5.epigenetische regulierung - szegedi...
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Die Grundeinheit des Chromatins ist das Nukleosom
1.
Linker DNA
Nukleosom „Perle”
(4x2 Hyston Moleküle + 146 Paare Nukleotiden)
DNA
10 nm
30
nm
Nukleosom Kern
DNS
H1
10 nm Strang 30 nm Strang
DNA Nukleosomen(10 nm-Strang)
Gerüst (scaffold) 30 nm Strang
30 nm Strang
Heterochromatin (Konstitutives - fakultatives):
Euchromatin:
a. Methylierung Demethylierung Hyston-Methyl Transferase - Demethylase
b. Acetylierung Deacetylierung histone acetyl transferase Relaxierung von Nukleosomen freie Transkription -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
deacetylase Umlagerung von Nukleosomen Hemmung der Transkription
c. Histone repulsing sequences:
LCR MAR SAR
Regulation des Chromatins
(locus control region)
(matrix attachement region)
(scaffold attachment region)
LCR LCR
e.g. -globin Genfamilie
DNA methyl-transferase
gene 1 gene 3 gene 2
H3 – lys9 histone lysine
(hemmt die Transkription)
(erleichtert Transkription)
DNA
histone
7.
Lysin
Acetylierung
Deacetylierung
Modifikation des Chromatins („remodeling„)
3a.
Nukleosom
Veränderung in Struktur des Nukleosoms
Nukleosom Bewegung
Verlust des Nukleosoms
a.
c.
b.
2.
Transkription
Chromatin-Modifizierer
Histon Schwanz
Histon
Nicht kodierende RNS
Chromatin Modifikationen
1. Histon-Modifikation: Methylation, Acethylation, usw.
2. DNS Methylation
1. Enzyme (Methylase, Acethylase, usw.)
2. Transkriptions Faktoren – in bestimmten Fällen
3. Nicht-kodierende RNS-Moleküle
4b.
Histon
Aktivator
Acethylierung
schwache Bindung zwischen Hystone
Verschieben der Histone
Acethylierung der Histone
Aktivator
Chromatin Modifikation: Acethylierung
Iniciáció
Elongáció
DNS nukleoszóma
hiszton fehérjék
átalakító fehérje
transzkripciós komplex
mRNS
mRNS
átalakító fehérje
4c.
Initiation
Elongation
Modifikator Protein
Modifikator Protein
Transkriptionskomplex
Vermehrung der Histonmethylierung
Geschlossenes Chromatin geöffnetes Chromatin
Vermehrung des Heterochromatins
1. H1P erkennt die CH3-Gruppe entahltende Hystone (H3-K9)
2. H1P1 zieht HMT an, welches methyliert das nachbarige Hyston
3. Das Prozess wird Kaskad-ähnlich vermehrt
5b.
Vermehrung des Heterochromatins
Die Vererbung des Histon-Methylierungs Muster in den Tochterzellen
DNA Replikation
Entstehung der neuen Nukleosomen
Werbung der HP1 und MHT
5c.
DNA Methylierung
- Die Methylierung der DNA hemmt die Genexpression
- In einzelnen Zellenarten ist das Methylationsmuster unterschiedlich!
6.
Die Methylierung der DNA 6.
Met
Met
Met Met
DNA Replikation
Aufenthaltene Methylierung
(Dnmt1 Enzym)
Neu DNS Strang
Dnmt1
(1) de novo METHYLIERUNG: neue Methylgruppen entstehen – >„epigenetisches Kode”
(2) Erhaltene Methylierung: der Methylierungsmuster der differenzierten Zellen wird erhaltet
Rett Syndrom
Human Epigenom
Projekt (HEP)
Programm zur erkundung des Methylierungsmusters vom Chromatin
( Die DNS Methylierung kann einfacher untersucht werden)
7.
Joseph Ecker, Ryan Lister, Mattia Pelizzola – Oktober 2009
Menschliche Stammzellen + Fibroblast Zellen
Epigenom 7.
