Biotech 2011-11-epigenetic regulation-of_human_development
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Biotech 2011-11-epigenetic regulation-of_human_development

on

  • 680 views

 

Statistics

Views

Total Views
680
Slideshare-icon Views on SlideShare
647
Embed Views
33

Actions

Likes
0
Downloads
6
Comments
0

4 Embeds 33

http://bioinf.me 29
http://bioinformaticsinstitute.ru 2
http://gamechangers.runwww.gamechangers.ru 1
http://www.bioinformaticsinstitute.ru 1

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Biotech 2011-11-epigenetic regulation-of_human_development Biotech 2011-11-epigenetic regulation-of_human_development Presentation Transcript

    • Эпигенетическая регуляция процессов развития
      • Основная догма молекулярной биологии:
      • ДНК ------ РНК ------- БЕЛОК
      • Генотип----------------фенотип
      • ДНК ответственна за хранение, передачу и реализацию наследственной информации
    • Доимплантационное развитие человека День 2. Эмбрион в стадии дробления 4 бластомера День 3. Эмбрион на стадии дробления 8 клеток. День 4. Морула. День 5. Бластоциста День 1. Стадия зиготы
    • Классификация стволовых клеток человека в соответствии с потенциалом к дифференцировке ( Filip et al., 2004 ) Типы стволовых клеток человека Способность к дифференцировке Стволовые клетки в организме человека Тотипотентные клетки Все эмбриональные и экстра-эмбриональные ткани
      • Оплодотворённый ооцит
      • Бластомеры 2 – 8 клеточной стадии.
      Плюрипотентные клетки Все типы клеток эмбриона
      • Эмбриональные стволовые клетки
      • Первичные половые клетки
      • Клетки эмбриональных карцином
      Пролиферирующие клетки дифференцированных тканей взрослого организма Мульти потентные Способны дифференцироваться в нескольких направлениях.
      • Гемопоэтические
      • Мышечные
      • Нервной ткани
      • Кожи
      • Эндотелия
      • Кишечника
      • Миокарда
      • Мезенхимные стволовые клетки
      Уни потентные Способны дифференцироваться только в одном направлении.
      • Волосяного фолликула
      • Семенников
      • Яичников
      • Разные судьбы, функции, морфология, «способности» клеток при одинаковом генотипе
    •  
    • Эпигенетическое наследование В более общем смысле, предметом эпигенетики являются явления, связанные с развитием различных фенотипов клеток или организмов на основе одного генотипа. В более узком смысле эпигенетика - раздел генетики, который изучает наследуемые изменения активности генов во время развития организма или деления клеток. Эпигенетическое наследование - наследование паттерна экспрессии генов.
    • ДВА ВИДА ИНФОРМАЦИИ В ГЕНОМЕ Генетическая – закодированная в ДНК программа создания живого организма Эпигенетическая (Динамическая) – как, где и когда должна быть реализована генетическая информация. Каждый вид информации обеспечен своими системами: Кодирования Хранения Передачи
    • Изменения
      • Необратимы (мутации)
      • Изменения первичной структуры ДНК
      • Стабильно наследуемые
      • Обратимы
      • Не затрагивают изменений первичной структуры ДНК
      • Бывают долговременные и кратковременные
      генетические эпигенетические
    • Эпигенетическая регуляция - наследственные и ненаследственные изменения в экспрессии конкретного гена без каких-либо соответствующих структурных изменений в его нуклеотидной последовательности. Эпигеном - это совокупность всех эпигенетических маркеров, обусловливающих экспрессию генов в данной клетке. Явления импринтинга, эффекта положения, особенности структурно-функциональной организации хроматина определенных хромосомных локусов, влияющих на эк с прессию генов, и РНК-интерференция классифицируются как эпигенетические.
