Klausur Flashcards
Epigenetik
Beschreibt molekulare Mechanismen, die zu einem stärkeren oder schwächeren Ablesen von Genen (mitotische/meiotische Veränderung) führen, ohne dass die dort gespeicherte Information verändert (mutation) wird.
=unterschiedliche Genexpression im selben Genom
Euchromatin
lose Chromatinstruktur
- > hohe Transkriptionsaktivität
- Hyperacetyliert
- Zellkerninneres
Heterochromatin
kondensiert -> genetisch inaktiv
- hypoacetyliert
- Zellkernrand
- konstitutiv:
- > repetetiv(Telomer, Zentromer)
- > in allen Zellen
- fakultativ: kann reversibel die Eigenschaften von Euchromatin annehmen (zB in Barr-Körperchen)
- > nicht in allen Zellen
Nucleosom
- besteht aus je einem Paar der Histone H2A, H2B, H3 und H4
- bildet einen Proteinkern
- um ein Nukleosom sind ca. 150 Basenpaare gewickelt
H1 an Ein-/Austrittsstelle
Histonmodifikationen
- Methylierung (Lysin + Arginin)
- Acetylierung (Lysin)
- Phosphorylierung (alle AS mit OH-Gruppe)
- Ubiquitilierung (Lysin-Ubiquitin)
- Sumoylierung (Lysin-Sumo)
-> meistens in endterminalen Aminotermini
(oder an globulärer Domäne)
- > mehrere Modifikationen an einer Position (jedoch nur eine “aktiv”)
- > Interaktionen zw. Modifikationen und N-Termini
Barr-Körperchen
- heterochromatisches (kondensiertes) X-Chromosom in den Zellkernen weiblicher Säuger
- im Laufe der Embryonalentwicklung inaktiviert
- in jeder Zelle väterl. oder mütterl. inaktiviert (->Mosaik)
- vor Oogenese wieder aktiv
Writer
Enzyme, die eine Modifikation setzt
Ac: HATs
- bromodomain + catalytic HAT domain
- Co factor: Acetyl Co-A
- zB HAT1
Me:
Histon:
HMT
Specific: Lysin K oder Arginin R
- Typ I: PRMT (R)
- Typ II: SET + SAM (K)
- Typ III: Membrane associated HMT
- zB SETD
DNA:
DNMT
Reader
Enzym, das Modifikation umsetzt und “liest”
Ac: Bromo domain (TAF1 Transkribtionsaktivator)
Me:
Histon: Chromodomain – K9 ->HP1 ->Tudor -> Polycomb PHD
DNA: MBD (Me-CpG binding domain) Zinc finger (methyl-CpG binding)
Eraser
entfernt PTMs
Ac: HDAC (zB 11)
Me:
Histon: Demethylation - Cofaktor needed, Formaldehyd entsteht - LSD1 + FAD cofactor oxidation of Kme2 - Jumonji Domain + a-ketoglutarat hydroxiliert Kme3
DNA: - Passiv: bei Replikation und Zellteilung geht hemimethylierung verloren wenn Dnmt1 inaktiv - Activ: TET enzyme: 5mC -> 5hmC -> 5fC -> 5 caC
HATs
Histonacetyltransferasen
- homolog zueinander
- Cofaktor Acetyl-CoA
5 Familien:
- HAT1 (cytoplasmatisch)
- GCN5 (General Control of Nutrition) -> für Wachstum, Teil des SAGA-Komplexes, PCAF (humanes ortholog und Transkriptionsregulator)
- MYST
zB: MOF (spez. H4K16Ac, Dosiskompensationskomplex in D.m.)
