epİgenetİk ve epİgenetİk mekanİzmalar.ppt

EPİGENETİK VE EPİGENETİK VE EPİGENETİK EPİGENETİK

MEKANİZMALARMEKANİZMALAR.::Çevik GÜREL::..::Çevik GÜREL::.

GAZİOSMANPAŞA ÜNİVERSİTESİ GAZİOSMANPAŞA ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOLOJİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOLOJİ

ANABİLİM DALIANABİLİM DALI

İÇERİK

EPİGENETİK NEDİR?

EPİGENETİK MEKANİZMALAR NELERDİR?

KANSER OLUŞUMUNDA EPİGENETİK.

EPİGENETİK NEDİR?

EPİGENETİK NEDİR?

Bir organizmanın DNA baz diziliminde herhangi bir değişim olmaksınızın oluşan, mitoz ve mayoz bölünme ile kalıtılabilen gen fonksiyon değişimlerine epigenetik denir.

Başka bir deyişle; gen ekspresyonuna bağlı kalıtsal bilgidir.

EPİGENETİK ETKİLER

Epigenetik değişimler genlerin sessizleşmesine (silencing) neden olurlar. Bu da geni inaktive edici bir mutasyon veya delesyon gibi genetik bir mekanizmayla eşdeğerdir.

Ancak epigenetik değişimler geri dönüşümlü oluşları ve DNA’nın baz dizisinde bir değişime neden olmamaları gibi özellikleriyle genetik değişimlerden ayrılırlar.

EPİGENETİK ETKİLER

Canlıların embriyodan yetişkin bireye doğru ilerleyen gelişim sürecinde gözlemlenen, hücre farklılaşması sırasında ortaya çıkan gen ifadesindeki değişikliklerde önemli rol oynamaktadır.

Çevresel etmenlerin genler üzerine etkileri epigenetik mekanizmaların aktive olmasına ve ya sessizleştirilmesine neden olur.

EPİGENETİK ETKİYE BİR ÖRNEK

EPİGENETİK MEKANİZMALAR

EPİGENETİK MEKANİZMALAR

Epigenetik mekanizmalar basitçe şu şekilde gruplandırılabilir; Transkripsiyonel mekanizmalar:

DNA metilasyonu Histon modifikasyonları

Postranskipsiyonel mekanizmalar: RNAi (RNA Interference)

TRANSKRİPSİYONEL MEKANİZMALAR

DNA METİLASYONUHİSTON MODİFİKASYONLARI

DNA DNA METİLASYONUMETİLASYONU

DNA METİLASYONU

DNA metilasyonu insanlarda ve birçok memelide bilinen tek doğal DNA modifikasyonudur.

DNA metilasyonunda; Guanin tarafından takip edilen sitozin bazına DNA metiltransferaz (DNMT) enzimince bir metil grubu kovalent olarak bağlanır.

DNA METİL TRANSFERAZLAR (DNMTs)

1. DNMT1 2. DNMT3a ve DNMT3b

Somatik hücrelerde en çok bulunan DNMT’dir.

Replikasyon alanında lokalizedir ve proliferating cell nuclear antigen (PCNA) ile ilişki kurar.

Yarı metillenmiş DNA’yı metillenmemiş DNA’ya nazaran 10-40 kat daha fazla tercih eder.

De novo metilleyici enzimlerdir. Hem metillenmiş hem de

metillenmemiş DNA’yı kalıp olarak kullanırlar.

DNMT3b’nin karboksi terminal katalitik bölgesindeki mutasyonların ICF ile ilişkisi vardır (immun yetersizlik, sentromerik instabilite, fasial anomaliler).

DNA METİLASYONU

Hücredeki DNA metilasyonunun amaçları;Gen regülasyonuGenomik impritingX Kromozomu inaktivasyonu Viral ajanlardan korunma’dır

DNA METİLASYONU

GEN REGÜLASYONU:Bir gen bölgesinin metillenmesi ile ifade

edilmesi arasında ters bir oran vardır; Bir gen az metillenirse yüksek oranda ifade edilir. Bir gen çok metillenirse düşük oranda ifade edilir.

