mboc - week 2 Flashcards
Epigenetic regulation
Heritable change in gene expression or genome function, door mitose gene expression and expression states (vooral planten) veranderlijk. Door meerdere delingen doorgeefbaar maar omkeerbaar
If epigenetic regulation goes wrong consequences
disturbed development, diseases, transgene silencing, faster aging
In ratten epigenetische regulatie invloed –
likken geeft verwijdering methylatie en meer expressie glucocorticoid receptor (stress)
Epigenetische modificaties
- Noncoding RNA
- Histone variant (structure nucleosome)
- Histone modifications
- DNA methylations
Bekende mutaties bij chromatinesoorten:
Heterochromatin: H3K9me
Euchromatin active: H3K4me3
Euchromatin inactive: H3K27me
Genome always off modifications;
DNA methylation, H3K9methylation, transposons
Genome active temporarily modifications;
RNAP2, activator, H3k4methylation, histonacetylation, genes
Genome inactive temporarily modifications;
H3K27, repressor proteins, genes
euchromatine wanneer open en wanneer niet
H3ac, H3K4me, activator/trithorax protein open
repressor/polycombgroup (PcG) proteins, H3K27me dicht
wat nodig naast epigenetische modificatie -
sequence specific transcription factors en chromatin remodelling nodig omdat niet alles in een keer open moet
Transposable element
change position in genome, regulates gene expression, can multiply itself
Saccharomyces cerevisiae voordelen en nadelen
deelt snel en aseksueel, makkelijk onderhouden, homologous recombinations, tiny genome
geen DNA methylation, H3K9methylation, geenH3K27 methylation, no RNAi, unicellar, few TE and distal CREs
Schizosaccharomyces pombe voordelen en nadelen
H3K9me, RNAi
geen DNA methylation, H3K9methylation, geen H3K27 methylation, unicellar, few TE and distal CREs
Caenorhabditis elegans voordelen en nadelen
H3K27me/polycomb silencing, multicellular
geen DNA methylation, few TE and distal CREs
Drosophila melanogaster voordelen en nadelen
betekenisvolle phenotypische veranderingen
geen DNA methylation, few TE and distal CREs
Arabidopsis thaliana voordelen en nadelen
DNA methylation, lots of variants
not as many TEs as organisms with large genome
Wat is DNA methylation, waar geplaatst
5-methylcytosine (5mc) in meeste eukaryoten, vooral cytosine in CG context.
* Transposable elements have DNA methylation, samen met H3K9
* CpG rich ‘islands’/Promoters are unmethylated
* Protein-coding regions have DNA methylation in gene body
Heel groot deel 5mc in transposons en repetitief DNA
trekt DNAmethyl binding proteins (MBPs) aan
5hydroxymethylcytosine
zorgt voor activaite enhancers, eerste stap in verwijderen 5mc
voorkomt MeCP2 binding en TET voorkomt DNMTs
Methylated cytosines ways of repression
Inibition of TF die RNAP stimuleren
Methyl binding proteins (MBPs) bind 5mC & recruit repressor proteins (e.g. H3-K9 methyltransferase) to repress transcription
DNA methyltransferases (DNMTs) are bound to histone deacetylases (HDACs) and histone methyltransferases (HMTs), resulting in transcription inactivation
Methylation meten voor specifieke regios waarmee
- DNA blot analyse
- qCPR
- bisulfite sequencing
genome wide methylatie meten waarmee
- immunolabeling
- IP met 5mc antilichaam samen met qPCR/microarray/sequencing (me-DIP)
- Sequencing DNA methylation libraries
- Genome wide bisulfite
- Genome wide enzymatic methyl seq
MeDIP
gefragmenteert DNA, 5mc antilichaam er bij en groen fluor, ander deel rood (dit is niet gemethyleerd), magnetische beads om die er weer uit te halen, daarna sequencen om te kijken welke sequences zijn enriched
Bisulfite sequencing
analysis of methylation of every cytosine in DNA. Bisulfite changes unmethylated cytosines into uracil. Gemethyleerd blijft C, niet omschrijven naar dochterstrand!! ACTA BLIJVT AUTA!! PCR en cloning voor klein fragment of sequencing voor heel genoom. Als je top en bottom strand vergelijkt bij dochtercel zie je dat code verandert.
Methylation 5mc afwijkende targets
- Normaal 5’–CG–3’
- In embyryo; 25% non CG, mainly CA
- Mammalian brain 1.5% non CG, mainly CA
- Planten; CG, CHG (H = A,T or C) which is symmetric or CHH which is asymmetric because one C methylation is missing
MeCP2
bindt specifiek aan CA gemethyleerde structuur en is nodig bij x inactivatie. niet werken van dit geeft misregulatie (Rett syndroom)
TAD
blob van DNA. chromatine die gelijke epigenetische markers hebben, sequences daarin binden elkaar. Voorbeeld polycomb silenced, transposons en active genes. Phase separation speelt een rol, IDR (intrinsically disorganised regions) interact
Compartment
TADs reageren weer met elkaar. Phase separation speelt een rol
brain-specific gene in brain and liver type of chromatin –
brain; active euchromatin, liver; factultative heterochromatin - not expressed in liver but not permanently silent.