zB: Sas3/Ybf2 (aktivierend)
zB: ESa1 (aktivierend & Zellzyklus-regulierend) - P300/CBP (metazoen-spezfisich)
- Rtt 109 (H3 K56Ac, Zellzyklus-regulierend)
GNAT: Sequenzkonservierung mit Gcn5 in katalytischer Domäne
HDACs
Histondeacetylasen (entfernen Ac.gruppe aus Histon)
Klassen:
I : HDACs 1, 2, 3 und 8
-> Rpd3-like (yeast)
-> Rpd3L: Rekrutierung an Promotoren, Deacetylierung, Repression
II: HDACs 4, 5, 6, 7, 9 und 10
-> Hda1-like (yeast)
III: Sirtuine (SirT 1-7)
-> Sir2-like
-> NAD+ als Co-Faktor
Sir2: Repression des Paarungstyp-Gen in Hefe
IV: HDAC 11
SAS-I-Komplexes
(something about silencin) / MYST Familie
- Histon-Acetyltransferase Sas2 (sas4, sas5)
- blockiert durch die Acetylierung von H4 K16 die Vermehrung von Heterochromatin an den Telomeren von S. cerevisiae
YEATs
Molekül, das an den Proteinbereich bindet, der modifizierte Lysin in den Histonen erkennt
Lysin-Demethylierung
durch Oxidation / Hydroxylierung
Genomic Imprinting
-> 2 Hypothesen zur Funktion
Paternale & maternale Allele eines Gens werden unterschiedlich exprimiert
->Expression hängt nicht von Gensequenz ab, sondern ob es von Mutter (Eizelle) oder Vater (Spermium) kommt
1) Parental conflict
- > Parental Wachstumsfördernd -> Fitness
- > Maternal wachstumshemmend -> gleiche Größe, egal welcher Vater, kleine Babys= weniger Arbeit
2) Trophoblast defense
- > Gene zur Plazentabildung bei Oocyte durch imprinting gesilenced
- > Embryonalentwicklung nur mit aktiven Genen von Männchen möglich
- > keine Partheogenese
Imprinting Diseases beim Menschen
Beckwith-Wiedemann-Syndrom
- > Kleines Hirn, Große Zunge, Bauchnabelbruch
- > Missexpression Igf2/H19
- > zB uniparental 2 Chromonomen von Vater oder hypermethylierung maternal= zu viel IGF2
Silver-Russell-Syndrom
- > Gegenteil BWS
- > zB paternales Gen defekt = zu wenig IGF2
Prader-Willi-Syndrom (PWS):
- > zu groß, mentale Verzögerung, Muskelhypotonie
- > Defektes Gen auf Chr15
- > Väterl. Chromosomenabschnitt nicht funktionstüchtig, bei maternal stillgelegt
Angelman-Syndrom
- > mental retardiert, neigen zu unkontrollierten Lachanfällen (happy puppet)
- > Mütterl. Chromosomenabschnitt nicht funktionstüchtig, bei paternal stillgelegt
- > fehlende Expression des UBE3A-Gens im Gehirn
PWS & AS sind reziprok miteinander verwandt
DNMT
DNA methyltransferase (u.a. Mensch)
- > hauptsächlich an Cs in CpG islands
- > homolog zueinander
DNMT1
- > Erhaltungs-Methylierung (Maintenance-Methylierung) bei der Zellteilung
- > erkennt hemi-methylierte DNA & methyliert vollständig
DNMT3a und DNMT3b
-> methylieren die CG-Dimere, die aufgrund von Zelldifferenzierungen neu methyliert werden (de-novo-Methylierung)
(DNMT2 methyliert t-RNA)
Desaminiertes, nicht methyliertes Cytosin
Uracil
Mit methylierung: thymin (5-methyl-uracil)
Bisulfit-Sequenzierung
Bestimmung vonDNA-Methylierungen durch
- > Reaktion mitBisulfit
- > unmethyliedte C zu U
- > PCR / microarray
- > Gegenstrang mit bisulfit: U + A (wird zu T)
- > Gegenstrang ohne bisulfit: C + G (wird zu C)
DNA-Sequenzierung:
- > zeigt unmeth. Cytosine als Thymine
- > zeigt meth. Cytosine als Cytosine
- > unbehandelte Cytosine als Cytosine
je geringer die Methylierungsrate, desto mehr muss sequenziert werden, um Aussage machen zu können
- chemische Behandlung schädigt die DNA
- > unerwünschte Fragmentierung der DNA
- > Verlust von wertvollem Probenmaterial
- > unvollständige Konversion von C (Nicht-Konversionsrate wird als methyliert fehlinterpretiert)
- > 5hmC wird auch nicht konvertiert, keine Unterscheidung von 5hmC und 5mC
ChIP-Experiment
Chromatin-Immunpräzipitation