DNA METİLASYONU

DNA metilasyonu ve regülasyon arasındaki ilişkiyi anlamada en iyi örneklerden birisi kanser hücrelerindeki metillasyon oranlarının incelenmesidir; Kanser hücrelerinde normal hücrelere göre

protoonkogenlerin daha az miktarda metillendiği, DNA hasar tamir genlerinin ise daha çok metillendiği

gösterilmiştir.

DNA metilasyonu kanserin oluşum sürecini etkiler.

DNA tamiri

Hormonal Regulasyon

Karsinojen Metabolizması

Apoptoz

FarklılaşmaHücre Siklusu

DNA Metilasyonu

DNA METİLASYONU

GENOMIK IMPRATING: Belirli bir geni taşıyan kromozomun kökeninin anaya

yada babaya ait olmasına bağlı olarak fenotipik ifadenin değişmesi durumuna verilen isimdir.

Bazı türlerde belirli kromozomal bölgelerdeki genler anadan ya da babadan köken almasına bağlı olarak ifade edilmesi veya genetik olarak sessiz kalması için bir çeşit hafıza yada damga içerirler (ifade edilebilir allelin baskılanması).

Mutasyondan farklıdır. Ardarda gelen nesillerde damga tersine çevrilebilir.

DNA METİLASYONU

1991 yılında farelerin üç geninde damgalama görülmüştür.

Bu genlerden biri insulin benzeri büyüme faktör II’yi şifreler (Igf2); Eğer fare mutant olmayan iki alleli taşıyorsa fare normal ölçüde gelişir

İki mutant alleli taşıyan fare cüce olmaktadır (büyüme faktörü eksik yapılmaktadır)

Heterozigotlarda (bir normal bir mutant allel taşıyanlar) farenin boyutu normal allelin hangi ebeveynden geldiğine bağlıdır; Eğer normal allel babadan geliyorsa fare normal ölçüdediranneden geliyorsa fare cücedir.

DNA METİLASYONU

X KROMOZOMU İNAKTİVASYONU: Dişiler X kromozomundan iki kopyaya sahip

olduklarından X bağlı gen ürünlerini iki kat fazla üretme potansiyeline sahiptirler.

Fazla sayıda X kromozomunun olması erkek ve dişilerin her ikisinde de sendroma neden olmasının yanında dozaj sorunu da yaşatırlar.

X e bağlı gen ifadesinde dozaj ayarlaması yapılmaktadır.

DNA METİLASYONU

Kaç tane olmasına bakmaksızın biri hariç tüm X kromozomları inaktive olmaktadır.

Bu konu hakkında en çok bilen hipotez Lyon Hipotezi’dir. Bu hipoteze göre; Dişi memelilerin somatik hücrelerinde sadece tek bir

X kromozomu transkripsiyonel olarak aktiftir İnaktivasyon embriyonik yaşamın ilk evrelerinde olur. Dişi somatik hücrelerin her birinde inaktif X anneden

veya babadan gelen olabilir, tesadüfidir. Ancak bir hücrede bir X kromozomu inaktive olunca bu hücreden oluşan tüm hücrelerde aynı X inaktif olur.

DNA METİLASYONU

X’ e bağlı kürk rengini belirleyen genler, heterozigot dişi farelerde benekliliğe neden olur

Büyük benekler bir X kromozomunda diğeri öbür X kromozomunda bulunur.

Calico dişi kedilerde böyle mozaik desenlidir. Erkek kedilerde görülmez, çünkü tüm hücreler anneden gelen tek bir X kromozomu içerir.

DNA METİLASYONU

Memeli dişi bireylerin tüm heterozigot X’e bağlı alleller için mozaik yapıda olduğunu görüyoruz.

