500 likes | 812 Views
Přírodovědecká fakulta UK. EPIGENETIKA MB150P85. Petr Svoboda. mail : svoboda1@natur.cuni.cz tel: 24106 3147. Několik poznámek ke struktuře kursu:. - kurs je určen pro pokročilé studenty, zejména pro ty, kteří se chtějí věnovat profesionálnímu výzkumu.
E N D
Přírodovědecká fakulta UK EPIGENETIKA MB150P85 Petr Svoboda mail: svoboda1@natur.cuni.cz tel: 241063147
Několik poznámek ke struktuře kursu: - kurs je určen pro pokročilé studenty, zejména pro ty, kteří se chtějí věnovat profesionálnímu výzkumu - důraz bude kladen na prezentaci původních výsledků, syntézu a aplikaci znalostí - kurs bude vyžadovat aktivní účast i během semestru - přednáška bude v češtině, ale většina materiálů bude v angličtině. - neexistují hloupé otázky. Je hloupé se nezeptat. Výjimka: Neptejte se, zda něco bude u zkoušky. Odpověď na takovou otázku je vždy ANO.
Organizační záležitosti: Doporučená literatura: Alberts et al. Molecular Biology of the Cell Passarge E., Color Atlas of Genetics + Originální články a reviews, které budou poskytnuty během kursu (ve formátu .pdf – nutno mít počítač s nainstalovaným Adobe Acrobat Viewer) Li E. Chromatin modification and epigenetic reprogramming in mammalian development. Nat Rev Genet. 2002 Sep;3(9):662-73. Konzultace: • není pevně daný termín (pokud na něm někdo nebude trvat) • není nutno se ohlásit předem • ohlášení předem zaručuje, že budu mít čas Formát zkoušky • bude upřesněn
NCBI - literatura (Pubmed, OMIM), sekvence (Genbank) a BLAST GNF Symatlas - exprese genů v tkáních Ensembl - anotované sekvence genomů, vyhledávání BCM Search Launcher - analýza sekvencí
DALŠÍ WEBOVÉ STRÁNKY Abcam http://www.abcam.com/index.html?pageconfig=resource&rid=10583&pid=5 The Epigenome Network of Excellence (NoE) http://www.epigenome-noe.net/ A Microscopists' View of Chromosome Organization http://cellbio.utmb.edu/cellbio/nucleus2.htm Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Epigenetics http://en.wikipedia.org/wiki/Karyotype http://en.wikipedia.org/wiki/Chromatin http://en.wikipedia.org/wiki/Histone
EPIGENETIKA B150P85 • Úvod • koncept epigenetické modifikace, diverzita mechanismů a efektů, přehled přednášky • Histones I • - koncept struktury chromatinu. Heterochromatin a euchromatin. Core histones, linker histones, replacement histones, protamines. Metody studia chromatinu. • Histones II • - modifikace histonů, polycomb proteins, acetylace, fosforylace a methylace histonů, efekt na expresi genů. • DNA methylation I • - molekulární základy DNA methylace. CpG a non-CpG methylace. Methylace adenosinu. Metody studia DNA methylace. Bisulfite sequencing. • DNA methylation II • - efekt methylace na expresi genů, Methyl-binding proteins a mechanismy inhibice exprese, struktura methylace genů a savčího genomu. 9.10. 2007 23.10. 2007
Imprinting - koncept imprintingu, imprinting u savců. Molekulární mechanismy regulující imprinting. Role imprintingu, válka pohlaví. X-inactivation - koncept a různé strategie dosage compensation. Kontrola X-inaktivace u savců. Epigenetické reprogramování v životním cyklu savců - integrace epigenetických modifikací v životním cyklu savců. Reprogramování genové exprese. Aktivace genomu zygoty. Epigenetické efekty u jiných organismů (rostliny, kvasinky, bezobratlí) - vybrané epigenetické mechanismy zajišťující funkci integritu genomu RNA silencing I - molekulární stroje pro RNA silencing - historický úvod do RNA silencing. Posttranskripční efekty. Role dsRNA. Proteiny a komplexy v RNA silecning. RNA silencing II - role of miRNA and RNAi pathways - RNAi a miRNA. Role, RNAi technologie - experimentální a terapeutické využití. RNA silencing III - chromatin connection - inhibice transkripce prostřednictvím mechanismů souvisejících s RNA silencing. 6.11. 2007 20.11. 2007 4.12. 2007 18.12. 2007