Der GAGA-Faktor bindet an DNA und entfernt das Nukleosom
Der Hitzeshockfaktor bindet an DNA
Aktivation in Transkription
Hitzeshock Gene
Nukleosom
Nukleosom
Inaktives HSF kann nicht binden
Aktivation
Nukleosomfreie Region
Transkription
Hitzeshock Gene
Steroid induzierte Gene
Nicht induziert
Induziert
Der aktiver Transkriptionsfaktor bindet nicht
Das Rezeptor-Steroid Komplex verschieb das Nukleosom
Bindung des Transkriptionsfaktors
Transkription
8. Chromatinmodifikation- aktivierende Proteine
Lady Gaga
Nicht induziert
Induziert
hámsejt
Determiniertheit der Zellarten: eine differenzierte Zelle produziert ähnliche Zellarten wie sie selbst, und nur
in außergewöhnlichen Fällen andere Zellen, aber in diesen ist auch der DNS-Gehalt gleich.
Determiniertheit der Zellarten
Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül 3.
Signal: Sei nervensystem! Sei Rückenmark! Sei kein Glia! Stoss Axon aus! Knüpfe Kontakte! BRAVO !!!
Anweisungen: werdet
Motoneurone!
3.
Urzelle
Anweisungen für die Entstehung eines Motooneurons
Eizelle
Körperzelle (z.B. Epithelialen)
Zellkern
Zellkern
klonierte Zygote kloniertes
Embryo
kloniertes Baby
Während der Klonierung wird der Zellkern neu
programmiert
Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül
Zygote
Kern einer körperlichen Zelle
Klonierung und Epigenetik 4.
Histon Code
Laut der Histon Code Hypothese führt die chemische Modifikation der
Histone zu einer Reihe von vorher-programmierten Änderungen im
Laufe der Zelldifferenzierung bzw. der Ontogenese.
5.
Morse ABC
Epigenetischer Kode
12.
Transkription
Chromatin Modifikator
Hystonschwanz
Histon
Nichtkodierende RNA
1. Histon Kode: Muster der Bindung eines Histons an ein
DNA-Abschnitt oder an das ganze Genom,
welches für eine Zellenart typisch ist.
2. DNA Methylierungs Kode: Methylierungsmuster der
DNA, die für eine Zellenart typisch ist.
EPIGENETISCHES KODE: Der Hystonkode und DNA Methylierungskode bestimmt die Zelltyp
Und die molekulare Prozesse der Zelle
Epigenetisches Pogramm
1. Das epigenetische Programm: der Mechanismus des Ausdrucks der genetischen Information?
2. Epigenetisches Programm genetisches Programm: laufen parallel? Gibt es
Alternativen? - Was ist die Rolle der folgenden Faktore: eigene DNS, ausgangs Voraussetzungen, Umgebung
Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül
Zygote
Differenzierte Epithelzelle
Differenzierte Leberzelle
5.
Epigenetisches Pogramm
Ontogenese: epigenetische „Landschaft”, Kanalisation ,
Robustheit
14.
Conrad Hal Waddington
(1905 - 1975)
Epigenetische Landschaft – Weg der Ontogenese
1. genetisch programmierter Effekt
2. Mutation
3. Wirkung des Umgebungs
Robustheit: die Widerstandskraft gegen pheontypischer Störungen
Störungen im Umgebung - Mutationen - Genetisches Program (zB. Man-Frau)
Kanalisation:
Die Ontogenese entwickelt sich auf
bestimmten Wegen, das Prozess auf
einem bestimmten Weg resistant ist
gegen Störungen, aber in kritischen
Entwicklungspunkten kann es
aufgrund der grosseren Auswirkungen
andere Wege wählen.
15a.
Wie beeinflusst der Umgebung und die DNA das
epigenetische Program, welches die Ontogenese
dirigiert?
DNA vs. Umgebung
Die DNS und auch die Umgebung
wirkt sich auf das epigenetische Programm aus
10.
Das frühe Embryo besteht aus Stammzellen, welche sich in Unterschiedliche differenzierte Zellen verwandeln können
Das Phoetus besteht hauptsächlich Aus differenzierten Zellen
Später wird die Wirkung der Umgebung wichtig
Gehirn
Muskel
Haut
Umweltwirkungen: Ernährung, Rauchen, Lernen