    •  
    • Уровни эпигенетической регуляции   1. ДНК (геном) метилирование, повторяющиеся п оследовательности, мутации отдаленных регуляторных элементов , транспозиции генетического материала 2. РНК (транскриптом) регуляторные мотивы пре-мРНК, антисмысловые РНК, нетранслирующиеся РНК, м икро РНК, духцепочечные РНК 3. Белки (протеом) метилирование/деметилирование лизина 4, 9 и 27 гистона Н3, ацетилирование/деацетилирование гистонов
    • Метилирование ДНК Модификации гистонов
    • Метилирование ДНК и связанные с ним процессы
    •  
    • Схема метилирования и деметилирования цитозина
    • Репрессия транскрипции посредством метилирования ДНК
    • Взаимосвязь между метилированием цитозина в молекуле ДНК и ацетилированием гистонов
    • Механизмы инактивации гена в результате метилирования промоторной области 1. Метильные группы нарушают ДНК-белковые взаимодействия, выступая в большую бороздку ДНК и препятствуя связыванию специфических транскрипционных факторов. 2. Метилированные районы ДНК специфически связывают транскрипционные репрессоры. 3. Метилирование ДНК влияет на структуру хроматина .
    • Аналитические методы анализа метилирования 1. Метилчувствительная ПЦР ( NotI, EagI, SacII, HpaII, HhaI ) аналитическая ч увствительност ь - 1: 2 000 2. Метилспецифическая ПЦР Трансформация цитозина в урацил бисульфитом Na аналитическая ч увствительност ь - 1: 1 000 3. MethylLight – метилспецифическая ПЦР в реальном времени аналитическая ч увствительност ь - 1: 10 000 4 . Метилспецифическое секвенирование 5 . Биологические микрочипы
    • Метилирование ДНК в клетке контролирует все (!) генетические процессы, в том числе такие как : Транскрипция (клеточная дифференцировка) Репликация Рекомбинация Репарация Транспозиция генов Инактивация Х-хромосомы (половая дифференцировка)
    • Метилирование ДНК у растений и животных регулируется (контролируется) гормонами : у растений - фитогормоны (ауксины и др.) , у животных - кортикостероидные гормоны (гидрокортизон) и др.
      • Резкое искажение метилирования ДНК :
      • отсутствие метильных доноров  ( рак , гепатома )
      • суперметилирование ДНК  РАК
      • полное выключение (knockout) ДНК-метилазного гена  остановка развития, апоптоз, смерть (без метилирования ДНК жизни нет!)
      Биологическая специфичность метилирования ДНК:
      • Видовая (штаммовая)
      • Тканевая (клеточная)
      • Органоидная (ядро, митохондрии, пластиды )
      • Внутримолекулярная (островки метилирования , повторы)
      • Возрастная
      • Метилирование ДНК изменяется :
      • при гриб ковых инфекциях у растений (вилт хлопчатника) ;
      • при прорастании семян и в связи с градиентом цветения
      • в нейронах при формировании памяти ( м етилирование ДНК мозга как показатель участия генома в механизмах индивидуально приобретенной памяти)
      • под воздействием гормонов и антиоксидантов (контролируется гормонально, блокирует связывание ДНК с гидрокортизон-рецепторными комплексами)
      Активирование генов путем уменьшения статуса их метилирования Природное : - репликация ДНК - выстригание остатков m 5 C c репарацией цепей - прямое деметилирование остатков m 5 C . Искусственное : - условия недостаточности метильных групп - ингибиторы ДНК-метилаз ( SAH, 5- азацитидин )
    •  
    • Ферменты, осуществляющие метилирование ДНК – метилтрансферазы ( Dnmt) PCNA – домен взаимодействия с PCNA NLS – сигнал ядерной локализации RTF – домен, мишенью которого является центр репликации CXXC – цистеин-богатый домен BAH – домен, гомологичный бромодомену PWWP – домен, содержащий высококонсервативный мотив «пролин-триптофан-триптофан-пролин» ATRX – ATRX – подобный цистеинбогатый участок, содержащий C 2- C 2 цинковый палец и атипичный PHD -домен Allis C.D., Jenuwein T., 2007
    • De novo метилирование и сохранение характера метилирования ДНК
      • Высокометилированые последовательности:
      • Сателлитная ДНК
