11. Vad är epigenetik?

Question 1

Vad handlar epigenetik om och vilka 5 sätt kan det ske på?

Answer 1

Epigenetik → ​Cellernas sätt att reglera generna - när och var de uttrycks.

Detta kan göras på flera olika sätt som:

➔ Reglera histonerna.

➔ Non Coding RNA,

➔ Kromatinstruktur och organisation,

➔ DNA metylering,

➔ Nukleosomens position.

Question 2

Vilka kvävebaser kan metyleras och vad är syftet med DNA-metylering?

Answer 2

Man adderar metylgrupper på cytosiner (C,). De metyleras bara om de sitter innan en guanin (G). Man kallar dessa ​CpG-dinukleotider​. Metyleringen sker genom att man adderar en metylgrupp till 5 ́-kolet i cytosin. Metylerat DNA leder till nedreglering av expression→ generna stängs av.

Question 3

Vilket enzym katalyserar metyleringen och vilka 2 isozymer finns den av?

Answer 3

Metyleringen katalyseras av ​DNA-metyltransferas. ​Det finns två olika DNA-metyltransferaser:

1. De Novo metyltransferas→ a​nvänder ometylerat DNA som substrat. Är framförallt viktigt under fosterutvecklingen då detta ger upphov till en individs metyleringsmönster.
2. Maintenance metyltransferas, ​DNMT1​→ ​använder hemimetylerat DNA som substrat vilket leder till att metyleringsmönstret bevaras vid replikationen.

Question 4

Vilka CpG-dinukliotider metyleras och hur brukar mönstret se ut?

Answer 4

Alla CpG-dinukliotider behöver inte metyleras. Men om en CpG-sekvens i den ena DNA-strängen metyleras kommer den även metyleras i den andra DNA-strängen. Detta är tack vare DNMT1.

CpG-dinukleotider​ finns ganska glest i genomet men de finns fler vid promotor-regionerna. Där kallas de för ​CpG-öar.

Question 5

Vilka 2 metoder används för att undersöka metylerat DNA?

Answer 5

Metylerat DNA kan undersökas på flera olika sätt. Men det är framförallt följande metoder som används:

1. Metylerings-specifika restriktionsenzymer→ ​Vissa restriktionsenzymer har CpG-dinukleotider som recognition site, men de kan bara klyva dessa om de är ometylerade. Man låter ett sådant restriktionsenzym klyva DNA-kedjan och sätter blandningen i PCR. Endast de metylerade stället kommer ge produkt. Hpa2​ är ett exempel på ett sådant restriktionsenzym.
2. Bisulfit-sekvensering

Question 6

Hur många histoner ingår i en nukleosom och vad kallas respektive?

Answer 6

Nukleosom → ​8 histoner med associerat DNA - 4 histonpar som består av H2A, H2B, H3 och H4. Det finns även en subenhet som heter H1 men denna finns ej i själva nukleosomen utan den sitter på strukturen och håller DNA:t på plats.

Question 7

Vad av historierna modifieras och vilka 4 typer av modifieringar är vanliga?

Vad har dessa modifieringar för effekt?

Answer 7

Histonerna har som små svansar som hänger ut, det är dessa som kan modifieras på olika sätt. Nedan följer vissa modifieringar:

➔ Metylering

➔ Acetylering

➔ Fosforylering

➔ Ubiquitinering

Vissa modifieringar gör så att genen transkriberas mer andra mindre.

Question 8

Vad sker vid acetylering av histoners svansar och vilken effekt får det?

Vilket ebxym katalyserar acetyleringen respektive deacetyleringen?

Answer 8

Normalt har DNA en liten negativ laddning och histonerna har en liten positiv laddning. Detta gör att DNA:t gärna rullas på histonerna. Men när en gen ska aktiveras kommer histonsvansen acetyleras vilket gör att histonerna tappar sin positiva laddning → mer öppet kromatin → lättare för transkriptionsfaktorer etc. att hitta generna. Acetyl aktiverar​ alltså gener.

Acetylering katalyseras av ​histon acetyltransferas, H​ AT. ​HAT kommer känna igen DNA-sekvenser kring enhancer-regionen för den gen som ska transkriberas.

Deacetylering katalyseras av enzymet ​histondeacetylas, H​ DAC→ ​minskad genexpression.

