אפיגנטיקה

1. אפיגנטיקה

4. אפיגנטיקה • שינויים יציבים בפוטנציאל ביטוי הגנים המתרחשים במהלך ההתפתחות או במהלך חלוקת תאים. • השינויים הללו לא כוללים שינוי ברצף בסיסי הDNA-. • השינויים מאפשרים הורשה של דגם ביטוי הגנים לאחר חלוקת התא. • היציבות היא לטווח קצר- באורגניזם- השינוי נשמר בדור הבא של התאים (עם החלוקה) אך לא בדור הבא של הצאצאים.

5. שני מנגנונים אפיגנטיים עיקריים: • מתילציית DNA • מודיפיקציה של היסטונים

6. מתילציה של DNA: • מבנה הכרומטין • יציבות כרומוזומלית • התפתחות עוברית • השתקה של גנים • תחזוקת אבטול של כרומוזום X • החתמה (imprinting)

7. מתילציה של טרנספוזונים • מתילציה של טרנספוזונים - שתי מטרות אפשריות: • השתקה של הפרומוטרים למניעת הטרנספוזיציה – "הגנה על גנום" • הפחתת השפעת הפרומוטרים של טרנספוזוניםעל גנים סמוכים – transcriptional noise

8. מתילציית DNA ומחלות באדם: • מתילציה וסרטן - איבוד מתילציה גנומית הוא אירוע תכוף ומוקדם בסרטנים רבים, ונמצא בהתאמה לחומרת המחלה ופוטנציאל מטאסטטי • מתילציה ומחלות של הרחבת/התקצרות חזרות -, ידוע שבחלק מהמחלות, מתילציה של החזרות מעורבת בפתולוגיה של המחלה (X-שביר) • מחלות שבהן יש פגיעה באנזימים האחראים על מתילציה -ICF syndrome (DNMT3B) • מחלות שבהן מנגנון קריאת דגם המתילציה פגוע -Rett syndrome (MeCP2)

9. האם סיגנלים סביבתיים יכולים להוביל לשינויים אפיגנטיים? • בצמחים:Vernalization - זהו מצב של פריחה מוקדמת הנגרמת כתוצאה מחשיפה לטמפרטורות נמוכות. פעילות הגן העיקרי בתהליך זה - נקבעת עפ"י המתילציה שלו <= תגובה פיזיולוגית של הצמח לסביבה המתווכת ע"י מתילציה של ה-DNA. • ביונקים: הקשר בין סביבה ושינויים אפיגנטיים פחות ברור אך: • זיקנה - הראו הן מצב של היפר-מתילציה והן של היפו-מתילציה- לא ברורה המשמעות הפונקציונלית של השינוי. • תזונה - גורם חשוב המשפיע על מחלות של גילאים מבוגרים. האם תזונה יכולה להשפיע על המצב האפיגנטי בתאים?

10. עדויות להשפעות סביבתיות על מצב מתילציה: Jaenisch R et al. Nat Genet. 2003. 33 Suppl: 245

11. עדויות להשפעות סביבתיות על מצב מתילציה: • Agouti mice: • צבע הפרווה מצביע על מצב המתילציה של המחדר הרטרוויראלי: • עכבר wt - פרווה כהה • עכבר עם פרומטר ויראלי ממותל - ביטוי של הגן רק בעור- צבע פרווה כהה כמו ב-wt • עכבר עם פרומוטר ויראלי שאינו ממותל - ביטוי בכל הגוף - פרווה צהובה, העכברים שמנים וסובלים מגידולים • עכברים בשני הצבעים - מוזאיקות מבחינת מתילציה - המתילציה של האלמנט הזה נקבעת בשלב מוקדם בהתפתחות

12. מה קובע את מצב המתילציה של האלמנט? האם גורמים סביבתיים (תזונה של אמא) יכולים לקבוע את מצב המתילציה? כאשר נותנים לעכברות בזמן ההיריון תזונה עשירה בתורמי methyl, אחוז גבוה יותר מהצאצאים מראה פנוטיפ של wt גורמים סביבתיים משנים ביטוי על ביטוי של גן ומשפיעים בכך על פנוטיפ של הפרט האם ייתכן שגם בבני אדם גורמים סביבתיים (כמו תזונה) יכולים לגרום לשינויים אפיגנטיים וכך לגרום להבדלים פנוטיפיים?

13. מאמר בית: "Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins”

14. תאומים מונוזיגוטים: שכיחות 1:250 לידות מקורם מאותה זיגוטה בחלק גדול מהמקרים - פנוטיפ שונה: נטייה למחלות של גיל מאוחר וגיל הופעתן הופעת מחלות פסיכיאטריות ועוד... למשל- זוג תאומות MZ שפיתחו שתיהן אלצהיימר - אחת בגיל 60 והשנייה בגיל 83 כאשר יש נטייה לפתח מחלה - מה משפיע על התוצאה הסופית? גנוטיפ זהה

15. יש מספר מנגנונים שיכולים להסביר הבדלים בין תאומים מונוזיגוטיים – סביבה- הבדלים סביבתיים (אורח חיים שונה) הבדלים במהלך ההריון - שלייה, זרימת דם ועוד... המאמר בודק אפשרות של הבדלים אפיגנטיים.