      • Повторяющиеся элементы (в т.ч. транспозоны и их инертные формы)
      • Уникальная межгенная ДНК
      • Экзоны генов
      • CpG – островки
      • неметилированные участки длиной 1 kb
      • - в 5 ` -концах 60% промоторов активных генов
      Что защищает их от метилирования? - они защищены белками - постоянная работа деметилаз - нетипичный состав оснований - транскрипция в раннем эмбриогенезе требует отсутствия метилирования ДНК в этих местах
    • Основная причина – мутации МеСР2 (главный компонент метилцитозин связывающего комплекса) Синдром Ретта ( RTT, OMIM 312750)
      • описано в 1966 году
      • встречается преимущественно у девочек
      • регрессия развития
      • аутизм
      • стереотипные движения рук
      синдром ICF (иммунодефицит, хромосомная нестабильность, аномалии лицевого черепа) ( ICF, OMIM 242860) Причина - мутации в гене DMNT3B (метилтрансфераза de novo ). Гетерохроматиновые районы хромосом 1, 9 и 16 неметелированны, вследствие чего растянуты и имеют ветвистую структуру
    • Заболевания, связанные с нарушением процесса ремоделирования хроматина Ген Функция Фенотипические проявления Заболевания человека ДНК-метилтрансфераза 1 мыши ( Dnmt1) Поддержание статуса метилирования ДНК Гибель эмбриона мыши, потеря импринтинга, инактивация Х-хромосомы - ДНК-метилтрансфераза 1О мыши ( Dnmt1 о ) Ооцит-специфическое сохранение меток импринтинга на стадии 8-кл. зародыша Гибель эмбриона, потеря импринтинга - ДНК-метилтрансфераза 3А мыши ( Dnmt 3а ) Метилирование ДНК de novo Гибель на 4 недели жизни, нарушение сперматогенеза - ДНК-метилтрансфераза 3В мыши ( Dnmt 3В ) Метилирование ДНК de novo Эмбриолеталь, иммунодефицит, лицевые аномалии, деметилироапние и нестабильность прицентромерного гетерохроматина 1,9 и 16 хромосом Синдром ICF
    • Ген Функция Фенотипические проявления Заболевания человека Метил CpG- связывающий белок ( MECP2) Распознавание сайта метилирования ДНК Гибель зародышей мужского пола, умственная отсталость, аутизм, стереотипное движение рук Синдром Ретта Х-сцепленная хеликаза SNF2 семейства (ATRX) Часть белкового комплекса, участвующего в репрессии хроматина Тяжелая умственная отсталость у ммальчиков, микроцефалия, альфа-талассемия, лицевые, скелетныеи др. аномалии развития Синдром ά -талассемии/Х-сцепленной умственной отсталости Белок 1, подсемейство А-подобных, SWI/SNF- связанный актин-зависимый регулятор хроматина Часть белкового комплекса, участвующего в ремоделированиихроматина Спондилоэпифизарная дисплазия, Т-клеточный иммунодефицит, дисфункция почек Костноиммунная дисплазия, тип Шимке Рибосомная S6 киназа (RSK2) Фосфорилирование гистоновых белков Умственная отсталость, макроцефалия, отставание в росте, лицевые и скелетные аномалии Синдром Коффина-Лаури
    • Геномный импринтинг - эпигенетический механизм регуляции экспрессии гомологичных генов в процессе развития организма в зависимости от родительского происхождения гена, хромосомы или генома. Эпигенотип (импринт) - совокупность модификаций, которые по-разному маркируют родительские аллели и обеспечивают моноаллельный характер экспрессии импринтированных генов на хромосомах отцовского или материнского происхождения. Импринтированный ген - ген, который дифференциально экспрессируется в зависимости от материнского или отцовского происхождения. Импринтированные гены в диплоидной клетке млекопитающих обычно экспрессируются только с одного аллеля.
    •  
    • Геномный импринтинг (ГИ) – дифференциальная модификация отцовского и материнского генетического материала в процессе созревания гамет, следствием чего являются различия в экспрессии родительских аллелей как в процессе раннего эмбриогенеза, так и взрослых особей
    • Частичный пузырный занос Андрогенез (мужской партеногенез) - диплоидный, хромосомы только отцовского происхождения Гиногенез (женский партеногенез) диплоидный, хромосомы женского происхождения 10 н.б.
