Prof Dr Süheyla Ünal İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi Psikiyatri Anabilim Dalı

1. Prof Dr Süheyla Ünal İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi Psikiyatri Anabilim Dalı Epigenetik Mekanizmalar

2. Gen-Çevre Etkileşimi • Normal gelişim çevre uyaranlarının varlığını gerektirir • Genomun plastisitesi ve yeniden düzenlenebilir olması, çevresel uyaranlara uyum göstermeyi sağlamaktadır • Genetik etkinlik, yapısal olgunlaşma ve işlev arasında (DNA-RNA-Protein) iki yönlü bir ilişki bulunmaktadır • Genetik yapı bireyin davranışlarını ve yaşantılarını etkiler, bireyin yaşantıları da gen ifadesini etkiler

3. Gen-Çevre Etkileşimi replication & chromatin assembly chromatin modifications • Yaşamı sürdürmek ve gelişmek için de çevresel uyaranlara uygun tepki göstermeyi gerektirir • epigenetik mekanizmalar • Türün devamı için DNA gereklidir • genetik yapı

4. Gen ifadesi aşamaları Transcription RNA processing mRNA transport mRNA translation mRNA degradation Protein degradation

5. DNA

6. DNA-Kromatin • Kromatin önemli düzeyde epigenetik bilgi taşıyan dinamik bir materyaldir • DNA küçük bir alana uygun bir şekilde paketlenirken bir sorun ortaya çıkar; kütüphane raflarına çok sayıda kitabın konulması sırasında olduğu gibi. İstenilen kitabı bulmak için indekslemek gerekir. Kromatin bu indeksleme sistemini sağlar

7. Kromatin • DNAnükleozomlar etrafında iki şekilde organize olur; • Heterokromatin; sessiz • Ökromatin; aktif

8. Epigenetik mekanizmalar • Kromatinin dinamik yapısı geri dönüşümlü epigenetik mekanizmalar ile kontrol edilmektedir • Bu mekanizmalar DNA kodunda herhangi bir değişim olmaksızın sadece gen aktivitesini düzenler

9. Epigenezis • Kromatinin yeniden modellenmesi ile protein ekspresyonu değişebilir • DNA ile bağlantılı kromatin proteinlerindeki değişimler birçok somatik düzenlemeyi sağlar

10. Epigenetik mekanizmalar • Kromatin düzenlemeleri • Basılama (imprinting) • RNA ile indüklenen sessizleşme

11. Gen transkripsiyonu • Her gen alternatif eklentilerle farklı proteinler oluşturur • Her protein fosforilasyon, metilasyon, asetilasyon ve glikolizasyonla çeşitli şekillere uyarlanabilir • Uyarlanmış bu proteinler farklı protein komplekslerinin bir parçasını oluştururlar

12. Acetyl • Methyl • Phosphoryl • Ubiquitin

13. Epigenetik kromatin düzenlemesi • DNA düzeyinde uyarlama • Sitozin metilasyonu • Histon uyarlaması • Histon asetilasyonu • Histon metilasyonu • Histon fosforilasyonu • Histon glikolizasyonu • Farklı tipte histonlar

14. Epigenetik kromatin düzenlemesi • DNA metilasyonu • Yeni sentezlenen DNA’nın %3’ü metilasyona uğrar • metilasyon sıklıkla simetrik CG dizilerinde olur (CpG hedef dizisinde 5. karbonda metilasyon)

15. gene CpG–adası metilasyonu transkripsiyonu nasıl etkiler? • metile-DNA proteinleri DNA’ya bağlar (MECP2, methyl CpG binding protein 2,MBD1-4) • bu histon deasetilaz- SIN3A kompleksini güçlendirir • kromatin yapısı kapanır, gen sessizleşir • deasetilasyona bağlı sessizleşmenin aksine, metilasyon geriye dönüşümsüzdür

16. Metiltransferazlar • DNMT1 – Sürdürücü metilasyon • Metiltransferazlar yarı-metile CpG’leri tanır • Bu nedenle metilasyon kalıbı replikasyondan sonra hücre tipinin stabil kalmasını sağlar • Histon deasetilaz ile kompleks oluşturarak transkripsiyonu baskılar • DNMT3a, DNMT3b-De novo metiltransferazlar • Metile olmayan CpG baz çiftine metil grubu ekleyerek yeni bir yarı metile, sonra da metile CpG oluşturur • Yeni metilasyon hücre büyümesi ve ayrımlaşmasını sağlar • Tumor oluşumunda metilasyonda değişim sözkonusudur

17. DNA Metilasyonu • Gen aktivasyonu veya baskılanmasını sağlar • Transkripsiyonel sessizleşme • Genomun pozisyon değişikliğinden korunması • Genomik basılama(imprinting) • X’i etkisizleştirme • Dokuya özgü gen ifadesi • DNA metilasyon kalıpları gametogenezis, gelişim ve yaşlanma sırasında yeniden organize edilirler