Question 9

Vad är writers för aktör vid epigenetiska modifieringar?

Nämn två exempel.

Answer 9

Writers→ ​enzym som utför epigenetiska modifieringar såsom metylering, fosforylering etc. Exempel är:

➔ Histone acetyltransferase

➔ DNA metyltransferas.

Question 10

Vad är readers för aktörer vid epigenetiska modifieringar?

Nämn två exempel.

Answer 10

Readers​→ Proteiner som tolkar de epigenetiska signalerna. Exempel:

➔ BRD4,

➔ MECP2

Question 11

Vad är erasures för aktörer vid epigenetiska modifieringar?

Nämn två exempel.

Answer 11

Erasures → ​Proteiner som tar bort epigenetiska förändringar. Exempel:

➔ Histondeacetylas

➔ KDM1A

Question 12

Vilken funktion har ncRNA (Non Coding RNA) och vilka 2 typer finns det?

Answer 12

Vissa är viktiga för telomerer, andra är viktiga för spliceosomen. Sedan har vi mikroRNA som hjälper till att inhibera translation. Här finns det 2 huvudsakliga grupper:

1. Housekeeping non-coding RNA
2. Regulatoriskt non-coding RNA

Question 13

Vad har housekeeping ncRNA för funktion och nämn 3 exempel på dessa?

Answer 13

NA som är involverat i mRNA-translatation och mRNA-processering, har alltså ingen regulatorisk roll.

Exempel → ​tRNA, rRNA och snRNA.

Question 14

Vad har regulatoriska ncRNA för funktion och vilka 2 typer finns det?

Answer 14

Viktiga för genreglering, finns 2 typer:

◆ Small non-coding RNA→ ä​r 18-31 nukleotider långa. Specifikt basparar med sina mål. Här ingår ​miRNA​ och ​piRNA​ som reglerar genuttryck post-translationellt genom att binda in komplementärt till RNA så att transkription inte kan ske→ komplex med miRNA/piRNA och mRNA bryts ned.

◆ Long non coding RNA→ Ä​r cirka 200 nukleotider långa. Dessa kan ha 2 principiella funktioner:

• Cis (Vissa verkar på platsen där genen finns. De tävlar om att transkriptionsfaktorer etc. ska binda till ncRNA:t istället för genen→ mindre transkription)
• Trans (inhiberar proteinets funktion genom att binda upp de, kan även verka stödjande till proteiner. Dessa kan även vara involverade i kromatinstruktur)

Question 15

Hur hänger kromatinstrukturen ihop med uttrycket av gener?

Answer 15

Kromatinstruktur hänger ihop med vilka gener som är uttryckta. De aktiva delarna ligger mer centralt medan de inaktiva delarna ligger mot kärnmembranet.

Question 16

Vilken typ av metylering har generellt skett vid cancer som orsakats av epigenetiska fel?

Var i histonerna kan mutationer ske som leder till cancer?

Answer 16

Cancerceller har många olika epigenetiska fel. Generellt för cancerceller gäller att de har en hypo​metylering. Man har även hypermetylering av specifika gener. I vissa cancerformer har man mutationer i histonerna, ett exempel är histon H3.3 mutationer i ​TADs​. TAD→ topologically associated domän, är gen-regioner som tenderar till att interagera med varandra.

Question 17

Vad är insulatorproteiner och ge exempel på en sådan gen?

Answer 17

Insulatorproteiner→ ​proteiner som binder ihop DNA. De bidrar även till att separera TADs från varandra→ enhancers och deras målgener kommer fysiskt närmare varandra vilket påverkar genuttryck. ​CTCF​ är ett exempel på ett insulatorprotein.

Question 18

Hur kan mutationer i insulatorproteiner leda till sjukdom?

Answer 18

Om man har mutationer i genomet dit insulatorproteiner ska binda kommer genuttryck påverkas. Det påverkas genom att gener som normalt ska vara tysta tystas inte→ över expression av vissa gener→ cancer.

Question 19

Nämn 2 exempel på sjukdomar som orsakas av mutationer i gener involverade i epigenetsik reglering.

Answer 19

Rubistain-Taybis syndrom→ ​ovanlig sjukdom som kännetecknas av kortväxthet, nedsatt intellekt och ovanligt breda tummar och lår. Orsakas av mutationer i HAT, CREBP eller EP300.

