Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Epigenetická dědičnost Epigenetická regulace genové exprese
Definice: Heritabilní změna genové exprese beze změn DNA sekvence. ü Mitotická (klonální) dědičnost ü Změna je heritabilní ale reverzibilní
Myš: X-chromosomální inaktivace Genomický imprinting
Základní mechanismus: DNA metylace
DNA methylace Cytosine-5-methyl transferázy Cytosin 5-Metylcytosin Thymin
5-Hydroxymethylcytosin
1/3 všech bodových mutací, které působí lidské genetické choroby je působena
CpG TpG
CpG dinukleotid má pouze 25% výskyt proti očekávané frekvenci v genomu CpG ostrovy - 0.5kb-2kb nejsou téměř methylované Mimo ostrovy - 70% CpG metylováno Asi 1/2 všech genů má v 5´konci CpG ostrov. Jaká je funkce DNA metylace? 1. DNA obrana k neutralizaci cizí DNA 2. Funkce ve vývoji 3. Genová regulace (ale kvasinky, Drosophila a C. elegans)
CpG ostrovy
DNA metyltransferázy
Dnmt1 Dnmt2 Dnmt3a Dnmt3b Dnmt3L
Udržovací Dnmt Trdmt1 tRNA metyláza De novo DNA metylace De novo DNA metylace Imprinting v oocytech
Transkripční umlčení retropozonů Imprinting X-inaktivace Struktura chromatinu Pathologie - nádory, choroby
mCpG vážící proteiny
MeCP2 MBD1-4
Rettův syndrom
Epigenetická dědičnost – vztah k metylaci H3 histonu Histone methyltransferase (PRDM9 – H3K4me3) (H3-Lys4, H3-Lys9, H3Lys27) Acetylace a deacetylace histonů (HATs a HDACs)
Inaktivace X chromozomu v somatických tkáních samic savců
Mary Lyon, Nature 1961
• Pouze 1 X chromosom zůstává aktivní
• Výběr je náhodný, ale klonálně dědičný
• Inaktivace se mění v gametogenezi a po oplození
• Inaktivní X je heterochromatický a pozdně replikující ________________ • Xist gen je exprimován na inaktivním X
• Inaktivace je nenáhodná, paternální v trofektodermu placenty a v embryonálním endodermu Antisense RNA Tsix umlčuje Xist a aktivuje X chr.
53 let od objevu X-chromozomální inaktivace (lyonizace)
Vačnatci Placentální savci
Extraembryonální tkáně, Placenta XX
Xp -
Xp Xp
Embryonální tkáně XX
Xp Xp/Xm
Oogeneze XX
? 0
Spermatogeneze XY
? Xm
Inaktivace paternálního a maternálního X chromosomu vačnatců a placentárních savců
Definition of genomic imprinting Ø Monoallelic, parent-of-origin
dependent expression of a gene Ø Clonally stable mitotic heredity of
transcriptional silencing Ø Imprint reversible during
gametogenesis
H2K+++ +++ H2K
+++ Igf2r Igf2r ---
Maternal imprinting of Insulin-like growth factor 2 gene (Igf2)
+ +
- ko +
+ - ko
- ko - ko
Mat Pat
(Efstratiadis, 1991)
Paternally imprinted Igf2r gene
Thp deletion tLub2 deletion
(D. Barlow, 1991) Viable, short- tail
Embryonic lethal
Genomic imprinting is conserved in evolution. Exceptions: Igf2r, U2af1-rs1. Is it restricted to placental mammals (?)
How to identify imprinted genes?
A deletion or null mutation of the studied gene
Northern blot comparison of mRNA expression Sequence polymorphism in
transcribed region of the studied gene
RT PCR and sequencing
Sequence polymorphism in transcribed region of the studied gene
Allele-specific Rnase protection
Allele-specific transcripts Genome-wide
RNA-seq (next generation sequencing)
F e r t i l i s a t i o n
G l o b a l . d e m e t h y l t i o n
I m p r i n t . m a i n t a i n e d B l a s t o c y s t
Z y g o t e
S p e r m E g g
S p e r m a t o g e n e s i s O o g e n e s i s E m b r y o
F e t a l . g o n a d s I m p r i n t . e r a s e d
S o m a R e m e t h y l a t i o n
I m p r i n t . m a i n t a i n e d
I m p r i n t . e s t a b l i s h e d I m p r i n t . m a i n t a i n e d
remethylation
Global demethylation
Active copy
Inactive copy
Human diseases caused or influenced by imprinted genes! !
1. Diseases with mapped candidate genes! !
Disease!
Gene/!Chr.!
Imprinted allele!
Mouse ortholog!
Comment!
Angelman syndrome!
UBE3!(15q11-q13)!
Maternal!
Ube3!
UBE3 imprinted!only in brain !
Prader-Willi syndrome!
SNURF-SNRPN !(15q-q13)!
Paternal!
Snrpn!
More than 2 genes involved!
Beckwith-Wiedeman!syndrome!
IGF2, LIT1!H19, CDKN1C!(11p15)!
Maternal! !
Igf2,!H19, p57Kip2!
More than 2 genes involved gen!
Albright hered.osteo-dystrofy!
GNAS1!(20q13)!
Maternal!
Gnas1!
Paternal mutation of GNAS1 !
Human diseases caused or influenced by imprinted genes! !
2. Neurodegenerative or psychiatric diseases! !
Disease!
Gene/!Chr.!
Imprinted allele!
Mouse ortholog!
Comment!
Autism!
Gene unknown !15q11-q13!
Paternal!
?!
Maternal duplication of 15q11-q13 !
Schizofrenia!
Gene unknown!(?)!
Maternal!
?!
More severe progess with paternal inheritance !
Bi-polar syndrome!
Gene unknown!(?)!
Maternal!
!
Earlier manifestation with paternal inheritance!
Morbus Alzheimer!
Gene unknown!(?)!
Maternal!
!
Paternal inheritance more frequent!
Disturbed maternal behaviour!
Syndrome unknown in human!(?)!
Maternal!
Peg3, Mest!
Females with paternal Peg3 or Mest mutations do not care for newborns !