16. משתתפים במחקר 80 מתנדבים (זוגות תאומים מונוזיגוטיים) לבנים מספרד: 30 גברים 50 נשים בגילאים 3-74

17. במאמר נבדקו הבדלים של: מתילציה אצטילציה של היסטונים אבטול (אינאקטיבציה) של כרומוזום X עיקר העבודה נעשתה על לימפוציטים של תאומים

18. תחילת העבודה: הוכחת מונוזיגוטיות של תאומים בעזרת 5 מרקרים פולימורפיים (מיקרוסטליטים) שאלונים על בריאות/תזונה/הרגלים של תאומים לקביעת הבדלים סביבתיים ביניהם

19. מתילציה ומודיפיקציות של היסטונים: 65% מהזוגות: דמיון גבוה הן מבחינת מתילציה של DNA והן מבחינת אצטילציה של היסטונים. ב-35% נצפו הבדלים ברמת המתילציה והאצטילציה. הבדלים גדולים יותר נצפו בין תאומים MZ מבוגרים יותר. ההבדלים נמצאים בהתאמה לזמן שהתאומים בילו יחד, ולהבדלים בהיסטוריה רפואית.

20. היכן ההבדלים האלו נמצאים בגנום? זוגות עם שונות גדולה ב-AIMS מראים שונות גם ב-mC5 ואצתילציה גלובאליים

21. Bisulfite Sequencing C הפך ל-T (לא ממותל) C נישאר C ולכן ממותל טיפול בכל הדנ"א ע"י המרה של C ל-T. כל מה שממותל לא יומר ל-T ויופיע כ-C לאחר ריצוף כל מה שלא ממותל יופיע כ-T

22. ריצוף 53 מקטעי AIMS: 43% - מהשינויים במתילציה - ברצפי Alu. 9% - רצפים חוזרים נוספים 34% - ESTs 13%- גנים ידועים

23. מיפוי שונות במתילציה על כרומוזומים • תאומים עם מעט ההבדלים: • ההבדלים מפוזרים על פני כל הגנום. • תאומים עם הבדלים רבים: • ההבדלים מרוכזים בכרומוזומים מסוימים • באזורים מסוימים - כמעט בכל הטלומרים ובמס' אזורים עשירים בגנים.

24. שינויים גלובליים בביטוי גנים: האם השינויים האפיגנטיים אכן מובילים להבדלים בביטוי גנים? פרופיל ביטוי גני שונה (פי 4 יותר גנים עם ביטוי שונה) בין תאומים מבוגרים לעומת צעירים

25. סיכום: המודיפיקציות האפיגנטיות בתאומים MZ נבדלות עם השנים. הסיבה?? פקטורים חיצוניים - עישון, פעילות גופנית, דיאטה הם בין הגורמים שהוצעו כאחראים לשינויים אפיגנטיים. תאומים מבוגרים יותר, שבילו פחות מחייהם ביחד, והיו בעלי אורח חיים שונה הראו הבדלים משמעותיים יותר. • סחיפה אפיגנטית (epigenetic drift) המתרחש עם ההזדקנות - תוצאה של העברה לא מדויקת של מידע אפיגנטי. תוצאה של תהליך סטוכסטי. הצטברות של שינויים אפיגנטיים מהירה יותר מזו של שינויים גנטיים, מכיוון שמוקדשים פחות מנגנונים לשמירה על המידע האפיגנטי.

26. We detected a large degree of MZ DNA methylation" variation in all tissues investigated” • Also- less variation of epigenomes between MZ compared to DZ (attributed to different zygote).

27. המנגנון שבו נקבעות המודיפיקציות הגנטיות עדיין לא ברור. מחקרים עתידיים יוכלו אולי לבדוק כיצד נוצרים ההבדלים הנצפים עם העלייה בגיל וממה הם מושפעים. האם אפיגנטיקה היא מנגנון המאפשר לנו להגיב לשינויים בסביבה ללא פגיעה במידע הגנטי שאנו מעבירים לדור הבא?

28. אבטול של כרומוזום X בנשים: בד"כ אקראי (חוץ מברקמות חוץ-עובריות מסוימות). ב-16 זוגות תאומות שנבדקו - רובן (69% - 11/16) - אבטול אקראי מיעוט - אבטול לא אקראי (skewed). בד"כ (81% - 13/16) הייתה התאמה בתאומות בין הכרומוזום המושתק. אך- ברגע שאין התאמה: יכול להוביל להבדלים אפיגנטיים כבר בשלב מוקדם בהתפתחות.