Wyklad 10 Metylacja DNA 2013

Metylacja DNA

Anna Fogtman

Pracownia Analiz Mikromacierzy

Uniwersytet Warszawski

Metylacja DNA

5-metylocytozyna

Mechanizm działania

Metylotransferazy DNA

DNA

Gatunek Glowna aktywność Fenotypy mutacji „utraty funkcji“

Dnmt1 mysz Podtrzymanie metylacji CpG Utrata metylacji DNA, letalność embrionalna, aktywacja wyciszonych

transpozonów, zaburzenia ekspresji

Dnmt2 mysz Słaba aktywność Brak obserwowanych fenotypów , brak

zmian w metylacji CpG

Dnmt3a mysz Metylacja CpG de novo Letalność postnatalna (4-8 tydzien), męska sterylność,

Dnmt3b mysz Metylacja CpG de novo Demetylacja mniejszych satelitów DNA, letalność embrionalna,

DNMT3B czlowiek Metylacja CpG de novo Syndrom ICF, utrata metylacji w sekwencjach powtórzonych i chromatynie

Metylotransferazy DNA

1620

415

908

859

Dnmt1

Dnmt2

Dnmt3a

Dnmt3b

Domena regulatorowa Domena katalityczna

PCNA

NLS

RFT CXXC BAH

PWWP ATRX

Myszy z inaktywowana DNMT

Li, Bestor, Jaenisch (1992) Cell

69:915-926

DNMT jest wymagana

do rozwoju zarodka.

Brak rozwoju po 9 dniu

rozwoju

Dynamiczne zmiany we wzorze

metylacji DNA

AKTYWNY

WYCISZONY Wyspa CpG

Regulacja ekspresji genów

• Hamowanie wiaząnia czynników

transkrypcyjnych

• Białka wiażące metylowane CpG (MBP)

Regulacja ekspresji genow

KAISO

MeCP2

MBD1

MBD2

MBD3

MBD4

POZ Palce cynkowe

Funkcje bialek MBP

MBP Glowna aktywność Gatunek Fenotypy mutacji „utraty funkcji“

MeCP2 Wiąże mCpG,

represor transkrypcji

mysz Opóznione defekty neurologicyne, przeżywalność postnatalna ok. 10 tygodni

MECP2 Wiąże mCpG,

represor transkrypcji

człowiek U heterozygot syndrom Rett‘a

Mbd1 Wiąże mCpG przez MBD lub CXXC

mysz Brak oczywistych fenotypów, Delikatne defekty podczas neurogenezy

Mbd2 Wiąże mCpG,

represor transkrypcji

mysz Defekty w regulacji ekspresji podczas różnicowania komórek T

Mbd3 Komponent

korepresora NuRD

mysz Letalny na wczesnych etapach embriogenezy

Mbd4 Naprawa DNA, wiąże mCpG

mysz Czterokrotne zwiększenie mutacji w miejscach CpG

Kaiso Wiąże mCGmCG i

CTGCNA, represor transkrypcji

Metylacja DNA a struktura chromatyny

Metylacja DNA a struktura chromatyny

Rola metylacji DNA

• Endogenne wirusy – hamowanie transkrypcji

parazytów

• Inaktywacja chromosomu X

Rola metylacji DNA podczas rozwoju

Gamety Zygota Morula Blastocysta Zarodek

zapłodnienie demetylacja DNA męskiego przedjądrza podziały komórkowe demetylacja matczynego DNA zagnieżdżenie