Methode zur Analyse von Proteininteraktionen mit DNA
-> identifiziert Bindungsstellen von DNA-assoziierten Proteinen
- Formaldehyde um (alle) Proteine an DNA zu binden
- DNA schneiden (200-300 bp)
- >Sequenz-unspezifisches Scheren: Sonifikation
- >Sequenz-spezifisches Schreren: enzymatisch mit micrococco nuklease
IP
- gesuchtes Protein mit Antibody isolieren
- > beads die an AK binden oder magnetisch - Reverse cross-link
- > niedriger PH oder Hitze - DNA isolieren (Proteine (+ Histone) abwaschen)
- Seq-Adapter hinzufügen
- Analysieren der DNA-Fragmente
- > Real-Time PCR, microarray, high troughput Sequenzierung
Kontrolle zB ohne AK
-> wichtig, da AKs oft unspezifisch
RNA-Seq
Hochdurchsatzdaten zeigen, welche Gene aktiv sind und wie hoch sie transkribiert werden
1. RNA isolieren -> in Fragmente (200-300bp) -> in doppelsträngige DNA konvertieren -> Sequencing adapters hinzufügen -> PCR amplifikation der Fragmente mit Adapter -> Quality control (Konzentration und Fragmentlänge)
-> just high quality reads
- > align reads to genome (both in fragments -> bestimmen der Lokalisation
- > count reads per gene
- > Normalisieren
- > plot the data (PCA)
- > zeigt Ähnlichkeiten zwischen Genen
Anzahl Gene menschl. Genom
20 000
Acetylierung
neutralisiert die positive Ladung der Lysine/Histone
-> Zugang für DNA-bindende Proteinen
-> Aktivierung der Gen-Expression
-> bekannte Positionen: Lys 5, 8, 12, 16 (H4)
Lys 9, 14, 18, 23, 36 (H3)
-> bildet Bindedomänen für Reader-Proteine, die Bromodomänen und YEATS-Domänen tragen
Methylierung
wirkt sich nicht auf die Ladung der Histone aus
- > reguliert die Erkennung durch und die Wechselwirkung mit chromatinbindenden Proteinen, die für die Transkription wichtig sind
- > mono-, di-, und trimethyliert je unterschiedl. Funktion
- > SAM als Co-Faktor
PHD-Finger
Methylierung von Lysin- und Arginin-Resten bildet Bindestellen für Reader-Proteine mit PHD-Finger
zB in NURF: -> Crosstalk zwischen Methylierung und Acetylierung
Transgenerationelle Vererbung in der Epigenetik
- 3 Wissenschaftler die falsch lagen
Lamarck: “Organismen erwerben Eigenschaften und können diese vererben” (Gazelle streckt Hals -> Giraffe - jedoch Zufallsmutation)
Lyssenko. “”” Weizen auf Salzboden
Kammerer: Körperzeichnung des Salamanders wird unabhängig von Untergrund vererbt
Transgenerationelle Vererbung in der Epigenetik
RNA Interferenz in C. elegans
- > über mehrere Generationen deletiertes Gen
- > geringer durch Amplifikationsmechanismus
Linaria vulgaris und Mutante Peloria
- > keine DNA-Unterschiede aber in Methylierung
- > Epiallel über Generationen vererbt
Mais
-> Paramutation
-> Kreuzung zweier Merkmale und trotzdem alle phänotypisch gleich in F1 Generation
-> Imprint von Paramatagen auf Paramutiergen
(gibt es auch bei Mäusen)
Pflanzen mehr epigenetik:
- standortgebunden->Pflanze hat größere Bedürftigkeit sich an Umwelt anzupassen
- polyploid-> wird in Säugern meist nicht toleriert
- unterschiedliche Keimzellproduktion-> Pflanzen haben viele Blüten in denen sich Keimzellen befinden
- > somatisches Klonen bei Pflanzen sehr einfach
“you are what your dad ate”
experimentellen Modelle der Stoffwechselerkrankung
-> Umweltbelastung für Phänotyp der Nachkommen nicht nur mütterlicherseits liegt: Ernährungs- und Stoffwechselstatus des Vaters auch Effekt
Väter mit high fat/low protein diet (auch bei normaler Ernährung der Nachkommen)
-> durch Spermien vermittelt, möglicherweise durch epigenetische Markierungen in Keimzellen