    • Характерные черты импринтированных генов 1. Кластеризация.   Общие черты кластеров: 1) гены распределены на достаточно большом расстоянии; 2) наличие в кластере генов, экспрессирующихся только с отцовской или материнской хромосомы; 3) наличие генов, которые продуцируют не кодирующую РНК. 2. Консервативность импринтинга. Характер импринтинга генов H19, IGF2, p57KIP и SNRPN идентичен у человека и мыши. 3. Асинхронность репликации ДНК импринтированных генов. Импринтированные гены имеют асинхронную репликацию, показанную в кластерах импринтированных генов с использованием гибридизации in situ. Но временной характер репликации может варьировать в различных клетках, подобно мозаичному эффекту положения.  
    • 4. Онтогенетическая и тканевая регуляция импринтинга. KvLQT1 экспрессируется с материнского аллеля во всех тканях кроме сердца; E6-AP - экспрессируется биаллельно во всех тканях, а в мозге - только с материнского аллеля; IGF2 имеет отцовскую экспрессию в большинстве тканей, но оба аллеля экспрессируются в определенных структурах в течение развития мозга и в зрелом состоянии. Кроме того, IGF2 в процессе развития экспрессируется с трех различных промоторов. 5. Импринтированные гены кодируют как белки, так и только РНК. H19 кодирует РНК, аккумулирующуюся в больших количествах в течение развития фетальных тканей мезодермального и эндодермального происхождения. XIST. Транскрипция гена с инактивированной отцовской Х-хромосомы в экстраэмбриональных тканях заставляет предполагать регуляторную роль импринтированной РНК. IPW, PAR-SN, PAR1 и PAR5 экспрессируются с отцовской хромосомы и дают только РНК.
    • Целый ряд заболеваний по характеру наследования и проявлениям может возникать вследствие импринтинга. Синдром Вильямса с тяжелыми проявлениями - делеция 7q11.23 материнской хромосомы ; Болезнь Гиршпрунга - мутация гена RET (10q11.2) материнского происхождения ; НФ 2 с тяжелым течением - мутация гене SCH (22q12) материнского происхождения ; Шизофрения в более тяжелых формах наследуется по отцовской линии ; Синдром де Ланге (3q26) может быть связан с материнским импринтингом ; Семейная гипертрофическая кардиомиопатия в основном передается по материнской линии ; Spina bifida в два раза чаще передается матерями, чем отцами ; Псориаз проявляется в более тяжелой форме, если наследуется от отца ; Синдром Туретта и поликистоз почек проявляются раньше и в более тяжелых формах, если наследуются от матери ; Эпилепсия в более тяжелой форме наследуется от матери.
    • однородительская дисомия (ОРД =UPD ) – наличие у потомков в кариотипе фрагментов или целых хромосом одного (материнского или отцовского) происхождения Гетеродисомия – наследование потомком двух разных гомологов от одного родителя Изодисомия – наследование двух репликационных копий одной из хромосом
      • 47 типов ОРД
      • -44 типа ОРД по 22 аутосомам
      • материнская ( mat ) и отцовская ( pat )
      • 3 типа по половым хромосомам
      • UPD Х mat, UPDXpat, UPDXYpat
    • Нерасхождение хромосом в мейозе
    • Механизмы формирования ОРД
    •  
    • ОРД по целым хромосомам или их фрагментам выявлены при анализе наследственной патологии и у человека . материнская ОРД по хромосоме 2 => признаки дисэмбриогенеза и отставание в развитии; отцовская ОРД по длинному плечу хромосомы 6(q23 - q24) => неонатальный диабет; материнская ОРД по короткому плечу хромосомы 7 ( GRB10) => синдром Сильвера – Рассела; материнская ОРД по хромосоме 14 => гипотония, черепно-лицевые аномалии, акромикрия, сколиоз, задержка физического, моторного и умственного развития; отцовская ОРД по хромосоме 14 => сильн ая умственн ая отсталость и скелетно- мышечные аномалии; материнская ОРД по хромосоме 16 => малый вес при рождении и врожденные аномалии; отцовская ОРД по длинному плечу хромосомы 20 ( GNAS1) => псевдогипопаратироидизм Залетаев Д.В.
    • ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ ОДНОРОДИТЕЛЬСКОЙ ДИСОМИИ У ЧЕЛОВЕКА
    • Общие свойства импринтированных генов
      • Располагаются кластерами (11р15; 15 q11- 13)
      • Асинхронность репликации
      • Временная и пространственная регуляция
      • экспрессии
      • Консерватизм ортологичных импритированных генов
      • Кодируют белки и РНК, которые не транслируются
    • Схема локуса 15 q11-q13
    • Синдром Прадера-Вилли (PWS, OMIM 176270)
      • описан в 1956г.
      • неонатальная гипотония
      • ожирение
      • умственная отсталость
      • лицевые дисморфии
      • гипогонадизм
      46 XX или ХУ, 15р- 1 : 12000-15000
    • Синдром Ангельмана (AS, OMIM 105830)
      • описан в 1965г.
      • умственная отсталость
      • отсутствие речи
      • нарушения сна
      • необычный смех
      • «кукольные» стереотипные движения
      46 XX или XY, 15р− 1 : 10 000—20 000
    • Кордоцентез Получение образцов крови от родителей для цитогенетического и ДНК-анализа УЗИ 2 уровня Нормальный кариотип и фенотип у плода Анеуплоидия Тестирование на ОРД ОРД исключена. Плацентарный мозаицизм ОРД у плода Пролонгирование беременности УЗИ с допплерометрией Профилактика ФПН и акушерских осложнений ОРД по хромосомам, для которых установлены “ болезни импринтинга ” Прерывание беременности ОРД по хромосомам, для которых исключены “ болезни импринтинга ” Биопсия хориона или плаценты Аутосомная трисомия (полная или мозаичная форма)
    •  
    •  
    • Одноклеточный эмбрион бластоциста мышь человек Мужской и женский пронуклеусы не отличаются по размеру. Исследовали 59 зигот. Только в половине (30) наблюдалось деметилировние одного пронуклеуса и интенсивное метилирование другого. В остальных зиготах – одинаковая интенсивность сигнала 2005
    • Алгоритм исследования 1 2 Приготовление препаратов и их QFH окрашивание Получение видео-изображения, идентификация хромосом Получение видеоизображения тех же метафазных пластинок 4 Иммунофлуоресцентное окрашивание препаратов с помощью АТ-5-МеС 3
    • 1-клеточная стадия развития эмбриона человека QFH 5-MeC репликация 6 часов сперматозоиды 5-MeC QFH Метафазная пластинка яйцеклетки метилированная хроматида недометилированная хроматида гипометилированная хроматида
    • 5-MeC QFH 1-клеточная стадия развития эмбриона человека Метафазные пластинки из трех пронуклеусов перед первым митотическим делением
    • Совмещенная кариограмма метафазных хромосом из лимфоцита взрослого индивида (столбец слева) и триплоидного одноклеточного эмбриона человека (столбец справа), цифрами обозначены номера хромосом Метафазные хромосомы из лимфоцита и 1-клеточного эмбриона QFH 5-MeC
    • 2-клеточная стадия развития эмбриона человека Совмещенные кариограммы метафазных хромосом из бластомеров двух 2-клеточных эмбрионов человека QFH 5-MeC
    • Пассивное деметилирование Пассивное деметилирование- зависимое от репликации Механизмы деметилирования зигота Два бластомера расхождение хроматид репликация в отсутствие метилазной активности активное деметилирование репликация в отсутствие метилазной активности пассивное деметилирование репликация в отсутствие метилазной активности расхождение хроматид репликация в отсутствие метилазной активности метилированная хроматида недометилированная хроматида гипометилированная хроматида
    • 5-6 клеточная стадия развития эмбриона человека Совмещенные кариограммы метафазных хромосом из двух бластомеров 5-клеточного эмбриона человека, цифрами обозначены номера хромосом 5-MeC QFH