Retts syndrom→ ​beteendeavvikelse som nästan endast drabbar kvinnor. Ger intelektuell nedsatthet och oftast epilepsi. Orsakas av mutationer i MECP2 eller CpG-bindande protein.

Question 20

Vad innebär imprinting?

Answer 20

Imprinting​→ genuttryck beroende på parenteralt ursprung. Innebär att för vissa gener är en kopia aktiverad pga. metylering av den andra.

Question 21

Vad är karaktäristiskt för Prader Willis syndrom (PWS) och vad orsakas det av?

Answer 21

➔ Muskelsvaghet i bål och nacke vid födsel,

➔ Kortväxthet,

➔ Fetma (ingen mättnadskänsla)

➔ Låg produktion av könshormoner.

➔ Skolios,

➔ Skelning.

Orsakas av den paternella kromosomen.

Question 22

Vad är karaktäristiskt för Angelman syndrom och vad orsakas det av?

Answer 22

Angelman syndrom​→ barnen ser väldigt glada ut, nedsatt språkförmåga och både fysisk och intellektuell nedsatthet.

Orsakas av den maternella kromosomen.

Question 23

Vad beror PWS och angelmans syndrom på och vad bestämmer vilket syndrom som fås?

Answer 23

Båda ovanstående sjukdomar orsakas av en ​deletion​ av någon av ovanstående region ​eller uniparental disomi​ (bägge kromosomer i ett kromosompar är nedärvda av samma förälder) av kromosom ​15​. För normal utveckling krävs haploid genom av vardera förälder, där den ena kromosmen är tystad och den andra inte. Tack vare ​imprinting​ kommer en kopia vara inaktiverad via DNA-metylering. Vilka gener som är inaktiverade beror på nedärvningen.

Question 24

Vad är imprinting center?

Answer 24

Imprinting center→ ​Kontrollstation som normalt sätt hjälper till att sätta ut metyleringsmönster. Mutationer här kan orsaka prader wili eller angelmans.

Question 25

Vad innebär monoallelisk genexpression och hur många gener sker detta för?

Hur ser detta ut för könscellerna?

Answer 25

Det normala är att vi har två verksamma genkopior på de autosomala kromosomerna (alla kromosomer utan könskromosomerna). Dock avviker 165 gener i 35 områden från detta pga imprinting, detta leder till ​monoallelisk genexpression = endast en allel uttrycks.

Men när könscellerna bildas raderas all tidigare imprinting för att etablera ny imprinting som kommer skilja sig mellan könen. Det nya imprinting mönstret behålls från könscellerna och kommer sedan uttryckas i alla kommande celler.

Dvs, i tex 15q1113 nedärvd från pappa kommer att ha paternellt imprintingmönster oavsett om kromsomen ursprungligen kommer från farfar eller farmor.

Question 26

Vilka 3 orsaker finns det till att Prader Willis syndrom uppstår?

Hur ser det ut i Angelmans syndrom?

Answer 26

➔ Man tappar genuttrycket från pappans kromosomer pga. ​deletion​ i ett område som normalt är uttryckt på pappans kromosomer.

➔ En annan orsak till prader willi är att man har ​2 stycken kromosom 15 från mamman​→ då kommer inte generna som “pappan har ansvar för” uttryckas.

➔ Mutationer i ​imprinting center​ så att pappans kromosomer också tystas.

Mekanismen för angelmans är i princip samma. Genen som spelar roll här är ​UB3A​ som är en gen mamman har ansvar för att uttrycka. Medan vid prader willi kommer flera gener påverkas.

Question 27

Vad innebär uniparentell disomi och vilka 2 olika modeller finns det för hur detta kan uppstå?

Answer 27

Uniparentell disomi​→ två kromosomer från samma förälder. Det finns 2 olika modeller för hur detta kan uppstå:

➔ Trisomy rescue→ M​ an får en disomi i mammans oocyt på ex. kromosom 15. Detta gör att vid befruktning har man 3 kromosom 15 vilket inte är förenligt med liv. Därför kommer man förlora en kromosom och om man förlorar pappans har man nu 2 från mamman→ prader willi. Risken för detta ökar med kvinnans ålder.