-> eventuell posttranskriptioneller Einfluss durch Wirkung kleiner RNAs wie microRNAs (keine MicroRNA im Sperma, jedoch Unterschiede in Histonmarkierungen und RNA-Expression beobachtet -> Chromatinmodulation verändert)
Dosiskompensation
Die ungleiche Anzahl von Geschlechtschromosomen in den beiden Geschlechtern verlangt einen regulativen Ausgleich der auf ihnen gelegenen Gene
Säuger: Inaktivierung des X-Chromosoms bei Weibchen
Insekten (D. melanogaster):
- Männchen mit verdoppelter Transkription der X-chromosomalen Gene (Lyon-Effekt)
- MSL-Komplex: Proteine und nicht-kodierende DNA
- > auf gesamten X - Chromosom: erst an Loci (“high-affinity sites” HAS) -> effiziente Verteilung auf gesamten X-Chromosom
C.elegans
- Hermaphrodit
- > beide X-Chr. werden zur Hälfte runterreguliert
- > DCC Komplec:
- zwei Kondensinähnliche Komplexe bilden Ring -> DNA-Schleife durch Ring -> leichte Kondensation beider X-Chromosome und herunterregulation
Unterschiede zu anderen Organismen:
- Keine ncRNA
- Keine enzymatische Aktivität involviert
alle: bevorzugte Bindestellen
John Gurdon
1962:
- entfernte Kern einer befruchteten Eizelle aus einem Frosch und ersetzte ihn durch den Kern einer (somatischen) Zelle aus dem Darm einer Kaulquappe
- > modifizierte Eizelle wuchs zu einem neuen Frosch heran
- > beweist das reife Zelle noch die genetische Information enthielt, die zur Bildung aller Zelltypen notwendig ist
- > Verfahren: SCNT = somatic cell nuclear transfer
Lysin-Methylierung
Arginin-Methylierung
K HKMTs: SET + SAM EZH2 Dot1
- Transkription Aktiv./Repression
- DNA Reperatur
- X - Inaktivierung
- Imprinting
R PRMT: Typ I: asymmetrisch (Gen Expression) Typ II: symmetrisch (Gen Repression) \+ SAM
- Transkription Aktiv./Repression
- DNA Reperatur
- RNA metabolism
H2AX
- Variante von Histon H2A (ersetzt H2A in 20% der Histone)
- DNA-Reperatur: Doppelstrangbruch: H2AX wird an Serin139 phosphoryliert (von Kinase PI3)
- > dient als Erkennung von Doppelstrangbrüchen
- > biolog. Effekt unklar
MLE & MSL & MOF
Gene:
- > Proteine und RNA die nur spezifisch an X Chromosom in männl. Drosophilae lokalisiren
- msl (male specific lethal) vorhanden
- mle (male less) = RNA Helikase
- mof (male absent on the first) = HAT
- H4Ac16
- roX RNA
-> null Mutationen führen zu männlicher Letalität
Calico-Cat
Schildpatt-Katze:
wt: schwarz
mt: fuchsrot
- Gen für Fellfarbe liegt auf X-Chromosom
- > weibchen mit heterozygotem Gen geschecktes Fell durch zufällige Inaktivierung von einem der x-Chromosomen
- > durch klonale Vererbung sind Flecken relativ groß
-> Unterschied nicht durch DNA Sequenz sondern Expression
Variegation
verschiedenfarbige Zonen auf Pflanzen
-> Mangel oder Fehlen von Chlorophyll verursacht
Wichtigste Epigenetische Mechanismen
- posttranslationale Modifikation der Histone (PTMS)
- Modifikation der DNA (insbesondere DNA-Methylierung)
- Verschiebung der Positionen der Nukleosomen
- Austausch der Histone durch Histonvarianten (Proteine, die homolog zu Histonen sind, Histonvarianten haben andere Funktion)
- nichtkodierende RNAs (strukturelle RNAs, miRNAs, piRNAs, enhancer RNAs)
Grundprinzipien/Charakteristika der epigenetischen Vererbung
- stochastische Inaktivierung
- klonale Vererbung
- ein Genom -> viele Epigenome (Epigenetic Landscape nach Weddington; Kugel (Zygote) tollt Berg runter)
Diade
wo DNA enters and exits (bei H3/H4)
Anordnung der 30 nm Faser
- Solenoid (Blume)
- zick-zack
- helix
DNAse
- Endonuklease
- verdaut DNA
- Verpackung d. Chromatins limitiert Verdau
MNase
Micrococcal nuclease
- Endo- & Exonuklease
- schneidet Linker-Regionen
- Bestimmung Nukleosomen Position/ struktur
- > liegt Gen innerhalb den Nukleosoms?
