Metylacja DNA. Anna Fogtman Pracownia Analiz Mikromacierzy Uniwersytet Warszawski Polska Akademia Nauk

Transkrypt

1 Metylacja DNA Anna Fogtman Pracownia Analiz Mikromacierzy Uniwersytet Warszawski Polska Akademia Nauk

2

3 Przykład symfoniczny

4 Przykład symfoniczny

5 Metylacja DNA O SAM-CH SAM NH H DNMT Cytozyna O NH CH 5-Metylocytozyna 5-metylocytozyna piąta zasada DNA (Bird, 1986)

6 Mechanizm działania NIEMETYLOLWANE Metylacja DNA de novo Dnmt3a Dnmt3b METYLOLWANE Replikacja DNA Dnmt1 Podtrzymanie metylacji DNA HEMIMETYLOLWANE

7 Metylotransferazy DNA Metylotransferaza 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 pericentromerycznej

8 Metylotransferazy DNA Domena regulatorowa Domena katalityczna Dnmt1 PCNA NLS RFT CXXC BAH I IV VI IX X 1620 Dnmt2 415 Dnmt3a PWWP ATRX 908 Dnmt3b 859

9 Myszy z inaktywowana DNMT DNMT jest wymagana do rozwoju zarodka. Brak rozwoju po 9 dniu rozwoju embrionalnego. Li, Bestor, Jaenisch (1992) Cell 69:

10 Dynamiczne zmiany we wzorze metylacji DNA AKTYWNY Wyspa CpG WYCISZONY

11 Regulacja ekspresji genów Hamowanie wiaząnia czynników transkrypcyjnych Genes Dev 2:

12 Regulacja ekspresji genow Białka wiażące metylowane CpG (MBP) MeCP2 MBD MBD1 MBD2 GR repeat CXXC TRD MBD3 MBD4 KAISO POZ glikozylaza Palce cynkowe

13 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 mysz Brak jednoznacznego fenotypu

14 Metylacja DNA a struktura chromatyny Nature Reviews Genetics 3,

15 Metylacja DNA a struktura chromatyny Peter A. Jones, Nature Rev. 13:

16 Rola metylacji DNA Endogenne wirusy hamowanie transkrypcji parazytów Inaktywacja chromosomu X Imprinting transkrypcja alleliczna

17 Rola metylacji DNA podczas rozwoju Gamety Zygota Morula Blastocysta Zarodek demetylacja matczynego DNA zagnieżdżenie różnicowanie zapłodnienie podziały komórkowe demetylacja DNA męskiego przedjądrza metyalcja de novo DNA w komórkach węzła zarodkowego ICM utrzymanie wzoru metylacji DNA

18 Rola metylacji DNA podczas rozwoju

19 Ochrona przed metylacją de novo Nature Structural and Molecular Biology 20:

20 Rola metylacji DNA podczas rozwoju

21 Metylacja DNA specyficzna tkankowo PLoS Genet Aug;5(8):e

22 Demetylacja Nature Structural and Molecular Biology 20:

23 Celowana demetylacja Nature Structural and Molecular Biology 20:

24 Rola metylacji w chorobach Epigenetics, ch23, Fig.1

25 Disomia jednorodzicielska Nature Medicine 15,

26 Syndrom Pradera-Williego Genetics in Medicine (2012) Volume: 14, Pages:10 26

27 Syndrom Angelman a Obraz Giovanniego Franceski Caroto, który zainspirował doktora Angelmana przy opisie choroby

28 Zespół Beckwith-Wiedemanna

29 Zespół Retta

30 Zespół ICF Immunodeficiency, Centromere instability and Facial anomalies syndrome M. Ehrlich / Clinical Immunology 109 (2003) 17 28

31 Zespół łamliwego chromosomu X

32 Metylacja DNA a środowisko Anal Bioanal Chem (2013) 405:

33 Metylacja DNA a dieta

34

35 Rola metylacji DNA w nowotworach Zdrowa komórka Gen - supresor nowotworowy Komórka nowotworowa 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: , 2007 Utrata piętna genomowego Niewłaściwa ekspresja genów Obniżenie stabilności genomu Aktywacja sekwencji repetytywnych

36 Rola metylacji DNA w nowotworach Nature Structural and Molecular Biology 20:

37 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 Epigenetics, ch24, Fig.1

38 Inaktywacja supresorów nowotworowych mutacja metylacja Pierwsze zdarzenie LOH metylacja LOH metylacja Drugie zdarzenie Drugie zdarzenie Epigenetics, ch24, Fig.2

39 W komórkach nowotworowych hipermetylacja DNA zachodzi z dużo większą częstością niż mutacje Metylacja ( genów) Inaktywacja Genu Mutacje (10 1 genów)

40 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, Receptory hormonów ER nowotwory piersi AR nowotwory prostaty TSHR nowotwory tarczycy RARβ2 wiele typów nowotworów Elementy ścieżek transdukcji sygnału IGFBP3 nowotwory prostaty, nerek, APC nowotwory jelita grubego Czynniki transkrypcyjne GATA4 nowotwory jelita grubego, żołądka GATA5 nowotwory jelita grubego, żołądka ID4 białaczki Regulatory cyklu komórkowego p16ink4a wiele typów nowotworów p15ink4b białaczki Rb glejak siatkówki Geny zaangażowane w proces apoptozy DAPK chłoniak, nowotwory płuc, jelita grubego TMS1 nowotwory piersi Geny zaangażowane w proces adhezji komórek CDH1 nowotwory piersi, nowotwory żołądka CDH13 nowotwory piersi, nowotwory płuc

41 Human Epigenome Project

42 Metody mapowania metylacji DNA ChIP z użyciem przeciwciał Anti-MethylC Ab lub Anti-MBP Mikromacierze o wysokiej gęstości (tilingowe) Mikromacierze metylacyjne Sekwencjonowanie po konwersji bisulfidowej

43 Konwersja bisulfidowa