Vücudun bazı bölgelerinde sadece anasal alleller, diğer bölgelerinde ise babaya ait alleller ifade edilir.

Kırmızı-yeşil renk körlüğü ve anhidrotik ektodermal displazya X’ e bağlı çekinik hastalıklardır.

DNA METİLASYONU

VİRAL AJANLARDAN KORUNMA:Konak memeli hücrelerinin genomuna dahil

olan viral DNA’ nın metilasyon tarafından inaktivasyona uğratılması, bu yöntemin enfeksiyon ajanlarına karşı bir koruma mekanizması olarak görev aldığını göstermektedir.

HİSTON HİSTON MODİFİKASYONMODİFİKASYON

LARILARI

HİSTON MODİFİKASYONLARI

Histonlar başlıca; – Asetilasyon (Ac) – Ubiquitinasyon (Ub) – Metilasyon (Me) – Fosforilasyon (P) – Sumoylasyon (Su)

ile modifiye edilirler.

HİSTON MODİFİKASYONLARI

Tüm bu mekanizmalar, kromatin yapısında değişiklikler oluşturarak transkripsiyonu düzenleyici komplekslerin DNA’ya ulaşabilirliğini etkilerler.

Ayrıca birçok histon modifikasyonu geri dönüşümlüdür ve modifikasyon seviyesi ile transkripsiyon seviyesi sıkı ilişki içerisindedir.

HİSTON MODİFİKASYONLARI

HİSTON ASETİLASYONU:Hücreler gen ifadesindeki kontrolü

sağlayabilmek için DNA’larını globüler histon protein oktomerleri etrafına sararak oluşturdukları nükleozom yapılarını kullanırlar.

Kromatin yapı sıkışıp yoğunlaştığında genler inaktif, gevşeyerek açıldığında aktiftir.

Asetil grupları histonlardaki + yükü nötralize ederek Histon-DNA etkileşimini bozar.

Histon Asetilasyonu HipoasetilasyonNükleozomlar

arası güçlü bağlantılar

HiperasetilasyonNükleozomlar arası zayıf bağlantılar:

Histon uçları DNA’yı sınırlamaz ve transkripsiyon faktörleri DNA’ya bağlanabilir.

Histone deacetylase

Asetilasyonun 2 fonksiyonu vardır:

1. Pozitif yüklü lizin rezidülerini nötralize eder.

2. Histon uçları ile yapısal proteinler arasındaki bağlantıları destabilize eder.

HİSTON MODİFİKASYONLARI

HİSTON METİLASYONU: Histon metilasyonu, histon proteinlerinde bulunan

amino asitlere histon metiltransferaz enzimleri tarafından 1, 2 veya 3 tane metil grubu eklenmesidir.

Metil transferazlar histondaki arjinin ve lizin kalıntılarını hedef alır.

Histon arjinin metilasyonu transkripsiyonel aktivasyona neden olurken, lizin metilasyonu transkripsiyonun baskılanmasına yol açar.

Histon 3 metilastonunun epigenetik düzenlemede merkezi bir rolü vardır, örneğin histon 3-lizin 4 (H3K4) tri-metilasyonu ökaryotlarda promotör bölgelerini belirler.

Metillenmiş histon 3-lizin 9 (H3K9) modifikasyonları ise transkripsiyonun baskılanmasının doğrudan ilişkili olduğunun kanıtı olarak kromatin kondasyonuna neden olan proteinler için bağlanma yeri görevi yaptığı gösterilmiştir.

HİSTON MODİFİKASYONLARI

Gen aktivasyonu veya baskılanmasını sağlar;• Transkripsiyonel sessizleşme.• Genomun pozisyon değişikliğinden korunması. • Genomik damgalama (imprinting).• X’i etkisizleştirme.

• Dokuya özgü gen ifadesi.