SAGA Komplex
Transkriptionsaktivierung (GCN5)
- Rekrutiert Vielzahl zB H3, H2B zu Promotor von Genen
- UAS (= Upstream activating domain): GCN4 (DNA-binde Proteine) bindet an UAS & rekrutiert SAGA -> SAGA acetyliert Histon
HAT- Inhibitoren
Translokation einer HAT kann Rolle bei Leukämie spielen
zB. Curcumin, Epigallocatechin-3-gallate (grüner Tee), Anarcardic acid (Schale Cashewnuss)
- > schlechte Selektivität
- > instabile, leicht abbaubare Peptide
Bromodomänen (BRD)
- bindet Acetyl-Lysin-Peptide
- 4 α-Helices
- homolog
- spezif. für Chromatinstelle
- Mensch: 56 BRDs
- ASH1: SET-HMT
- BAH-Domäne: in Sir3 (Heterochromatinprotein in Hefe)
Bindet unmodifizierte Nukleosomen (insbes. H3K79me), auf silencing spezialisiert
-TAF (= Transkriptionsaktivatorfaktor) -> Initiatoren, mit höherer Affinität an di- oder triacetylierte (kann 2 Modifikationen an einem Peptid detekrieren)
PB1 (Chromatinremodelling)
BET (erkennt hyperacetyliertes Chromatin, für Transkriptionselongation)
SMARCA2/4 (Chromatinremodeller)
-> Bromodomänen binden auch acetylierte Lysine in Nicht-Histon Proteinen, welche wichtige Rollen spielen in Gentranskription im Chromatin (zB viraler Gene durch BRD4)
- > iBET = Inhibitoren von BRD
- in Entwicklung
- Sollen Acetyl-Lysin Bindung an BRD verhindern
- Für Krebstherapie
- Spezifischer als HAT Inhibitoren
HDAC-Inhibitoren
HDAC-Defekte
- > keine Repression (Krebs)
- > mehr Repression
Inhibitoren selektiver als bei HATs
für Klasse I, II, IV:
- Trapoxin (irreversibel)
- SAHA (approved 2006)
- FK228 (Chemo since 2009)
für Klasse III Sirtuine:
- Splitomycin
- Siritinol
Analyse-Methoden für ChIP
1) Quantitative PCR
- > Sequenz bekannt, wo Protein?
- > 2 Fragmente: passende Primer (A) + Kontrolle (B)
- > 2 Proben: + AK, - AK
nur Bande bei A / +AK
2) Microarray (ChIP-chip)
-> Sequenz unbekannt, Bindungsstellen im Genom?
(- menschl. Genom zu groß für einen chip)
- durch AK selektirte Fragmente mit Fluoreszenz markieren
- > aud microarray mit DNA aus Genom
- > Fragmente hybridisieren
- > in welchem DNA Bereich bindet Protein
3) ChIP-Seq
- Hochdurchsatz Sequenzierung (HTS
- Massive parallel sequencing
- > Kontrolle wichtig, da AK auch unspezifisch binden können
Chromsome conformation capture =3C
Methode zur Untersuchung der Chromosomen-Struktur
- > Informationen über 3D Struktur des Chromosoms
- > Welche chromosomale Regionen in Nähe zueinander
- > Interaktion von Genombereichen zueinander messen (Promoter-Enhancer, aufeinander gefaltetes Chromosom->„Loop“)
SEITE 40 !!