Constitutive
altijd uit, transposable elements
Facultative
niet altijd uit
accessible active chromatin marks
H3K4me, H3ac, H3K36me, trithorax (activator)
Inactief naar actief nodig
TF + chromatin remoddeling proteins
Geeft methylatie/acetylatie etc op verschillende plekken zelfde effect?
nee, bv K4 en K9 modification geven compleet ander effect
ChIP seq
method to check histone modifications. Ab bij chromatine, beads toevoegen die alleen gekoppeld bindt, DNA isoleren, analyse met PCR (locus), high throughput (whole genome), microarray (niet echt meer gebruikt)
constitutive heterochromatin marks
H3k9me
dna methylation
transposons
hp1
Active euchromatin marks
h3ac
h4ac
trithorax (activator)
h3k4me
h3k36me
RNApol2
genes
Inactive chromatin
H3K27me
polycomb
genes
Plaatsing methylatie histonen
- H3K4me3 piekt in begin
- H3K36me3 piekt na H3K4me3
- H3ac/H4ac minder hoge piek maar houdt langer aan
- H3K27me3 als blanket over hele gen
H3K4me3 kenmerken
- H3K4me3 recruits histone acetyl transferases (HATs)
- Level of H3K4me3 mark correlates with transcript levels
- H3K4 methylation prevents DNA methylation
komt vooral op promotors voor
voorkomt methylatie maar kan er niet af halen
Welke histonmodificaties zijn belangrijk voor genactivatie en transcriptie–
H3ac, H3K4me en H3K36me
How does H3K4me results in active chromatin?
Recruits acetyltransferases, prevents DNA methylation
DNMT3 – de novo DNA methyltransferase
DNMT3L – DNMT3 binding partner
H3k36 rol
voorkomt cryptic initiation of transcription
* acetylation is added co-transcriptionally by HAT: facilitates disruption nucleosomes by RNA Pol II
* H3K36me added behind RNA PolI complex: recruits Histone deacetylase (HDAC) -> removal Histone acetylation
* H3K36me recruits DNMT3 -> de novo DNA methylation (5mC)
* Kortom; Verwijderd acetyl, minder acceccible, meer stabiel. Methylation voorkomt initiatie
komt vooral voor in gene body
H3k27me3 rol
speelt blenagrijke rol in silencing developmentally/tissuespecifically regulated genes
mutatie lysine naar methionine voorkomt vorming polycomb - glioma
H3K9me rol
is associated with silencing of transposable/repeated elements vooral samen met HP1
verwijderen van h3k9 methyltransferase geeft minder genome stability, deletions, translocations
hoe worden on en off state behouden
Polycomb maintains off state (h3k27me), trithorax on state (h3k4me, h3k36me)
Bivalent/poised
aan en uit signalen op zelfde moment. Vooral stem cell
komt door combinatie h3k27me en h3k4me
Acetyolation writer =
HAT/KAT on lysine
Acetylation eraser
HDAC on lysine
Methylation writer
HMT-KMT on lysine/arginine
Methylation eraser
HDM/KDM on lysine/arginine
Fosforylation writer
kinase on serine
Fosforylation eraser
PPTase on serine
Ubiquitine writer
ligase on lysine
Ubiquitine eraser
protease on lysine
histone modifying enzymes recruitment –
sequence specific transcription factors such as GATA3, MyoD. Sequence specific TFs herkennen DNA sequences, determine how important that sequence is for those transcription factors.
Overexpression EZH2 in polycomb
silencing tumor supressor genes such as INK4A and CDKN1A. it mediates H3K27me2/3, removal acetyl
Histone variant
proteins with different aminoacid composition than standard histones. Encoded by different genes than standard/canonical. Differ in amino acid. Differ in properties, expressed throughout celle cycle, desposited replication independent, encoded by individual genes, contain introns, polyadenylated transcript AANVULLEN
canonical histone expression when
during s phase
Verschil histone variants tov total pool voor H3 en H2A
in mammalian cells the contribution of histone variants to the total pool of histone proteins is bigger for H3 than H2A histones
Functie H3.1
present in bulk of chromatin
tijdens replicatie door CAF1
Functie H3.3
vervangt verloren histonen, mogelijke rol in transcriptie initiatie. Ook op telomeric repeats en pericentric consitutive hemochromatin
vooral dus in actief chromatine, replicatie onafhankelijk. door HIRA in genen/regulatoir en door h3k9me DAXX-ATRX in repetitief/hetero gezet.