7. Epigenética Flashcards
Epigenética
Alteraciones heredables en la expresión génica que no involucra modificaciones en la secuencia de DNA genómico
Metilación de DNA, modificación de histonas, microRNA
Factores epigenéticos
Son aquellos que se dan en la cola de las histonas, sobreañadidos al DNA, en la histona, en la cromatina, en el cromosoma, en el grupo metilo, etc.
Relación entre ambiente y enfermedad
Hay una estrecha relación por la epigenética y el metabolismo.
Los factores ambientales son modificables
Están involucrados SAM, NADH, HAT, DNMT, lípidos, glucosa, etc., para formar enfermedades a través de la epigenética y el metabolismo.
Es una combinación de la epigenética, el metabolismo, factores ambientales, medicamentos, etc
Tiene como resultado DM, cáncer, enfermedades cardiacas, sx metabólico y enfermedades raras
Colas de histonas
Sobresalen del DNA, permiten realizar modificaciones
Organización del ADN en las histonas
Está el núcleo de la histona, lo rodea el ADN. En conjunto forman el nucleosoma.
El DNA core es el que está en el nucleosoma (147 bp), el DNA linker está entre los nucelosomas (20-60 bp)
Proteínas relacionadas con la formación de histonas
H2A, H2B, H3, H4
Forman de monómero a dímero, tetrámero, octámero.
DNA en contacto con histonas
Curva menor (minor groove)
Rica en AT
DNA no en contacto con histonas
GC.
Esto es importante en la epigenética por la metilación en la zona
Cuántas vueltas da el DNA en la histona
1 y 1/2.
Antes de terminar la segunda vuelta sigue adelante
Histona H1
Pega el DNA con el núcleo de histonas para que no se suelte.
Hace que las histonas estén más unidas
Código de histonas
Las colas de las histonas sirven de código, tienen 8 colas.
La cola está hecha de aminoácidos.
Hay modificaciones: metilación, fosforilación, acetilación
El DNA depende de la combinación del código de histonas
Dónde se dan las fosforilaciones principalmente
En las colas de histonas, principalmente en serina
Metilación en cola de histonas
Se da en lisinas y argininas
Función: transcripción, reparación (lisinas)
Acetilación en cola de histonas
En Lisinas
Función: transcripción, reparación, replicación, condensación
Ubiquitinación en cola de histonas
Lisinas
Función: transcripción
Sumoilación en cola de histonas
Se da en lisinas
Función: transcripción
Ribosilación de ADP
En cola de histonas
Se da en glutamato
Función: transcripición
Fosforilación
En cola de histonas
Se da en serina y treonina
Función: transcripción, reparación, condensación
Citrulinación
En cola de histonas
Arginina, que se convierte en citrulina
Función: transcripción
Qué sucede en lisinas
Metilación, acetilación, ubiquitinación, sumoliación
Qué sucede en argininas
Metilación, citrulinación (se convierte de arginina a citrulina)
Qué sucede en glutamatos
ADP-Ribosilación
Qué sucede en serina
Fosforilación
Qué sucede en treonina
Fosforilación
Función de la acetilación (en lisinas)
Activación
No tienen que estar todas acetiladas, lo que importa es la combinación
- H3 (K9, K14, K18, K27, K56)
- H4 (K5, K8, K13, K16)
- H2A (K5, K9, K13)
- H2B (K5, K12, K15, K20)
Lisina hipoacetilada
Represión
Serina/treonina fosforilada
Activación
- H3 (T3, S10, S28)
- H2A (S1, T120)
- H2B (S14)
Arginina metilada
Activación
- H3 (R17, R23)