Histonvarianten
homolog zu kanonischen Histonen, jedoch eigene Funktion
H3
- H3.3: Einbau während aktiver Transkription
- H3.1: Einbau während Replikation
- CenP-A: Centromerische H3 Variante (wo wird Centromer gebildet)
H2A
- H2A-Bbd: = im aktiven X und Autosomen
- Macro-H2A: an inaktivem X (macro=Domäne)
- H2A.X: Phosphorylierung bei DNA-Schäden ->hilft DNA-Schädigung zu entfernen
- H2A.Z: an Nukleosoumen vor und nach TSS
Nukleosomenpositionierung im Genom
- Präferenz für Sequenzen
- AT-Sequenzen zeigen zum Histon hin
- GC-Sequenzen zeigen nach außen
- Poly-AT-Stretches sind nicht im Nukleosom verpackt
->befinden sich in Gen-
Promotoren
-Startstelle 0 keine Nukleosomen (aber flankiert von Nuklesomen) - Je weiter hinten im Gen, desto unspezieller die Nukleosomenpositionierung
Chromatin Remodelling
- Remodeler: verschieben Nukleosom
- ATP als Energiequelle
- aktivierend & repressiv
Funktionen:
- Nucleosome sliding: Verschiebung zur Sequenzfreilegeung (+ an Promotor)
- Histon exchange: kanonisches Histon wird durch Histonvariante ausgetauscht
- Nukleosom eviction: Entfernung zur Sequenzfreilegung (+ an Promotor)
- Nukleosom assambly: Nukleosomen einbauen
- Nukleosom spacing: Anpassung von Abständen
zB SWi / SNF:
Swi=switching (mate type)
snf =sucrose non fermenting
->aus Hefegenetik
Abaische Stelle
DNA Methyl.
- > ox. 5’C = 5fC / 5caC
- > von TDG ausgeschnitten
- > nur noch Phosphat
MeDIP
Bestimmung vonDNA-Methylierungen
Methylated DNA immunoprecipitation -> Antikörper gegen 5mC -> MeDip-chip (microarray) -> MeDip-seq -- Spezifität des AK \++ Ausweitung auf 5hmC, 5fC,5caC
HPLC
Bestimmung vonDNA-Methylierungen
DNA hydrolysieren mit Phosphatdiesterase
->Hochleistungsflüssigkeitschromatographie
->Identifizierung über Massenspektrometrie
– Zerhäckseln der gesamten DNA durch Phosphodiesterase (Sequenzkontext geht verloren)
++ Kann Gesamtgenomprobe messen
Methylierungssensitive Restrinktionsenzyme
Bestimmung vonDNA-Methylierungen
- > Enzyme, die nur schneiden wenn an best. Stellen Methylierungen auftreten oder keine
- Begrenzt durch Restriktionsstellen
DNA-Methylierung erhöht Mutationsrate
5C -> spontane Desanimierung -> Uracil = von Reperatursystem erkannt
-> 5mC -> Desanimierung -> Thymin = wird nicht erkannt :(((((
Cfp1
Kdm2a
CTCF
Reader (DNA-Meth) zur Inhibierung der Bindung von TFs
-> binden unmethylierte CpGs
Kdm2A mit Jumonji Domäne
CTCF als Isolator Protein bei genomic imprinting
Proteine, die Methyl-CpG binden
- MBD2
- MeCP2 (HDAC)
- Kaiso (Zn-Finger)
- SRA-Domäne (mit SET)
DNA-Methylierungs Dynamik in präimplantation Embryos (bei Maäusen)
5mC und 5hmC Level
Eizelle & Spermium:
5mC: w=m
5hmc: w=m
Zygote:
5mC: w hoch, m fällt
5hmC: w niedrig, m steigt
->Schnelle Demethylierung des paternalen Genoms
Zellteilung:
5mC: w fällt langsam, m niedrig
5hmC: w niedrig, m fällt langsam
- > aktive Demethylierung des paternalen Genoms
- > passive Demethylierung durch Zellteilung der maternalen DNA
PGC
-primordial germ cell (keimzellen)
- > pluripotent
- > Pluripotenzfaktoren: Nanog, Oct4, Sox2, ESg1
- > zukünftige Keimzellen
- > werden wieder demethyliert (daher pluripotent) um dann wieder neue Methylierungsmuster für die Keimzellen zu erstellen
- Gehen dann in Gonaden und werden zu Spermien oder Oozyten
Innercells
… der Blastocyte
- > später Embryo
- > noch undifferenziert (embryonale Stammzellen = ESC)
- > experimentell entnehmen und manipulieren
Yamanaka
Adulte Zellen aus einem transgenen Tier
-> Zugabe verschiedener TFs
- > können zuvor reprimierte Marker wieder exprimiert werden?