EPIGENETIKA Epigenetika se zabývá přenosem vlastností (informací), které nejsou uložené v sekvenci DNA. • Tyto informace jsou přenášené především v: • struktuře a modifikacích chromatinu • chemických modifikacích DNA • RNAmolekulách
HETEROCHROMATIN vs. EUCHROMATIN Dyes, like carminic acetic acid or orceine can be used to stain certain domains of a chromosome. The resulting pattern is characteristic for the respective chromosome of a species. During interphase, the chromosomal structure is usually resolved. The intensity of the nuclear staining becomes feebler and less uniform than that of the chromosomes. The stainable substance has been called chromatin by E. HEITZ (formerly at the Botanical Institute of the University of Hamburg, 1927, 1929). He distinguished between heterochromatin and euchromatin. Heterochromatin are all the intensely stained domains, euchromatin the diffuse ones. Heterochromatin is usually spread over the whole nucleus and has a granular appearance. It is known today that the heterochromatic domains are those where the DNA is tightly packed (strongly condensed) which is the reason for their more intense staining. The euchromatic domains are less tightly packed. http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/e11/11c.htm#05
CHROMOSOME BANDING TECHNIQUES Prior to 1960, when Moorehead and Nowell described the use of Giemsa in their chromosome preparations, conventional cytologic stains such as acetoorcein, acetocarmine, gentian violet, hematoxylin, Leishman's, Wright's, and Feulgen stains were used to stain chromosomes. The Romanovsky dyes (which include Giemsa, Leishman's, and Wright's stain) are now recommended for conventional staining, because the slides can be easily destained and banded by most banding procedures. Orcein-stained chromosomes cannot be destained and banded; therefore, orcein is generally not used in routine chromosome staining. Giemsa stain is now the most popular stain for chromosome analysis (Gustashaw, 1991). Banding protocols http://homepage.mac.com/wildlifeweb/cyto/text/Banding.html
http://www-biology.ucsd.edu/classes/bimm110.SP06/lectures_WEB/L08.05_Cytogenetics.htmhttp://www-biology.ucsd.edu/classes/bimm110.SP06/lectures_WEB/L08.05_Cytogenetics.htm
http://www-biology.ucsd.edu/classes/bimm110.SP06/lectures_WEB/L08.05_Cytogenetics.htmhttp://www-biology.ucsd.edu/classes/bimm110.SP06/lectures_WEB/L08.05_Cytogenetics.htm metaphase and prometaphase G-banded human chromosome 1 and the standard nomenclature for labeling the bands;short arm: p (petite); long arm: q;1 - 4 regions for each arm labeled from centromere towards telomereeach region has several bands, again numbered away from the centromere
http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/proceuc/chromosome.jpghttp://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/proceuc/chromosome.jpg
NUCLEOSOME AND CORE HISTONES H2A, H2B, H3, H4 – core histones H1 – linker histone
Replication-dependent core histones - localized in large clusters (common chromatin domains? RNA processing?) - the major human cluster - 6p21(mouse chr. 13) - smaller clusters on 1p21 (mouse chr. 3) and 1q42 (mouse chr. 11) - the major cluster tends to colocalize with Cajal bodies (functional link isn‘t well understood) histone type cluster gene nomenclature family member HIST1H2AG older nomenclature and synonyms can be clarified at the GNF Symatlas and NCBI webpages Marzluff 2002