- H4 (R3)
Lisina metilada
H3 (K4) [Me3 en regiones promotoras, Me1 en enhancers]: activación
H3 (K36, K79) en regiones transcritas: elongación
H3 (K9, K27) represión
H4 (K20) represión
Lisina ubiquitinada
H2B (K120 en mamíferos, K123 en bacterias): activación
H2A (K119 en mamíferos): represión
Código de histona más característico
El de H3
Fosforilación en S 10, 28
Metilación en R 2, 17, 26
Metilación en K 4, 9, 14, 17, 23, 26, 27
Acetilación en K 9, 14, 18, 23, 27
Diferencia entre metilación / acetilación de las colas de histonas
La acetilación causa que las colas de histonas no se peguen tanto, lo que causa que estén despegados los nucleosomas
La metilación causa que se peguen más las colas, lo que causa que los nucleosomas estén más unidos
Dominio bromo
Para acetilación
Espacio mayor entre nucleosomas. DNA transcripcionalmente activo, regiones expuestas a polimerasa
Dominio chromo
Para metilación
Espacio menor entre nucleosomas. DNA transcripcionalmente inactivo, regiones no expuestas
Enzima que quita acetilo
Histona desacetilasa (HDACs)
Enzima que pone acetilo
HAT
Histona acetil transferasa
Enzima que pone metilo
Histona metil transferasa (HP1)
Enzima que quita metilo
Histona desmetilasa
Cómo mantener un estado activo de cromatina (abierto)
Cuando se da la replicación de ADN, va a haber sitios acetilados y sitios no acetilados, por lo que los sitios acetilados reclutan a la HAT (Histona acetil transferasa) para acetilar las histonas no acetiladas, y se mantenga el estado abierto
Cómo mantener un estado cerrado de cromatina (reprimido/inactivo)
Al momento de ser replicado el ADN, se quedan histonas sin metilar
Las histonas metiladas reclutan a HP1 (histona metil transferasa), y metila a las histonas no metiladas, después se queda HP1 y se queda cerrada la cromatina
Proceso de represión de genes
- Se inicia la transcripción por interacción de activadores, coactivadores y la RNA polimerasa
- Los represores desplazan a los activadores, un correpresor inhibe a la RNA polimerasa
- Una histona deacetilasa se asocia al correpresor, la RNA polimerasa se desprende del DNA
- Se da la deacetilación, lo que causa condensación de la cromatina, reprimiendo la transcripción del gen
Todas las HAT en los distintos organismos
Todas se unen a bromodominio y tienen efecto de coactivación de la transcripción
* Gcn5 (levadura): complejo SAGA, ADA, SILK.
* Gcn5L (mamíferos, fruit fly): complejo STAGA, TFTC.
* PCAF (mamíferos): complejo PCAF
* ESAI (levadura): complejo NuA4
* SAS2 (levadura): complejo SAS-1
* Tip60 (mamíferos): complejo Tip 60
HDACs en distintos organismos
Todas tienen efecto de represión en la transcripción, sólo SIRT6 repara DNA
- HOS2 (levadura): complejo SETSC
- HDAC1 (mamíferos): complejo mSin3, Nurd, N-CoR-2
- HDAI (levadura): complejo HdaI
- HDAC4 (mamíferos): complejo desconocido
- HST1 (levadura): complejo Set3C
- SIR2 (levadura): complejo Sir4, REMT
- SIRT6 (mamíferos): complejo desconocido, tiene efecto en la reparación de ADN
Heterocromatina vs eucromatina
Heterocromatina: cerrada. Puede ser facultativa (cambia con estímulo) o constitutiva (no cambia con estímulo).
Eucromatina: cromatina expuesta
Heterocromatina constitutiva
Es igual en todos los tipos celulares, tienen un rol estructural.