- > JA -> Zelle reprogrammiert und wieder pluripotent
- > Sox2, Oct4, Klf4, c-myc=Yamanakafaktoren
-> kann patientenspezifisch Zellen reprogrammieren
IGF2
Insulin-like Growthfactor
- Wachstumsfaktor
- igf2-/igf2- : mut. (kleiner)
- IGF2+/IGF2+: WT
Krankheiten aufgrund von defekter DNA-Methylierung oder Chromatinmodifikation
Rett-Syndrom:
- Symptome ab 3 Jahren ein
- > Autismus, Bewegungsstörung, geistige Behinderung,
- X-Chromosomal dominanter Erbgang
- Männl. Embryos sterben
- Dosiskompensation bei Frau:
- Mutation in MeCP2 (TF bindet norm. selektiv an methylierte CpG Inseln und reprimiert Transkription versch. Gene)
- > Manche Gene dann aktiv -> Cholesterinstoffwechsel gestört-> Neurodegenerative Erkrankung
Rubinstein-Taybi-Syndrom:
- Minderwuchs, abgeknickte Daumen, Zehen, IQ niedrig
- Genmutation CBP Gen (=norm. Co-Aktivator von HAT, Acetylierung lockert Chromatin auf für Transkription)
- > Bei Defekt verminderte Aktivierung der Transkription
- Oder Mutation p300, (Homolog zu CBP)
- Acetylieren beide bevorzugt H3 und H4
- Autosomal Rezessive Vererbung
Mutationen, die Chromatinstruktur im cis beeinflussen
- Liegen nicht im ORF, sondern in der Kontrollregion eines Gens
- Fragile X Syndrom:
- > kognitive Behinderung
- > X mit dünner Steller an der es oft bricht (Verlängerung der CGG Triplets in Repeat von FMPR1-> Verlust FMPR1)
- Thalassämien:
- > Anämie
- > Mutationen im locus control region (LCR) für ß-Globulin-Expression
- > Umschalten geht nicht richtig von statten
DNA-Methylierung und Krebs
- starke Veränderungen des DNA-Methylierungsmuster
- > Globale Hypomethylierung (überall weniger Methylierung, repressiv) = genomische Instabilität
- Lokale Hypermethylierung (punktuell mehr Methylierung, Gen dadurch reprimiert, z.B. Tumorsupressorgenen)
->Methylierung und HDAC-Aktivität (zB AML-ETO= AML bringt ETO (teil von HDAC) an falschen Ort) am falschen Ort
Medikamente:
- > HDAC Inhibitoren
- > DNA-Methylierungs Inhibitoren
Epigenetsiche Medikamente
Azacytidin:
- Nucleotidderivat
- bei Replikation eingebaut
- Binden an Dnmt-Proteine, Crosslink DNA und Enzym, so keine Methylierung
- Irreversibel, muss suicide Mechanismen einbauen
- Sehr toxisch! Inhibiert alle Dnmts
HDAC inhibitors:
SAHA
HAT, HMT inhibitors
Sirtuin inhibitors
iBET
Spezifität und Selektivität
-> toxisch
-> non-histone targets
Silencing in S. cerevisiae
- Genlokus MAT
- > codiert für Geschlecht/Paarungstyp in haploiden Hefezellen (a oderα)
- neben
Telomerisches Silencing
Aufbau von Heterochromatin durch Sir-Proteine
Silencing ribosomaler DNA-Lokus (rDNA)
rDNA mit vielen Repeats -> viel Rekombination -> schnelles Altern
-> Sir2 für Repression des rDNA locus (der Rekombination)
Silencing in Spalthefe / Schizosaccharomyces pombe
- am Centromer:
- > zentrale domäne: cnt
- -> Aufbau von Kinetochore und CENP-A Chromatin
- > nahe repetetive sequenz: imr (inner most repeat)
- > weiter entfernte repetetive Sequenz: otr (outer most repeat)
- -> Aufbau Heterochromatin