    • Возможные варианты расхождения хроматид репликация Бластомер 2-клеточного эмбриона Схема митотической сегрегации хромосом с различным статусом метилирования хроматид и и и и и и и и 1) 2) 3) 4) метилированная хроматида недометилированная хроматида гипометилированная хроматида
    • 6 клеток 7 клеток 8 клеток Совмещенные кариограммы метафазных хромосом из бластомеров 6, 7 и 8 клеточных эмбрионов человека
    • 8 кл. М-сегментация Сопоставление сегментной локализации 5-метилцитозинобогащенной ДНК (хромосома слева) и G -исчерченности (хромосома справа). Различные оттенки зеленого, белый и красный отражают интенсивность флуоресценции, оцененную в баллах. Совмещенная кариограмма метафазных хромосом из бластомера 8-клеточного эмбриона человека QFH 5-MeC
    • Статус метилирования приценторомерного гетерохроматина хромосом 1,9,16 из бластомеров эмбрионов человека
    • QFH -сегментация и распределение 5- M е C на метафазных хромосомах из ФГА-стимулированных лимфоцитов Совмещенная кариограмма Гомологичные хромосомы ( QFH ) Гомологичные хромосомы (A Т - 5МеС )
    • Посттрансляционные модификации гистонов
    •  
    •  
    •  
    •  
    •  
    •  
    •  
    •  
    • Структура нуклеосомы 2 х Н3 2 х Н4 2 х Н2А 2 х Н2В
    • Механизм эффекта модификаций гистонов описан тремя моделями:
    • Ацетилирование и деацетилирование гистонов
      • ацетилирование связано с транскрипцией
      • белки, осуществляющие ацетилирование - гистоновые ацетилтрансферазы (НАТ)
      • белки, осуществляющие деацетилирование – гистоновые деацетилазы ( HDAC )
      • Модель модификации гистонов:
      • ДНК-связывающиеся активаторы привлекают НАТ для ацетилирования нуклеосомных гистонов, а репрессоры привлекают HDAC для деацетилирования гистонов. Эти события приводят к изменению структуры нуклеосом и активации или репрессии транскрипции соответственно.
    • НАТ – белки, которые могут ацетилировать лизиновые остатки всех четырех коровых гистонов, но различные ферменты обладают отличающейся специфичностью к выбору субстрата, хотя каждый белок редко имеет специфичность только к одному сайту. Первое основное семейство НАТ – GNAT ( Gcn 5 related acetyltransferase ) – основным субстратом которых является гистон Н3. Второе основное семейство НАТ – MYST – в качестве основного субстрата-Н4. Третье семейство – CBP / p 300 – ацетилируют Н3 и Н4 и являются самыми неспецифическими. HDAC , удаляющих ацетильные группы, большое количество. Они входят в три каталитических группы: Type I , Type II и Type III (или Sir 2-родственные белки – требуют наличие кофактора NAD)
    •  
    • Фосфорилирование гистонов Увеличение экспрессии генов коррелирует с фосфорилированием остатка серина в 10м положении гистона Н3 (Н3 S 10). Обнаружены много киназ, для которых этот сайт является мишенью, включая Msk 1/2 дрозофилы и его гомолог Rsk 2 у млекопитающих, и SNF 1 у S . cerevisiae . фосфорилирование определенных остатков связано с конденсацией хромосом в течение как митоза, так и мейоза
    • Метилирование гистонов
      • Метилируются
      • Лизин (моно-, ди- и триметилирование)
      • Агринин (моно- и диметилирование)
      • Эффекты метилирования:
      • Репрессия транскрипции
      • Активация транскрипции
    • Метилирование лизинов Осуществляют лизиновые метилтрансферазы - НКМТ SET -домен Кофактор - S -аденозил- L -метионин 6 наиболее хорошо описанных сайтов метилирования: на гистоне Н3 ( К4 , К9, К27, К36 , К79 ) на гистоне Н4 (К20) Деметлирование лизинов LSD 1 удаляет метильные группы с Н3К4 JHDM1 – H3K36me1 и me2, JHDM2A – H3K9m1 и me2, JHDM 3 A – H 3 K 36 me 3, JMJD 2 A – H 3 K 9 me 3.