➔ Monosomy rescue→​ Oocyter innehåller inte kromosom 15 och någonstans under utvecklingen kommer den paternella kromosomen replikeras och man får 2 parternella kromosomer→ angelmans.

Question 28

Hur påverkas epigenetik av miljöfaktorer?

Hur tros epigenetiska sjukdomar nedärvas?

Answer 28

Epigenetisk nedärvning sker mellan cellens replikation. Man vet inte om epigenetik nedärvs från generation till generation men det man vet säkert är att de påverkas av miljöfaktorer. Exempel på miljöfaktorer som påverkar är:

➔ Undernäring hos mamman→ ökad risk för fetma och schizofreni hos fostret.
➔ Astronauter får ökad telomerlängd, ändrad DNA-metylering och ändrat genuttryck.

Question 29

Vad är the genetic conflict hypothesis och ses detta i nedärvning av IGF-receptorn?

Answer 29

The genetic conflict hypothesis: Kvinna kan befruktas av flera män - imprinting generna är ofta kopplade till tillväxt och fosterutveckling - kvinnans imprinting gener stimulerar tillväxt och männens gör motsatt.

IGF-receptorer 1 stimulerar tillväxt med IGFR 2 bromsar tillväxt.

IGF-2→ Uttrycks på paternell kromosom. IGF-2-receptorn→ uttrycks på maternell kromosom-

Question 30

I ​C. elegans​ är båda aktiva men de går på halvfart, hos andra kommer mannens X behöva jobba extra hårt. Men hos oss kommer det ena X:et inaktiveras. När sker inaktiveringen av kvinnans ena X och vad avgör vilket detta är?

Answer 30

Dosage compensation→ ​1 X inaktiveras hos kvinnor.

Hos kvinnan behövs kompensation eftersom hon har 2 X där en kommer inaktiveras när embryot är cirka 100 celler stort. Den inaktiva kopian kan ses som en ​barr body​.

Xic​→ kontrollstation som avgör om X ska vara på eller av. Här ligger bland annat genen ​XIST.

Olika celler kan ha olika X inaktiverade - vissa har maternella och andra paternella.

Question 31

Vilken funktion har XIST och hur leder den till inaktivering av X-kromosomen?

Answer 31

X-kromosom inaktiveringen vet man inte riktigt hur den går till. Men man har sett att den slutgiltiga inaktiva​ kromosomen har aktiverat ​XIST​. XIST kodar för lncRNA vars funktion är att lindra sig runt X-kromosomen som ska inaktiveras och lockar till sig faktorer som modifierar histoner och metylerar DNA. Detta kommer även hindra transkriptionsfaktorer att binda in rent fysiskt.

Question 32

Vilka 4 orsaker finns det till en skev X-kromosominaktivering så den friska X-kromosomen inte kompenserar upp för den sjuka => X-bunden recessiv sjukdom hos heterozygot kvinna?

Answer 32

I vanliga fall brukar den friska X-kromosomen kompensera upp för den sjuka. Men ibland finns det en skev X-kromnosominaktivering pga.

➔ Slump,

➔ Xic-mutation,

➔ Translokation mellan X och autosomal,

➔ Selektion vid mutation av gener som är essentiella för överlevnad.

Detta kan bidra till att kvinnor uttrycker en recessiv sjukdom även om de har en frisk kopia.

Question 33

Hur går bisulfitsekvensering till och vad är syftet med analysen?

Answer 33

Man kan studera DNA-metylering genom ​bisulfitsekvensering​. Detta går ut på att beroende om det finns metylgrupper eller inte kommer DNA-fragment reagera olika på bisulfit. Metylerat DNA är okänsliga för bisulfit, men får ett ometylerat DNA fragment kommer bisulfit deaminera C. Detta gör att C omvandlas till U. För att detektera detta gör man en PCR då kommer uracilet omvandlas till tymin. Då kan man jämföra detta med en referens och se om man har T där man borde ha C, om man har detta var sekvensen ometylerad. Detta fungerar för specifika gener.

Question 34

Vad används metylerings-arrayer till kliniskt?

Answer 34

Metylerings-Arrayer​, man använder dessa kliniskt för att detektera olika hjärntumörer då olika hjärntumörer har olika metyleringsmönster.