Эпигенетика

Не все определяется последовательностью нуклеотидов в ДНКВсе клетки организма обладают одной и той же ДНК, но при этом сами по себе сильно отличаются друг от друга

Наличие у самок млекопитающих двух Х-хромосом не приводит к тому, что у них есть в 2 раза больше белков, закодированных этими хромосомами

Однояйцевые близнецы могут отличаться друг от друга

У одного и того же существа могут быть разноцветные глаза

Инактивация Х-хромосомыГен 6-глюкозо-фосфатдегидрогеназы мыши находится на X-хромосомеУ мышей с мутацией в одной из двух Х-хромосом часть эритроцитов имеет активный белок, а часть – мутантныйЭто означает, что вторая Х-хромосома случайным образом инактивируетсяУ особей с тремя Х-хромосомами активна все равно только однаУ мышей отцовская Х-хромосома «выключается» на стадии 2-4 клеток, а потом на стадии бластоцисты «включается» обратно, причем последующая инактивация носит случайный характер (у сумчатых всегда неактивна отцовская)

Инактивация Х-хромосомы

Гены с инактивированной Х-хромосомы не экспрессируются

Неактивная Х-хромосома очень плотно упакована в т.н. тельце Барра (Barr body)

Dosage compensation

Млекопитающие - инактивация Х-хромосомы

Многие насекомые (кузнечики, сверчки, тараканы) используют XO-систему определения пола. При этом когда Х-хромосома одна, она работает в два раза лучше (активация)

В C. elegans обе X-хромосомы у гермафродитов подавлены, но на ~50%

Клеточная памятьПочти все клетки, будучи отделены от организма, «помнят» свою историю

Импринтинг: специфичная в отношении родителя экспрессия генов в диплоидных клетках

Импринтинг: преимущественно затрагиваются гены, участвующие в развитии эмбриона

viroids/вироидыНебольшие (от 220 нуклеотидов) паразитные одноцепочечные РНК

Не кодируют никаких генов

Некоторые вироидные РНК являются рибозимами и вырезают себя из транскрипционных интермедиатов

Не имеют характерной для вирусов белковой оболочки

Potato spindle tuber viroid

Могут влиять на фенотип организма (непонятно, казалось бы, как – они же не кодируют белки?!)

RNA interference

Andrew Z. Fire Craig C. Mello1/2 of the prize 1/2 of the prizeUSA USAStanford University University of MassachusettsSchool of Medicine Medical SchoolStanford, CA, USA Worcester, MA, USA

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2006"for their discovery of RNA interference - gene silencing by double-stranded RNA"

сайленсингЗаражение картофеля PSTV приводит к метилированию последовательностей ДНК, гомологичных геному PTSV

Введение в геном множественных копий гена приводит к сайленсингу эндогенных копий

Мутации белков, вовлеченных в RNAi приводят к исчезновению центромерного гетерохроматина у S.pombe

Центромеры и гетерохроматин

RITS – RNA Induced Transcriptional gene Silencing

Направляет метилирование ДНК в областях, комплементарных siRNA

Направляет модификацию (метилирование) гистонов

Но из всего это следует, что должна существовать специальная центромерная РНК?

Действительно, в области центромеры Х-хромосомы есть два разнонаправленных промотора, направляющие синтез dsRNA, процессируемой далее в scRNA (Xist & Tsix). По другим данным, Tsix нужен для инактивации Xist

Если ввести ген Xist в другую (неполовую) хромосому, то она тоже будет инактивирована

13

Инактивация Х-хромосом

НуклеосомыСостоят из гистонов

Гистоны могут модифицироваться

Модификации гистонов

Ацетилирование гистонов

Ацетилирование остатков лизина уменьшает положительный заряд и ослабляет связывание с ДНК

Препятствует образованию ‘30 nm fiber’

Промотирует связывание факторов транскрипции

Помимо гистоновых ацетилаз, существуют также и деацетилазы

Метилирование гистоновМетилироваться могут остатки лизина

метилированиеСуществует множество разных метилаз, отвечающих на разные процессы

Связь модификаций

Возникновение одной модификации может как препятствовать появлению другой, так и помогать ее появлению

Нуклеотиды ДНК

CpG-island

Метилируются цитозины в палиндромной последовательности CG

5’ CpG 3’3’ GpC 5’

22

Связь метилирования ДНК и ацетилирования гистонов

23

ДНК-метилазыDnmt1: эмбрион погибает на ранних стадиях

Dmnt2: нет видимых эффектов

Dnmt3: эмбрион погибает на поздних стадиях

Dnmt4: эмбрион погибает на ранних стадиях

Dnmt5: не возникает импринтинг

24

Метилирование при дифференцировке клеток

Метилирование ДНК

Сравнение ДНК близнецов

Зеленый: больше

Желтый: столько же

Красный: меньше

26

наследование по ламарку

27

BNDF - нейротропный фактор моза

У крысы, употребляющих кокаин, как и у людей развивается зависимость

В мозгу начинает излишне экспрессироваться BDNF

Метилируются гистоны и ДНК

При этом модификация происходит также и в половых клетках

Самцы в следующем поколении более устойчивы к действию кокаина (дольше развивается привыкание)

Что запомнить:Метилирование ДНК как способ регуляции транскрипции

Модификация гистонов как способ упаковки ДНК в гетерохроматин

ncRNA как «маркеры» модифицируемых областей ДНК

Импринтинг: специфичная в отношении родителя экспрессия генов в диплоидных клетках