    • Метилирование Н3К79. Связано с кодирующими регионами активных генов Фермент, который метилирует Н3К79 – hDOTIL Необходимо для элонгации транскрипции Белок Set 2 – метилтрансфераза, способная метилировать Н3К36. Подавляет внутреннюю инициацию. Репрессор индуцибельных генов Метилирование Н3К36. Связано с эухроматином и активными или потенциально активными генами. Осуществляет метилтрансфераза Set 1. РНК полимераза II , PAF -комлекс необходимы для установления Н3К4. Метилирование Н3К4.
    • Метилирование Н4К20 H 4 K 20 me 2 и H 4 K 20 me 3 есть в прицентромерном гетерохроматине Метилтрансферазы – SUV -20 H 1 и SUV -20 H 2. H4K20me осуществляется PR - Set 7 и вовлечено в процессы репарации и митоз
      • Это репрессирующая модификация, обнаруженная в 3х различных местах:
      • Генах эухроматина, где есть PREs ( Polycomb response elements ) у дрозофилы
      • В прицентроменом гетерохроматине
      • В неактивной Х хромосоме млекопитающих
      • метилирование производит EZH 2 (гомолог E ( Z ))
      Метилирование Н3К27 Метилирует Н3К9 – метилтрансфераза SUV 39 H 1 (гомолог Su ( var )3-9) Участвует в формировании прицентромерного гетерохроматина ( SUV 39 H и НР1) Метилирование Н3К9
    •  
    • Метилирование аргинина вовлечено как в активацию - PRMT1 – H4R3 , PRMT4/CARM1 – H3R2, H3R17, H3R26 , - так и в репрессию транскрипции - PRMT 5 - H 3 R 8 и H 4 R 3 Метилирование аргининов Деиминирование аргининов PAD 14 превращает аргинин в цитруллин
    • Убиквитинирование/деубиквитинирование и Сумоилирование Н2ВК123 ub1 осуществляется Rad 6/ Bre 1 ( RNF 20/ RNF 40+ Ubc 46 – у человека) и активирует транскрипцию. H 2 AK 119 ub 1 – репрессия транскрипции у млекопитающих и осуществляется группой Polycomb – Bmi 1/ Ring 1 A .
      • Сумоилирование описано как репрессивная модификация.
      • Действует двумя механизмами:
      • Сумоилированный гистон напрямую блокирует лизиновые субстраты
      • Сумоилирование гистонов привлекает гистоновые деацетилазы
      • Привлечение репрессоров, связывающихся с ДНК.
    • Группа 1 – небольшие химические модификации, группа 2 – большие химические модификации. Роль в транскрипции Сайты модифицирования Группа 1 ацетилирование активация Н3 (К9, К14, К18, К56) Н4 (К5, К8, К12, К16) Н2А (?) Н2В (К6, К7, К16, К17) фосфорилирование активация Н3 ( S10) метилирование активация Н3 (К4, К36, К79) репрессия Н3 (К9, К27) Н4 (К20) Группа 2 убиквитинирование активация Н2В (К123) репрессия Н2А (К119) сумоилирование репрессия Н3 (?) Н4 (К5, К8, К12, К 16) Н2А (К126) Н2В (К6, К7, К16, К17)
    •  
    • Компенсация дозы генов
      • Основные особенности:
      • Процесс инактивации Х хромосомы контролируется развитием.
    • 2. Инактивация Х хромосомы включает в себя различные уровни эпигенетической регуляции. Высокий уровень Н3К27 me 3 требуется Х i в раннем развитии, но не в соматических клетках; CpG -метилирование необходимо только на поздних стадиях 3. Некоторые гены избегают инактивации Х хромосомы. 4. Х-инактивация контролируется центром инактивации Xic . центр инактивации – Xic некодирующая РНК Xist ( X inactive specific transcript ) некодирующая РНК Tsix
    •  
    • Ключевой регион, регулирующий инактивацию Х хромосомы обозначен зеленым. Фланкирующие гены – серым. Xite и DXPas34 –регуляторы экспрессии Tsix .