5.Epigenetische Regulierung

Die Grundeinheit des Chromatins ist das Nukleosom

1.

Linker DNA

Nukleosom „Perle”

(4x2 Hyston Moleküle + 146 Paare Nukleotiden)

DNA

10 nm

30

nm

Nukleosom Kern

DNS

H1

10 nm Strang 30 nm Strang

DNA Nukleosomen(10 nm-Strang)

Gerüst (scaffold) 30 nm Strang

30 nm Strang

Heterochromatin (Konstitutives - fakultatives):

Euchromatin:

a. Methylierung Demethylierung Hyston-Methyl Transferase - Demethylase

b. Acetylierung Deacetylierung histone acetyl transferase Relaxierung von Nukleosomen freie Transkription -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

deacetylase Umlagerung von Nukleosomen Hemmung der Transkription

c. Histone repulsing sequences:

LCR MAR SAR

Regulation des Chromatins

(locus control region)

(matrix attachement region)

(scaffold attachment region)

LCR LCR

e.g. -globin Genfamilie

DNA methyl-transferase

gene 1 gene 3 gene 2

H3 – lys9 histone lysine

(hemmt die Transkription)

(erleichtert Transkription)

DNA

histone

7.

Lysin

Acetylierung

Deacetylierung

Modifikation des Chromatins („remodeling„)

3a.

Nukleosom

Veränderung in Struktur des Nukleosoms

Nukleosom Bewegung

Verlust des Nukleosoms

a.

c.

b.

2.

Transkription

Chromatin-Modifizierer

Histon Schwanz

Histon

Nicht kodierende RNS

Chromatin Modifikationen

1. Histon-Modifikation: Methylation, Acethylation, usw.

2. DNS Methylation

1. Enzyme (Methylase, Acethylase, usw.)

2. Transkriptions Faktoren – in bestimmten Fällen

3. Nicht-kodierende RNS-Moleküle

Acethylierung der Histone 4a.

Histon

4b.

Histon

Aktivator

Acethylierung

schwache Bindung zwischen Hystone

Verschieben der Histone

Acethylierung der Histone

Aktivator

Chromatin Modifikation: Acethylierung

Iniciáció

Elongáció

DNS nukleoszóma

hiszton fehérjék

átalakító fehérje

transzkripciós komplex

mRNS

mRNS

átalakító fehérje

4c.

Initiation

Elongation

Modifikator Protein

Modifikator Protein

Transkriptionskomplex

Histon Methylierung 5a.

Met

Met

Vermehrung der Histonmethylierung

Geschlossenes Chromatin geöffnetes Chromatin

Vermehrung des Heterochromatins

1. H1P erkennt die CH3-Gruppe entahltende Hystone (H3-K9)

2. H1P1 zieht HMT an, welches methyliert das nachbarige Hyston

3. Das Prozess wird Kaskad-ähnlich vermehrt

5b.

Vermehrung des Heterochromatins

Die Vererbung des Histon-Methylierungs Muster in den Tochterzellen

DNA Replikation

Entstehung der neuen Nukleosomen

Werbung der HP1 und MHT

5c.

DNA Methylierung

- Die Methylierung der DNA hemmt die Genexpression

- In einzelnen Zellenarten ist das Methylationsmuster unterschiedlich!

6.

Die Methylierung der DNA 6.

Met

Met

Met Met

DNA Replikation

Aufenthaltene Methylierung

(Dnmt1 Enzym)

Neu DNS Strang

Dnmt1

(1) de novo METHYLIERUNG: neue Methylgruppen entstehen – >„epigenetisches Kode”

(2) Erhaltene Methylierung: der Methylierungsmuster der differenzierten Zellen wird erhaltet

Rett Syndrom

Human Epigenom

Projekt (HEP)

Programm zur erkundung des Methylierungsmusters vom Chromatin

( Die DNS Methylierung kann einfacher untersucht werden)

7.

Joseph Ecker, Ryan Lister, Mattia Pelizzola – Oktober 2009

Menschliche Stammzellen + Fibroblast Zellen

Epigenom 7.