Se encuentra en centrómeros, telómeros, porciones en los cromosomas sexuales, principalmente el Y
Heterocromatina facultativa
Puede cambiar dependiendo de los estímulos. Cambia entre tipos de células o con el tiempo
Está en genes específicos de tejido y en el cromosoma X inactivo
Cómo leer un código de histona
H3K27me3
H3: en qué histona (3)
K27: posición del aminoácido desde la parte N-terminal
me3: modificación, cuántas hay
Diferencia entre posición de la metilación
Todo depende de la localización de la metilación. Si está en la 4, está activo, si está en la 9 o 27, está inactivo
H3K4me
Locus activo, alrededor de la región promotora
H3K9me
Locus inactivo, está distribuido sobre el gen
Heterocromatina constitutiva
H3K27me
Locus inactivo, distribuido sobre el gen
Heterocromatina facultativa
Complejo remodelador de la cromatina
Complejo encargado de mover las histonas para exponer DNA que estaba enredado previamente
Tipos de complejos remodeladores de la cromatina
Tipo I (SWI/SNF): todos se asocian a bromodominio y activan la transcripción
- SWI/SNF
- RSC
- Brahma
- SWI/SNF (del humano)
- NRD
Tipo II (ISWI): todos se asocian a represión excepto CHRAC
- ISWI
- ACF
- NURF
- CHRAC (activación)
Tipo III: se une a cromodominio, reprime transcripción
- Mi2/NURD
Proceso de actuación del complejo remodelador de la cormatina
Se une una proteína al DNA que está expuesto en la histona, esa proteína recluta al complejo remodelador de la cromatina, actúa y expone a la región que se busca para que se una otra proteína al ADN
Funciones del complejo remodelador de la cromatina
Exponer cajas TATA para iniciar la transcripción, entre otras.
Esto se da por acetilación, fosforilación, acetilación, movilidad del nucleosoma y exposición
Equilibrio entre cromatina activa y silenciada
Cromatina activa: TFs, HATs, coactivadores
Cromatina silenciada: DNMTs, MBPs, HDACs, HMTs, correpresores
Variantes de histonas: H2
de la H2A:
H2AX: señalización de daño en DNA
H2AZ: activación transcripcional
MacroH2A 1 y2 se unen a cromosoma X inactivo
H2A-Bbd
De la H2B: H2B.1
Variantes de histonas: H3
De la H3: CENP-A define la cromatina del centrómero
Otras: H3FA3, H3.3B, H3FT
De la H4 no hay
CENP-A
Variante de la histona H3 que tiene una cola que permite interactuar con proteínas del cinetocoro para definir el centrómero
H3.3
Variante de la histona H3 que mantiene estados abiertos transcripcionalmente activos, con regiones promotoras expuestas permanentemente (“Locked open”)
Sale H3 y entra H3.3 que tiene unos tubos para poder mantener el promotor expuesto siempre
H2AX
Variante de la histona H2A que atrae enzimas que reparan el DNA. La fosforilación que presenta son las que atraen a las proteínas de reparación
Metilación del DNA
La metilación del DNA, de la citosina causa silenciamiento de genes
El grupo metilo sale del ciclo del ácido fólico: SAM pasa a SAH, la citosina pasa a 5-metil-citosina
Metilación de novo
Realizada por la DNA metil transferasa 3A y 3B (DNMT3A, DNMT3B)
Metilación de mantenimiento
Realizada por la DNMT1
¿Cómo silenciar a un gen completamente?
Primero quitas los promotores (que doblan al DNA y lo activan) para que se apague
Después metilas el DNA
Después unes una proteína que se une a DNA metilado
Atraes a la Histona deacetilasa y al complejo remodelador de cromatina y con eso lo apagas totalmente
Por qué se metilan elementos repetitivos
Porque “tienen la capacidad de moverse” y por lo tanto son malos, se metilan para que se apaguen y no se muevan
Demetilación pasiva del DNA
Cuando no comes bien
Se da dilución del DNA metilado con cada división celular cuando no está expresada DNMT1 o no está en el núcleo.
Muchos cáncer son por la falta de metilación o la sobremetilación
Demetilación activa del DNA
No es simplemente quitarlo, es por una acción enzimática por intermediarios, usando diferentes sistemas.
El principal: TET, también AID
Importancia del ácido fólico en el embarazo
Desde la semana 3.5 se necesita ácido fólico, porque se pierde metilación por mucha demanda de división celular.