Expression of core histones cell-cycle dependent http://www.unc.edu/depts/marzluff/research.html specific 3‘ end processing CPSF-73 http://www.reactome.org/cgi-bin/eventbrowser?DB=gk_current&ID=77588&
Mammalian core histone variants H2A.X - estimated to make 10% of nuclear H2A in mammals - rapidly phosphorylated in a response to DNA damage CENP-A (variant of histone 3, Cid in Drosophila) - found at centromeric regions macroH2A - enriched on the inactive X chromosome H2A.Z - possibly involved in initial steps of gene activation in euchromatin H3.3 - deposited within chromatin independent on DNA replication - enriched at sites of transcription - accumulates in non-cycling cells H3.1 - synthesized and deposited during S-phase H2A.Bbd - excluded from the inactive X chromosome - H2A.Bbd histone octamer organizes only approximately 130 bp of DNA
Metody studia chromatinu – Immunofluorescence I • - malé rozlišení na savčích chromosomech • vhodné pro analýzu velkých domém (centomery, rDNA arrays …) a globální distribuci proteinů • kombinace IF a FISH - kolokalizace B C A 349 350 HA 349 CENP-A UBF UBF 349 Merge Merge Merge HEK293
Metody studia chromatinu – Immunofluorescence I - větší rozlišení u polyténních chromozomů Drosophily Polytene chromosomes (blue) stained for Hairy (green) and Groucho (red) binding
Metody studia chromatinu - Chromatin IP - dobré rozlišení (obvykle cca 0.5 - 1.0 kb) - vhodné pro analýzu jednotlivých genů, promotorů atp. - relativně drahé
Metody studia chromatinu - Chromatin IP human rDNA repeat A 10kb 5kb 15kb 20kb 0kb 25kb 30kb 35kb 40kb 43kb 5´ETS 18S 5.8S 28S 1kb 3kb 6kb 13kb 20kb 29kb 38kb 42kb B 14 12 349 10 unspecific antibody 8 % of input 6 4 2 0 GAPDH 1kb 3kb 6kb 13kb 20kb 29kb 38kb 42kb
349 WT 349 KO unspecific ab WT unspecific ab KO Metody studia chromatinu - Chromatin IP Figure 4 A mouse rDNA repeat 10kb 5kb 15kb 20kb 0kb 25kb 30kb 35kb 40kb 45kb 5´ETS 18S 5.8S 28S 1kb 4kb 17kb 21kb 43kb B 2 * ** 1,5 * 1 % of1:100 input 0,5 0 GAPDH 1kb 4kb 17kb 21kb 43kb
http://biology.plosjournals.org/perlserv?request=get-document&doi=10.1371/journal.pbio.0020136http://biology.plosjournals.org/perlserv?request=get-document&doi=10.1371/journal.pbio.0020136
Kuo 1998 Histone acetylation - deacetylation Histone acetylation Deposition-related (B HATs) Transcription-related (A HATs)
Annemieke 2003 Histone deacetylases Trichostatin A is an inhibitor of histone deacetylases. + Sir2 family of deacetylases - target nonhistone proteins
Histone methylation - lysine residues Bannister 2002 http://www.imt.uni-marburg.de/bauer/research.html Bannister 2002 SET domain HMTs
Histone methylation - arginine residues http://www.imt.uni-marburg.de/bauer/research.html
Shi 2007 Histone methylation is reversible! JmjC domain (JumanjiC)
http://www.abcam.com/index.html?pageconfig=resource&rid=10583&pid=5http://www.abcam.com/index.html?pageconfig=resource&rid=10583&pid=5
Shi 2007 mono di tri and back
Arney 2007 … BACK TO HETEROCHROMATIN vs. EUCHROMATIN
Martens 2005 … BACK TO HETEROCHROMATIN vs. EUCHROMATIN DISTINCT REGIONS WITHIN CHROMATIN
Histone code and its interpretation Bannister 2002
Schwartz 2007 Polycombs
Schwartz 2007 Polycombs H3K27
Histone phosphorylation It has been estimated that a typical human cell must repair over 10,000 DNA lesions per day (Lindahl, T. Nature, 1993). http://www.case.edu/med/sanders/sanderslab/Research.html Fission yeast The modification itself does not specifically mark sites of DNA damage. Rather H4-K20 methylation appears to be present throughout the genome even in the absence of DNA damage but is inaccessible to Crb2 in "undamaged" chromatin.