Der GAGA-Faktor bindet an DNA und entfernt das Nukleosom

Der Hitzeshockfaktor bindet an DNA

Aktivation in Transkription

Hitzeshock Gene

Nukleosom

Nukleosom

Inaktives HSF kann nicht binden

Aktivation

Nukleosomfreie Region

Transkription

Hitzeshock Gene

Steroid induzierte Gene

Nicht induziert

Induziert

Der aktiver Transkriptionsfaktor bindet nicht

Das Rezeptor-Steroid Komplex verschieb das Nukleosom

Bindung des Transkriptionsfaktors

Transkription

8. Chromatinmodifikation- aktivierende Proteine

Lady Gaga

Nicht induziert

Induziert

hámsejt

Determiniertheit der Zellarten: eine differenzierte Zelle produziert ähnliche Zellarten wie sie selbst, und nur

in außergewöhnlichen Fällen andere Zellen, aber in diesen ist auch der DNS-Gehalt gleich.

Determiniertheit der Zellarten

Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül 3.

Signal: Sei nervensystem! Sei Rückenmark! Sei kein Glia! Stoss Axon aus! Knüpfe Kontakte! BRAVO !!!

Anweisungen: werdet

Motoneurone!

3.

Urzelle

Anweisungen für die Entstehung eines Motooneurons

Eizelle

Körperzelle (z.B. Epithelialen)

Zellkern

Zellkern

klonierte Zygote kloniertes

Embryo

kloniertes Baby

Während der Klonierung wird der Zellkern neu

programmiert

Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül

Zygote

Kern einer körperlichen Zelle

Klonierung und Epigenetik 4.

Histon Code

Laut der Histon Code Hypothese führt die chemische Modifikation der

Histone zu einer Reihe von vorher-programmierten Änderungen im

Laufe der Zelldifferenzierung bzw. der Ontogenese.

5.

Morse ABC

Epigenetischer Kode

12.

Transkription

Chromatin Modifikator

Hystonschwanz

Histon

Nichtkodierende RNA

1. Histon Kode: Muster der Bindung eines Histons an ein

DNA-Abschnitt oder an das ganze Genom,

welches für eine Zellenart typisch ist.

2. DNA Methylierungs Kode: Methylierungsmuster der

DNA, die für eine Zellenart typisch ist.

EPIGENETISCHES KODE: Der Hystonkode und DNA Methylierungskode bestimmt die Zelltyp

Und die molekulare Prozesse der Zelle

Epigenetisches Pogramm

1. Das epigenetische Programm: der Mechanismus des Ausdrucks der genetischen Information?

2. Epigenetisches Programm genetisches Programm: laufen parallel? Gibt es

Alternativen? - Was ist die Rolle der folgenden Faktore: eigene DNS, ausgangs Voraussetzungen, Umgebung

Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül

Zygote

Differenzierte Epithelzelle

Differenzierte Leberzelle

5.

Epigenetisches Pogramm

Ontogenese: epigenetische „Landschaft”, Kanalisation ,

Robustheit

14.

Conrad Hal Waddington

(1905 - 1975)

Epigenetische Landschaft – Weg der Ontogenese

1. genetisch programmierter Effekt

2. Mutation

3. Wirkung des Umgebungs

Robustheit: die Widerstandskraft gegen pheontypischer Störungen

Störungen im Umgebung - Mutationen - Genetisches Program (zB. Man-Frau)

Kanalisation:

Die Ontogenese entwickelt sich auf

bestimmten Wegen, das Prozess auf

einem bestimmten Weg resistant ist

gegen Störungen, aber in kritischen

Entwicklungspunkten kann es

aufgrund der grosseren Auswirkungen

andere Wege wählen.

15a.

Wie beeinflusst der Umgebung und die DNA das

epigenetische Program, welches die Ontogenese

dirigiert?

DNA vs. Umgebung

Die DNS und auch die Umgebung

wirkt sich auf das epigenetische Programm aus

10.

Das frühe Embryo besteht aus Stammzellen, welche sich in Unterschiedliche differenzierte Zellen verwandeln können

Das Phoetus besteht hauptsächlich Aus differenzierten Zellen

Später wird die Wirkung der Umgebung wichtig

Gehirn

Muskel

Haut

Umweltwirkungen: Ernährung, Rauchen, Lernen

X Chromosom Inaktivierung Bei weiblichen Saugetieren wird das eine X Chromosom

Inaktiviert

Funktion: Dosis Kompensation

Epigenetikus öröklődés: 1 egyededen belül

Zufallsartig Das väterliche X Chr. Wird inaktiviert

Ember Kenguru

11.