En la semana 8.5 se alcanza la metilación que vas a tener toda la vida
Se pierde metilación por mucha demanda de división celular
Dominio de la HP1
Cromodominio, involucrada en el silenciamiento de genes
Se une a H3K9me3. Puede reclutar a la DNMT, puede reclutar a la HMT para mantener y exparcir la marca de H3K9me3, puede reclutar HDAC
RNA no codificante
MicroRNA
Piwi-interacting RNA
Long non-coding RNA
MicroRNA
miRNAs
Silenciamiento de genes post transcripcional
Piwi-interacting RNA
piRNAs
Controlan elementos transposables y dirigen metilación de DNA a estos elementos
Controla lo que salta y se mete en otro lado
Long non-coding RNAs
lncRNAs
parece que dirigen cosas epigenéticas:
silenciamiento cromosoma X (Xist, Tsix), impronta de genes [1 alelo silenciado] (Airn, Kcnq1OT1, H19)
Ejemplo inhibición KCNQ1
La propia expresión del gen causa que se silencie.
Represión Cis
Represión cis vs trans
Cis: sobre sí mismo
Trans: sobre otro gen
Cómo funciona la represión con lncRNA
Sirven como estructuras que se unen a proteínas para que estas estructiras secundarias sirvan como andamios para que se una el complejo rempodelador de cromatina y ya no se exprese el gen
Cómo puede funcionar los lncRNAs
Como señalamiento, guía, enhancers, moldes/andamios, señuelos
Enfermedades relacionadas a la cromatina
Epigenética: defectos en la impronta genómica (alteraciónes en la metilación del ADN o de la cromatina en locus improntados alteran la expresión monoalélica)
Genética: efectos cis (alteraciones del DNA), efectos trans (pérdida de factores asociados a la cromatina)
Enfermedad en cáncer de mama
Mutación germinal de BRCA1: 26%
Mutación somática de BRCA1: 11%
Metilación en la región promotora de BRCA1: 33%
Mutación o metilación de BRCA2: 30%
Causas epigenéticas de cáncer
Hipometilación o hipermetilación
Metilación del DNA, modificación de histonas, RNA no codificante
Origen del glioblastoma
Genético la mayoría
Origen del astrocitoma anaplásico
mixto, alteraciones genéticas y epigenéticas
Origen del ependimoma
Alteraciones epigenéticas
Diagnóstico de 80-90% de cáncer de próstata
Hipermetilación del gen GST-1
Mal pronóstico en px con cáncer de neuroblastoma
Hipermetilación de EMP3
Mal pronóstico en cáncer de pulmón
Hipermetilación de DAPK
Mal pronóstico en cáncer de colon
Hipermetilación de P16
Otros marcadores epigenéticos del cáncer
RASSF1A, APC, GSTP1, SERP1
Proceso de alteración en cáncer GI
Alteraciones epigenéticas: edad, estilo de vida, dieta, microbioma
Causan alteraciones entre 10-15 años en neoplasia benigna/maligna, y en 15-20 años en cáncer
Biomarcadores usados en cáncer colorrectal
- CRC screening con muestra fecal: mVIM, mBMP3 y mNDRG4
- Dx con marcador sanguíneo: mSEPT9
- mBCAT1, mlKZF1
- Pronóstico basado en marcadores de tejido: panel CIMP
- Dx con muestra fecal para screening de sx de Lynch: mMLH1
Categorías de medicamentos relacionadas a histonas
Writers: ponen
Erasers: quitan
Readers: leen
Movers: mueven
Shapers: mutaciones
Insulators: protegen de expresión
Involucradas en la fibrosis quística
Insulators
Writers: medicamentos ¿Qué regulan?
DNMT 1, 3A y 3B
EZH2
DOT1L
KMT2A-D, SETD2, NSD1
EP300, CREBBP
Erasers: regulación epigenética
TET2
IDH1, IDH2
HDAC1-3, 8
HDAC6
KDM1A, KDM6A (UTX)
Readers: regulación epigenética
BRD4
Familia CBX, CHD1
Movers: regulación epigenética
ARID1A, ARID1B, ARID2, SMARCA2, SMARCA4, SMARCB1, CHD1
Shapers: regulación epigenética
HIST1H1B, HIST1H1C, HIST1H3B, H3F3A, H3F3B
Insulators: regulación epigenética
CTCF, STAG2, RAD21, CHD8
Relacionados con la fibrosis quística