HİSTON MODİFİKASYONLARI

HİSTON UBİQUİTİNASYONU:Ubiquitin hemen hemen bütün ökaryotik

dokularda var olan küçük düzenleyici bir proteindir.

Bu proteinler, diğer proteinleri yıkım veya geri dönüşüm için proteozom dahil hücrenin belirli bölgelerine yönlendirirler.

Ubiquitin yıkılacak veya geri dönüştürülecek proteinleri etiketlemede kullanılır.

UBIQUITININ GENEL YAPISI

HİSTON MODİFİKASYONLARI

Ubiquitinasyon; Ubikitin adlı proteinin yanı sıra, ubikitin aktive edici enzim (E1), ubikitin konjuge edici enzim (E2) ve ubikitin protein ligaz (E3)’e gereksinim duyan adenozin trifosfat (ATP)’ye bağımlı translasyon sonrası bir süreçtir.

HİSTON MODİFİKASYONLARI

Ubiquitinasyon basitçe 3 aşamada gerçeklşir;1) Ubiquitinin aktivasyonu: Ubiquitin enerji kaynağı

olarak ATP gerektiren bir süreç içinde bir E1 ubikuitin-aktive edici enzim ile iki aşamalı bir reaksiyon ile aktive olur;

Başlangıç aşaması, bir ubiquitin-adenilat ara ürünün imal etmekle ilgilidir.

İkinci adımda, AMP serbest bırakılması ile, E1 aktif sitesine ubiquitin aktarır.

Bu adım Ubiquitinin C-terminal karboksil grubu ve E1 sistein sülfhidril grubu arasında bir tioester bağı oluşmasıyla sonuçlanır.

HİSTON MODİFİKASYONLARI

2) E1 bir transtiyo esterleşme reaksiyonu yoluyla ubiquitinden uzaklaşır ve bağlayıcı enzim E2 aktif sistein ile ubiquitine bağlanır.

HİSTON MODİFİKASYONLARI

3) Ubiquitilasyon kaskadın son adımında ubiquitin C-ucundaki glisin ile hedef proteinin bir lizin rezüdüsü arasında bir izopeptid bağı oluşturur. Genel olarak, bu adım E3 ubikuitin ligaz aktivitesini gerektirir.

HİSTON MODİFİKASYONLARI

Ubiquitasyon hücrede başlıca şu süreçlerde kullanılır;Antijen işlenmesiApoptozDNA transkripsiyonu ve onarımFarklılaşma ve gelişimOrganellerin Biyogenez

HİSTON MODİFİKASYONLARI

HİSTON FOSFORİLASYONU: Fosfat grupları bir negatif yüke sahip olduğundan,

histon kuyruklarına eklenerek onları nötralize eder ve muhtemelen DNA için histonların ilgisini azaltır.

Histon H3 içinde serin 10 fosforilasyonu memeli hücrelerinde gen aktivasyonunu ve Drosophila’da ısı-şok yanıtı sırasında transkripsiyon indüksiyonu ile ilişkili olduğu gösterilmiştir.

HİSTON MODİFİKASYONLARI

H2A fosforilasyonunun, DNA çift zincir kırık hasarı sinyalizasyon ve onarımının teşvik mekanizmalarının oluşturulmasında bir basamak olduğunun üzerinde duruluyor.

DNA-bağımlı protein kinaz (DNA-PK) ve 3-kinaz-bağlı protein kinazların rol oynadığı bu olay hücre tamir mekanizmasının devreye girdiğinin belirteci olarak kabul edilir.

Ayrıca ATM kinaz çift zincir kırıkları oluşumuna tepki olarak H2AX fosforilasyonunun önemli bir fizyolojik aracı olarak kabul edilir.

HİSTON MODİFİKASYONLARI

HİSTON SUMOYLASYONU: Küçük Ubiquitin Benzeri Düzenleyici (Small Ubiquitin-

like Modifier) olarak bilinen SUMO ailesi proteinleri hücrelerde diğer proteinlere kovalent olarak bağlanarak onların işlevlerini değiştirir.

