najszerzej badana klasa ncRNA, dlugosc ok 22 nt, post-transkrypcyjne wyciszenie genow, regulacja przy pomocy miRNA dotyczy ok 60% genow kodujących bialka

piRNA: dlugosc ok 24-30 nt, biogeneza zalezna od kompleksu Dicer, wiaza się z bialkamni PIWI , (podrodzina bialek Argonaute) które za zaangażowane w utrzymanie stabilności genomu w komorkach zarodkowych, transkrybowane z regionow genomu zawierających transpozony i inne sekwencje powtarzalne, kompleks piRNA i bialek PIWI wycisza ekspresje elementow transpozycyjnych

lncRNA: dlugosc ponad 200 nt, rozne mechanizmy regulacji ekspresji genow poprzez lncRNA: uczestniczą w epigenetycznych modyfikacjach DNA poprzez rekrutacje kompleksow remodelujących chromatynę do specyficznych loci przykłady: inaktywacja chromosomu X, regulacja ekspresji genow HOX, udział w regulacji ekspresji loci imprintingowych

interferencja RNA: zlozony system regulacvji genow wykorzystujący 22-26 nt małe interferujące RNA powstające z prekursorow dsRNA

mechanzimy: potranskrypcyjne wyciszania genow (indukcja degradacji mRNA zawierającego komplementarna sekwencję do małych RNA, blokowanie translacji takiego mRNA), wyciszanie transkrypcyjne ( indukcja zmian w strukturze chromatyny w locus w ktorym znajduje się sekwencja do której sa komplementarne male RNA)

Małe cząsteczki RNA biorące udział w potranskrypcyjnym wyciszaniu genow:

siRNA – male interferujące RNA (pochodzenie egzogenne)- dwuniciowy RNA, uczestniczy w degradacji transkryptu, w kompleksie z n=białkami siRNA rozplata się w laczy z komplementrarnymi fragmentami transkrytpum, następnie za pomocą kompleksu białkowego dochodzi do degradacji

miRNA-mikroRNA (pochodzenie endogenne)- jednoniciwoy RNA z kompleksem białkowym laczy się z nieulegajacym translacji koncem 3’ transkrytpu co prowadzi do zablokowania translacji

Enzymy (kompleksy) zaangażowane w interferencję RNA: RISC(kompelks wyciszający indukowany przez RNA), Dicer,Drosha(obydwa to rybonukleazy o aktywności RNAzy klasy III)

siRNA: powstają z dsRNA bedacym produktami transkrypcji nietypowych transgenow (konstruktow h=genowych wporwadzanych z zew lub wytwarzanych w trakcie replikacji wirusow),

z prekursorow wycinane sa dwuniciwoe fragmenty przez Dicer

dwuniciwy siRNA wlaczany jest do kompleksy RISC w ktoreym zostaje usunieta nic sensowna

kompleks z nicia antysensowną odnajduje komplekentarnyy mRNA’

jeśli komplementarność siRNA i mRNA jest calkowita nastepuje katalityczne ciecie i degradacja mRNA

jeśli komplemenatrnosc siRNA jest czesciowa mRAn zostaje zachowany ale jego translacja zostaje zablokowana

miRNA: powstają z prekursorow o strukturze spinki do wlosow tzw pre-miRNA które sa pochodzenia endogennego (zakodowane w genomie)

prekursory miRNA sa cięte najpierw na krótsze fragmenty dwuniciowe przez Drosha

z produktów tej rekacji Dicer wycina miRNA

nastepnbie tworza się kompleksy typu RISC zdolne do wycidszania RNA lub podobne kompkeksy RITS

RITS z chwila gdy jednoniciowy miRNA odnajdzie komplementarny odcinek jest w stanie induykjowac modyfikacje histonów i DNA

RNAi jako narzedzie badawcze:

Badanie funkcji genow (alternatywa dla nokautów genowych czy antysensownych oligonukleotydow)

Terapeutyka- wyciszanie genow związanych z chorobą

Badania nad opracowaniem terapii z wykorzystaniem RNAi prowadzi się m in w odniesieniu do: chorob wirusowych, nowotworow złośliwych, chorob neurodegeneracyjnych, chorob alergicznych, chorob autoimmunologicznych, cukrzycy

Inaktywacja chormosomu X ssakow jest zalezna od genu Xist: proces ten jest inicjowany przez specjalne cząsteczki RNA, bedace produktami transkrypcji genu Xist, zlokalizowanego w rejonie Xic, ekspresja jest możliwa tylko, jak obecne sa dwa choromosomy X, w organizmach zenskich eskpresji podlegają geny tylko z jednego chromosomu X

Xist: produkt genu Xist w specyficzny sposób pozostraje związany z jego chromatyną, stanowiąc molekularny znacznik dla rekrutacji czynnikow białkowych, które z kolei dokonują modyfikacji histonów i DNA

Architektura jadra interfazowego

Organizacja chromatyny w jadrze interfazowym nie jest przypadkowa

Każdy chromosom zajmuje w jadrze scisle określone miehjsce zwane terytorium chromosomowym

Wielkość i umiejscowienie terytoriów chromosowmowych jest tkankowo specyficzna , zależy od fazy cyklu komorkowegom wielkości chromosomow oraz liczby genow aktywnie transkrybowanych

Architektira ewenatrzjadrowa odgrywa znaczaca rolę w epigenezie i stanowi jeden z elementow regulacvji ekspresji genow

Zasady organizacji chromatyny w jadrze interfazowym

Teoria radialna : polozenie chromosomow w jadrze zależy od liczby genow, polozenie chromosomow zależy od ich wielkości(male w srodku, duże na zewnątrz)
Teoria mowiaca o polozeniu względnym: niektotre chromosomy wykazują tendencje do skupiania się, inne lokuja się w pobliżu określonych domen jadra

Zmiana polozenia chromosomow: aktywność komórki, komórki roznych tkanek, różnicowanie

Zmiana pozycji genu w jadrze może mieć efekt regulatorowy: zazwyczaj geny polozone po srodku sa aktywne, albo gdy dochodzi do tzw pocałunku genow (gdy sa daleko siebie to sa niekatywne, a gfdy blisko siebie aktywne)

Migracja loci poza terytorium chromosomowe- geny podlegają ekspresji, dopiero gdy wyjdą z terytorium chromosomowego

Trojwymiarowa organizacja genomu w jadrze interfazowym może odgrywać role w powstawaniu translokacji chromosomowych w nowotworach:

- translokacje chromosomow sa mutacjami swoistymi w wybranych typach nowotworow

- wykazano, z eznacznie częściej dochodzilo do translokacji takich chromosmow które sasiadowaly ze sobą w przestrzeni jadra interfazowego

Badania doktor szczerbal: Architektura jadra interfazowego- pozycja genow w jadrze różnicujących się adipocytow zmienia się i ma to związek z poziomem transkrypcji

Remodelowanie chromatyny: proces polegający na zmianie struktury chromatyny przy pomocy określonych kompleksow białkowych, którego celem jest regulacja ekspresji genow poprzez zmaine dostepnosci chromatyny dla czynnikow transkrypcyjnych

Kompleksy białkowe remodelujace chromatynę: skladaja się zkiilku-kilkunastu podjednostek, w ich skład wchodzą bialka posiadające aktywność zależną od hydrolizy ATP, efektem ich działania jest zwykle przemieszczenie DNA względem oktameru histonowego

Remodelowanie chromatyny wymaga wyspechjalizowanych enzymow , ktróre wykorzystują energię z hydrolizy ATP

‘