metyalcja de novo DNA w komórkach węzła

zarodkowego ICM

różnicowanie

utrzymanie wzoru metylacji DNA

Ochrona przed metylacją de novo

Metylacja DNA specyficzna tkankowo

Demetylacja

Celowana demetylacja

Rola metylacji w chorobach

Disomia jednorodzicielska

Syndrom Pradera-Williego

Syndrom Angelman’a

http://pl.wikipedia.org/wiki/Zespół_Angelmana

Obraz Giovanniego Franceski

Caroto, który zainspirował

doktora Angelmana przy

opisie choroby

Zespół Beckwith-Wiedemanna

http://doctorsgates.blogspot.com/2010/09/beckwith-wiedemann-syndrome-bws.html

Zespół Retta

http://sanodox.blogspot.com/2011/07/what-is-rett-syndrome.html

Zespół ICF

• I

mmunodeficiency,

C

entromere instability and

F

acial anomalies syndrome

Zespół łamliwego chromosomu X

http://en.wikipedia.org/wiki/Fragile_X_syndrome http://www.mun.ca/biology/scarr/Fragile_X_chromosome.html

Metylacja DNA a środowisko

Metylacja DNA a dieta

Rola metylacji DNA w nowotworach

„Zdrowa” komórka

Komórka nowotworowa

Gen - supresor nowotworowy Locus zawierający gen

z metylowanym rejonem 5’

Sekwencje repetytywne,

Hipermetylacja wysp CpG

Wyciszony stan chromatyny Hipometylacja DNA „otwarta” struktura chromatyny

•Rozpoczęcie podziałów komórkowych •Zahamowanie apoptozy

•Błędy w naprawie DNA •Angiogeneza

•Utrata inhibicji kontaktowej

KANCEROGENEZA

Esteller, M., Nature 8:286-292, 2007

•Utrata piętna genomowego •Niewłaściwa ekspresja genów •Obniżenie stabilności genomu •Aktywacja sekwencji repetytywnych

Rola metylacji DNA w nowotworach

hipometylacja hipermetylacja deaminacja UV karcynogen

destabilizacja genomu

wyciszanie transkrypcji mutacje zwiększona wrażliwość na mutagenne działanie UV zwiększona wrażliwość na mutagenne działanie chemicznych karcynogenów

Rola metylacji DNA w nowotworach

Inaktywacja supresorów

nowotworowych

Pierwsze

zdarzenie

LOH

metylacja

metylacja

_LOH

W komórkach nowotworowych

hipermetylacja DNA

zachodzi z dużo większą częstością niż mutacje

Metylacja

(10

2

_{– 10}

3

_genów)

I n a k t y wa c j a G e n u

Mutacje

(10

1

_genów)

Przykłady wyciszonych transkrypcyjnie genów w

nowotworach człowieka

w wyniku hipermetylacji wysp CpG ich obszarów

promotorowych

Geny związane z procesami naprawy DNA

MLH1 nowotwory jelita grubego, żołądka, BRCA1 nowotwory piersi, jajnika

WRN nowotwory jelita grubego, żołądka,

Regulatory cyklu komórkowego

p16INK4a wiele typów nowotworów p15INK4b białaczki Rb glejak siatkówki Receptory hormonów ER nowotwory piersi AR nowotwory prostaty TSHR nowotwory tarczycy RARβ2 wiele typów nowotworów

Czynniki transkrypcyjne

GATA4 nowotwory jelita grubego, żołądka GATA5 nowotwory jelita grubego, żołądka ID4 białaczki

Geny zaangażowane w proces adhezji komórek

CDH1 nowotwory piersi, nowotwory żołądka CDH13 nowotwory piersi, nowotwory płuc

Geny zaangażowane w proces apoptozy

DAPK chłoniak, nowotwory płuc, jelita grubego TMS1 nowotwory piersi

Elementy ścieżek transdukcji sygnału

IGFBP3 nowotwory prostaty, nerek, APC nowotwory jelita grubego

Human Epigenome Project

Metody mapowania metylacji DNA

• ChIP z użyciem przeciwciał Anti-MethylC Ab

lub Anti-MBP

• Mikromacierze o wysokiej gęstości (tilingowe)

• Mikromacierze metylacyjne

Konwersja bisulfidowa

http://www.atdbio.com/content/20/Sequencing-forensic-analysis-and-genetic-analysis