- -> wichtige für korrekte Ausbildung Centromer und Chromosomensegregation
- Viele repetitive Sequenzen am Centromer
- beide Repeats exprimiert: komplementäre Transkripte, die sich zu
- > dsRNA zusammenlagern
- > durch Dicer zerstückelt
- > in RITS-Komplex eingebaut
- > mit Clr4 (H3K9 MT)
- > rekrutiert Swi6 (Repressor)
- > bindet H3K9
- > Repression
- auch Telomer & rDNA
Mat2 - mat3 Silencing
- Paarungstypgene
mat2: P-Allel
mat3: M-Allel
IR-L : inverted repeats left
IR-R : inverted repeats right
cenH : centomer Homolog - > Mat 1 wird immer exprimiert (gleiches Prinzig wie zentromerisches silencing)
- Inverted Repeats werden zu si-RNA und RiTS-Komplex bindet an Region mit IR und silenced das jeweilige Gen
Scilencing in Neurospora Crassa
Hat DNA-Methylierung im Gegensatz zu S. cerevisiae und S.pombe
-> in CpG und nicht-CpG
Silencing Typen (Schutzmechanismen):
1) Repeat-induced point mutation (RiP)
- > in Meiose
- > Duplizierte Sequenzen erkannt, punkt-mutiert und methyliert
- >reprimiert
2) Quelling
- > außerhalb Meiose
- > in vegetativen Hyphen
- > Multiple Sequenzen werden detektiert und reprimiert
3) MSUD: meiotic silencing of unpaired DNA
Silencing für Xi
Negativ-Regulierung über XiC (X-inactivation center)
- > produziert eine lncRNA: Xist (X inactive specific transcript), lnc=long non-coding
- > RNA wird nicht translatiert
- > XisT breitet sich im Chromosom aus & führt zu Modifikationen:
- H3K27me3
- Deacetylierung von Histonen
- macroH2A (Histonvariante) lagert sich in Xi ein
- DNA-Methylierung
Escaper = Gene, die X-Inaktivierung entgehen, z.B. XisT
Dutch Hunger Winter
Överkalix-Studie
1) direkte Exposition:
Kinder haben im Mutterleib mitgehungert
2) Enkel schwächeren Effekt aber immer noch erhöhtes Risiko
Reine Ernährungsabschätzung, ungenaue Daten
-> Weiß nicht ob epigenetische Vererbung beim Menschen existiert!!!!
Antigenische Variation bei Parasiten
- Vor allem bei Plasmodien
-> Bringen Gene in Blutzellen ein, die Oberflächenproteine codieren
=Oberflächenantigen: Var-Gene - Wirts-Immunsystem erkennt neue Var-Proteine und vernichtet die Blutzellen
- Parasit besitzt ca 60 Var-Gene, die sich in den sub-telomerischen Regionen befinden
- Var-Gene werden mono-allelische exprimiert: zur gleichen Zeit wird nur ein Var-Gen exprimiert
- Parasit schafft es aber zwischen den verschiedenen Var-Genen umzuschalten und so dem Immunsystem auszuweichen, immer wieder neues Antigen auf Oberfläche, keine effektive Bekämpfung
- Gene in subtelomerischem Bereich: unterliegen Repression
- auch H3K9me/Sir2/HP1 Homologe bekannt
Ansatz für epigenetisches Medikament?
Wenn man das Telomerische Silencing aufheben könnte, werden alle Var-Gene exprimiert und das Immunsystem kann den Parasit bekämpfen
Positionseffekt-Variation (PEV)
Gen im Euchromatin ->Umlagerung oder Transposition -> Heterochromatin (Heterochromatin-Verpackung über die Heterochromatin/Eeuchromatin-Grenze ausbreitet)
-> transkriptionelles Silencing in einem stochastischen Muster