Sumaylasyon; nükleer sitozolik ulaşım, transkripsiyonel düzenleme, apoptoz, protein stabilitesi, stres yanıt ve hücre döngüsü boyunca ilerleme gibi olaylarda gözlenen bir modifikasyondur.

SUMO PROTEİNLERİNİN GENEL YAPISI

HİSTON MODİFİKASYONLARI

Sumoylasyon, ubiquitinasyona benzer bir kaskad ile işlev görür.

Bunun yanında ubiquitinasyondan farklı olarak sadece proteinleri işaretlemek için kullanılır, proteinlerin degredasyonu ile bir ilişkisi yoktur.

HİSTON MODİFİKASYONLARI

Sumoylasyon 3 enzimin katalizlemesi ile meydana gelir;E1; SUMO proteinini aktifleştirir.E2; SUMO ile hedef proteini bağlar.E3; Hedef proteine SUMO proteini ekler.

SUMOYLASYON BASAMAKLARI

POSTTRANSKRİPSİYONEL MODİFİKASYONLAR

RNAi (RNA Interference)

RNAi

RNA interferens veya RNA girişimi (RNAi) , canlı hücreler içinde yer alan ve hangi genlerin aktif olacağını ve nasıl aktif olacaklarını belirleyen ve kontrol eden bir sistemin ismidir.

Küçük RNA moleküllerinin iki tipi, mikroRNA(miRNA) ve küçük interferans RNA'sı (siRNA) RNA interferens için büyük önem taşır. RNA'lar genlerin doğrudan ürünü olup bu küçük RNA'lar, ya faaliyetlerini artırmak veya azaltmak suretiyle, örneğin bir mesajcı RNA'nın protein üretmesini engelleyerek diğer özel RNA'lar (mRNA) ile bağlanabilirler.

Bu süreç, çift sarmallı RNA (dsRNA) moleküllerini siRNA denilen ve ~ 20 nükleotitten oluşan küçük fragman parçalarına ayıran Dicer isimli bir enzim tarafından başlatılır.

Her bir siRNA'sı, iki adet tek sarmallı (ss) ssRNA'ya bağlanır, tam olarak isimleriyle yolcu sarmal ile kılavuz sarmala. Yolcu sarmal indirgenerek ayrıştırılırken kılavuz iplikçik RNA-indüklenmiş susturma kompleksi (RISC) içine yerleştirilerek dahil edilir. Transkripsiyon sonrası sessizleşme olarak bilinen olay böylece meydana gelmiş olur.

Tedavi Edici siRNA’lar

siRNA hedef geni Hastalık

p53 mutant

K-Ras

BCR-ABL

MDR1

C-RAF

Bcl-2

VEGF

PKC-Β-Catenin

KANSER

RNAi

miRNA genlerinin %50’den fazlası kanserle ilişkili genomik alanlarda veya frajil sitelerde lokalizedir.

Bunların tümör supresör gibi davranarak onkogenleri inhibe ettikleri veya tam tersi olarak onkogen gibi hareket ederek tümör supresörleri inhibe ettikleri gösterilmiştir.

RNAi

miR-15 ve miR-16’nın insan kanserlerinde tümör supresör olarak hareket edebileceğini gösterilmiştir. hipofiz adenomlarında normal hipofiz dokularına kıyasla daha düşük seviyelerde eksprese edilir ve bunların ekspresyonu tümör büyüklüğü ile ters ilişkilidir.

Buna tezat olarak onkogen gibi davranan miRNA ‘lar da var: miR155 (B hücre lenfomalarında, Hodgkin’s lenfomada, Burkitt lenfomada ve insan meme kanseri ), miR21( Meme kanseri , malign beyin tümörleri ve glioblastomada aşırı miktarda eksprese edilmiştir. )

miRNA (Şematik Gösterimi)