18. Histonlar • Prokaryotta histon ve diğer yapılandırılmış proteinler yoktur • Ökaryot ise histonlara sahiptir • Histonlar DNA’ya bağlanan proteinlere müdahale ederek transkripsiyonu baskılar

19. Histon Kodu Hipotezi • Yoğun yapı genin eksprese olmasını engeller • Histon modifikasyonu ve kromatin yeniden modellemesi ile kromatin aktif bir yapıya kavuşur • Histonların asetilasyonu ve deasetilasyonu, replikasyon, tamir ve transkripsiyonun düzenlenmesi için gerekli faktörlerin DNA’ya ulaşabilirliğini etkilemektedir • Histon metilasyonu ise gen aktivasyonu veya baskılanmasıyla ilişkilidir

20. Ac -acetylated histones; mC-methylated Cytosine HDAC -histone deacetylases: Pol II- RNA polymerase II GTF- general transcription factors HAT -histone acetyltransferases; MBD -methylated DNA binding domain

21. Histon uyarlamaları • De/Acetylation • Methylation • Phosphorylation • Ubiquitination

22. Histon asetilasyonu • Histonlarınasetilasyonu ve deasetilasyonu, replikasyon, tamir ve transkripsiyonun düzenlenmesi için gerekli faktörlerin DNA’ya ulaşabilirliğini etkilemektedir

23. Histon asetilasyonu • Asetilasyon olayları pozitif yüklü amin gruplarını nötralamid bağlarına dönüştürür • Pozitif yükün kalkması DNA’nın kendisini etkisizleştirmesine yol açar • Bu olduğunda SWI/SNF gibi kompleksler ve diğer transkripsiyonel faktörler DNA’ya bağlanabilir hale gelir • DNA’nın açılması ve RNA polimeraz gibi enzimlere maruz kalması gen transkripsiyonunu başlatır

24. Histon asetilasyonu • H3 veya H4’ün asetilasyonu kromatinin açılmasına ve ulaşılabilirliğine neden olur (histon asetiltransferaz)

25. Histon metilasyonu • Çevresel etkenlerle etkileşimi sağlar • Histon metilasyonu DNA metilasyonu ile etkileşime girerek epigenetik durumun yeni kuşak hücrelere stabil olarak geçmesini sağlar • DNMT1, DNMT3A, DNMT3B gibi enzimlerle gerçekleştirilir • Metil transferazlarhistondakiarjinin ve lizin kalıntılarını hedef alır • Histonarjininmetilasyonu transkripsiyonel aktivasyona neden olurken, lizinmetilasyonu transkripsiyonun baskılanmasına yol açar

26. Histon fosforilasyonu • Histonlar mitoz sırasında fosforile olurlar • Sinyal transduksiyon yolları dış uyaranlara fosforilasyon aracılığı ile de tepki verirler

27. dMTase TSA HDAC Ac Ac INHAT K9 K9 TR+ HDAC DNMT HAT K9- K9- X X TA+ Histone dMTase? Histone MTase dMTase M M M M M M K9-M K9-M X X DNMT Gen ekspresyonunun epigenetik kontrolü

28. Basılama • Genler parental kökenine bağlı olarak ifade olurlar

29. Basılama • Babadan ekspresse olan genler (Igf2, Peg3 gibi) • Besin alımını ve fetusun büyümesini sağlar • Anneden ekspresse olan genler (Igf2R, Mash2, Gnas gibi) • Fötal büyümeyi engeller

30. Translasyon sonrası düzenlemeler • Proteinlerin translasyon sonrası katlanması

31. Translasyon sonrası düzenlemeler • Acetylation • Glycosylation • Phosphorylation • Ubiquitination

32. Şaperon aracılı protein düzenlemeleri

33. Şaperonların yardımına rağmen proteinlerin %80’i yanlış katlanma gösterir

34. Yanlış katlanmış proteinlerin yıkımı • Lizozomal • (hücre dışı) • Sitosilik • (hücre içi) • Ubiquitin Proteosom yolu

36. Protein degradation in eukaryotes requires a protein co-factor called ubiquitin. Ubiquitin binds to proteins and identifies them for degradation by proteolytic enzymes.

37. Ac -acetylated histones H3 Lys9 CpG-Me -methylated Cytosine HDAC -histone deacetylases DNMT -DNA methyltransferase HMT-histone methyltransferase MBD -methylated DNA binding domain HDAC deacetylates lysine residues as the prerequisite for methylation HP1 protein recognizes MeK9, binds also HMT and heterchromatin can spread

38. MeCP - Methyl-CpG binding protein IGF2 - insulin-like growth factor 2 Epigenetics and human disease CBP - CREB binding protein, co-activator of transcription Mi2 - nucleosome remodelling histone deacetylase

39. Genes Mechanims where involved Diseases SIOD - Schimle immuno-osseous dysplasia COFS - cerebro-oculo-facio-skeletal syndrome CBS - Cockayne syndrome type B RTS - Rubinstein Taybi syndrome