Metylacja DNA - laboratory of systems biology
advertisement
Metylacja DNA Anna Fogtman Pracownia Analiz Mikromacierzy Uniwersytet Warszawski Polska Akademia Nauk Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Przykład symfoniczny Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Przykład symfoniczny Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Metylacja DNA NH H 3 5 2 6 O Cytozyna 1 SAM-CH DNMT SAM NH CH O 3 5 2 6 5-Metylocytozyna 1 5-metylocytozyna „ piąta zasada” DNA (Bird, 1986) Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Mechanizm działania NIEMETYLOLWANE Metylacja DNA de novo Dnmt3a Dnmt3b METYLOLWANE Replikacja DNA Dnmt1 Podtrzymanie metylacji DNA HEMIMETYLOLWANE Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS 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 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Metylotransferazy DNA Domena regulatorowa PCNA RFT CXXC Domena katalityczna BAH Dnmt1 1620 I IV VI NLS Dnmt2 Dnmt3a IX X 415 PWWP ATRX 908 Dnmt3b 859 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Myszy z inaktywowana DNMT DNMT jest wymagana do rozwoju zarodka. Brak rozwoju po 9 dniu rozwoju embrionalnego. Li, Bestor, Jaenisch (1992) Cell 69:915-926 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Dynamiczne zmiany we wzorze metylacji DNA AKTYWNY Wyspa CpG WYCISZONY Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Regulacja ekspresji genów • Hamowanie wiaząnia czynników transkrypcyjnych Genes Dev 2:1136-1143 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Regulacja ekspresji genow • Białka wiażące metylowane CpG (MBP) MBD MeCP2 CXXC TRD MBD1 GR repeat MBD2 MBD3 glikozylaza MBD4 POZ KAISO Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS 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 mysz Brak jednoznacznego fenotypu Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Metylacja DNA a struktura chromatyny Nature Reviews Genetics 3, 662-673 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Metylacja DNA a struktura chromatyny Peter A. Jones, Nature Rev. 13:484-492 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Rola metylacji DNA • Endogenne wirusy – hamowanie transkrypcji parazytów • Inaktywacja chromosomu X • Imprinting – transkrypcja alleliczna Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Rola metylacji DNA podczas rozwoju Gamety Zygota Morula demetylacja matczynego DNA zapłodnienie Blastocysta zagnieżdżenie Zarodek różnicowanie podziały komórkowe demetylacja DNA męskiego przedjądrza Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS metyalcja de novo DNA w komórkach węzła zarodkowego ICM utrzymanie wzoru metylacji DNA Rola metylacji DNA podczas rozwoju Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Ochrona przed metylacją de novo Nature Structural and Molecular Biology 20:274-282 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Rola metylacji DNA podczas rozwoju Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Metylacja DNA specyficzna tkankowo PLoS Genet. 2009 Aug;5(8):e1000602 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Demetylacja Nature Structural and Molecular Biology 20:274-282 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Celowana demetylacja Nature Structural and Molecular Biology 20:274-282 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Rola metylacji w chorobach Epigenetics, ch23, Fig.1 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Disomia jednorodzicielska Nature Medicine 15, 490 - 491 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Syndrom Pradera-Williego Genetics in Medicine (2012) Volume: 14, Pages:10–26 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Syndrom Angelman’a Obraz Giovanniego Franceski Caroto, który zainspirował doktora Angelmana przy opisie choroby http://pl.wikipedia.org/wiki/Zespół_Angelmana Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Zespół Beckwith-Wiedemanna http://doctorsgates.blogspot.com/2010/09/beckwithwiedemann-syndrome-bws.html Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Zespół Retta http://sanodox.blogspot.com/2011/07/what-is-rettsyndrome.html Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Zespół ICF • Immunodeficiency, Centromere instability and Facial anomalies syndrome M. Ehrlich / Clinical Immunology 109 (2003) 17–28 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Zespół łamliwego chromosomu X http://en.wikipedia.org/wiki/Fragile_X_syndrome http://www.mun.ca/biology/scarr/Fragile_X_chromosome.html Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Metylacja DNA a środowisko Anal Bioanal Chem (2013) 405:2435–2442 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Metylacja DNA a dieta http://learn.genetics.utah.edu/content/epigenetics/nutrition/ Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Rola metylacji DNA w nowotworach „Zdrowa” komórka Gen - supresor nowotworowy Locus zawierający gen z metylowanym rejonem 5’ Sekwencje repetytywne, Komórka nowotworowa Hipermetylacja wysp CpG Wyciszony stan chromatyny Hipometylacja DNA „otwarta” struktura chromatyny •Rozpoczęcie podziałów komórkowych •Utrata piętna genomowego •Zahamowanie apoptozy •Błędy w naprawie DNA KANCEROGENEZA •Angiogeneza •Utrata inhibicji kontaktowej •Niewłaściwa ekspresja genów •Obniżenie stabilności genomu •Aktywacja sekwencji repetytywnych Esteller, M., Nature 8:286-292, 2007 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Rola metylacji DNA w nowotworach Nature Structural and Molecular Biology 20:274-282 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Rola metylacji DNA w nowotworach hipometylacja destabilizacja genomu hipermetylacja wyciszanie transkrypcji deaminacja mutacje UV zwiększona wrażliwość na mutagenne działanie UV karcynogen zwiększona wrażliwość na mutagenne działanie chemicznych karcynogenów Epigenetics, ch24, Fig.1 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Inaktywacja supresorów nowotworowych mutacja metylacja Pierwsze zdarzenie LOH metylacja Drugie zdarzenie metylacja LOH Drugie zdarzenie Epigenetics, ch24, Fig.2 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS W komórkach nowotworowych hipermetylacja DNA zachodzi z dużo większą częstością niż mutacje Metylacja (102 – 103 genów) I n a k t y wa c j a G e n u Mutacje (101 genów) www.zymoresearch.com | 1-888-882-9682 | Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS 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, Czynniki transkrypcyjne GATA4 nowotwory jelita grubego, żołądka GATA5 nowotwory jelita grubego, żołądka ID4 białaczki Receptory hormonów ER nowotwory piersi AR nowotwory prostaty TSHR nowotwory tarczycy RARβ2 wiele typów nowotworów Regulatory cyklu komórkowego p16INK4a wiele typów nowotworów p15INK4b białaczki Rb glejak siatkówki Elementy ścieżek transdukcji sygnału IGFBP3 nowotwory prostaty, nerek, APC nowotwory jelita grubego 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 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Human Epigenome Project http://www.epigenome.org/ Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS 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 Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS Konwersja bisulfidowa http://www.atdbio.com/content/20/Sequencing-forensicanalysis-and-genetic-analysis Laboratory of Microarray Analysis UW/IBB PAS
