Aynur Eren Topkaya

Epigenetik Nedir?“Genetik ile epigenetik arasındaki farkıanlayabilmek için bunları kitap yazmak ve kitapokumaya benzeterek karşılaştırabiliriz. Kitap birkez yazıldığında bunun her kopyası orijinalininaynısıdır. Oysaki her okuyucu kitabı okurkençevresel etkileşimlere göre onu farklıyorumlayabilir ve farklı şekilde hatırlayabilir.Kitapyazılımını genetik, okunuşunu ise epigenetikolarak düşünebiliriz”.Thomas Jenuwein (Avustralya)

• “Epigenetik”, geçmişte tek tip hücrelerin çokhücreli organizmalardaki hücre ve dokularafarklılaşmasını ifade etmek için kullanılmıştır.• Fenotipte, DNA nükleotid sıralamasındaki birdeğişiklikten kaynaklanmayan ancak kalıtılabilendüzenlemelere epigenetik değişiklikler adıverilmektedir.• Epigenetik değişikliklerin en önemli özelliği, DNAdizinini (nükleotid sekansı; ACTG)değiştirmemesidir.

Epigenetik Fenomen• Prionları,• Genomik imprinting,• Histon modifikasyonunu,• DNA metilasyonunu, içerir

Sunum Planı• Epigenetik nedir?• Epigenetik mekanizmalar nelerdir?• Epigenetik mekanizmaların bakterileresağladığı avantajlar nelerdir?• Mikroorganizmaların epigenetikmekanizmalarla makroorganizmadaoluşturdukları etkiler nelerdir?

Epigenetik Mekanizmalar• DNA metilasyonu• Histon modifikasyonu.• Kromatinin yeniden düzenlenmesindenoluşmaktadır.Tümü birlikte gen ifadesinin düzenlenmesinisağlarlar

Gen İfadesinin düzenlenmesi• DNA dizisinin kapsamlı tanımı organizmayıoluşturmak için yeterli mi?• Hangi genin ürünü hangi koşullarda yapılır?• Lenfosit ve hepatositin DNA dizileri farklımı?• Kalıtımın kuralları tüm canlılarda aynı mı?

Genomun İfadelenmesi

•Kalıtımın kuralları tüm canlılarda aynı mı?

Ortak Genom- Farklı Proteinler?• Yapısal kromozom proteinleri, RNApolimeraz, DNA onarım proteinleri, ribozomalproteinler, metabolizmanın temel enzimleriortak• Yalnız özelleşmiş hücrelerde bulunanlar (Hb)• mRNA paternleri hücreye özgüldür• Gen ifadesindeki farklar, yalnızca genomunifade denetiminden değil çevrim (translasyon)sonrası değişikliklerden de kaynaklanır

DNA-RNA-Protein yolunda Genİfadesinin Düzenlenmesi• Yazılımın (transkripsiyon) denetimi• mRNA işlenmesinin denetimi• mRNA taşınma ve yerleşiminin denetimi• Çevrimin (translasyon) denetimi• mRNA yıkımının denetimi• Protein etkinliğinin denetimi (fosforilleme,proteoliz)

• Bir hücre dış sinyallere bağlı olarakgenlerin ifadesini değiştirebilir• Gen yazılımı düzenleyici DNA bölgesincekontrol edilir• Anahtar sistemi iki temel bölümden oluşur– DNA üzerindeki tanımlanmış kısa diziler– Bu dizileri tanıyan ve onlara bağlayan gendüzenleyici proteinler (ilk gen düzenleyiciproteinler bakterilerde tanımlanmış lambda,lac baskılayıcı proteinler)

Genetik Anahtarlar Nasıl Çalışır?

Gen Düzenleyici Proteinler• Genlerin yazılımı gen düzenleyiciproteinlerle başlatılır veya durdurulur• Proteinler RNA polimerazın başlangıçnoktasına yakın bir özgül DNA bölgesinebağlanır• Düzenleyici proteinin yapısı ve bağlanmayerinin başlangıç noktasına görekonumuna göre gen yazılımı etkinleşirveya baskılanır

Gen ifadesinin denetiminin bir başkayolu: DNA Metilasyonu• DNA metilasyonu iki tür metiltransferazcasağlanır.– De novo metiltransferazlar (başlangıç)– Maintainence metiltransferazlar (sürdürme)

DNA Metilasyonu• DNA metilasyonu prokaryot ve ökaryotlardaen iyi tanımlanmış epigenetik mekanizmadır.• Bu mekanizma bir DNA metil transferazenziminin replikasyon sonrası bir baza metilgrubu ilave etmesini kapsar.• Sitozinin C halkasının 5. atomu ve adenininN halkasının 6 atomu metillenmesi prokaryotve ökaryotlarda gerçekleşir.• Sitozinin N halkasının 4. atomuna metilbağlanması ise sadece bakterilerde vardır.

DNA adenin metilasyonu• γ proteobakteride Dam (DNA adeninmetiltransferaz) tarafından ve αproteobakteride Ccr M tarafından yapılır.• Aralarındaki temel fark Ccr M‟nin hücresiklusu ile regüle edilirken, Dam‟ın hücresiklusu süresince aktif olmasıdır.

DNA metilasyon paterninin kalıtılması

DNA metilasyon paternininkalıtılması-2

DNA Metilasyonunun Fonksiyonları• Genleri sessiz konumda kilitlemek (Onkogenez)(tm baskılayıcı genlerin susturulması)• Genom damgalanması (plesentalı memelilerde)

DNA yalnızca bilgi taşıyan bir kasettir.Kasetçalar olmadan bir işe yaramaz.Epigenetik ise kasetçalardır.Bryan Turner (İngiltere)

Sunum Planı• Epigenetik nedir?• Epigenetik mekanizmalar nelerdir?• Epigenetik mekanizmaların bakterileresağladığı avantajlar nelerdir?• Mikroorganizmaların epigenetikmekanizmalarla makroorganizmadaoluşturdukları etkiler nelerdir?

Epigenetik Mekanizmalar veBakteriler• DNA metilasyonunun bakteribiyolojisindeki önemi;– DNA replikasyon zamanlaması vekromozomların yavru hücrelere bölünmesi– Plazmidlerin transpozisyonu ve konjugaltransferinin zamanlaması

Epigenetik Mekanizmalar veBakteriler• Faz çeşitliliği ve virülans faktörleri• Bakteriyofajlardan korunma• DNA tamir mekanizması• Antibiyotik direnci

ÜPEC’ de Faz Varyasyonu• Üropatojen E. coli‟ nin piyelonefrit ilişkili pilus(pap) operonunun düzenleyici bölgesindekimetilasyonu ?• pap ekspresyonu aktif hücreler ON ve inaktifhücreler OFF fazında• ON fazındaki hücrelerde pap promotörünproksimalindeki GATC‟ ler metillenmişdistaldekiler metillenmemişken OF da tersi• Pap DNA sekansı bulunmayan E. Coli K-12 leringenomunda çok sayıdaki GATC sekansımetillenmemiştir

Pap faz varyasyonunun biyolojik rolü• İmmun sistemden kaçmak• Bakteri jenerasyonlarının bağlan-çözül-bağlanolaylar serisini kolaylaştırmak• Yeni tanımlanan bir bakteriyel fenomen olaraktemas-bağımlı üreme inhibisyonu üzerindenÜPEC nin üremesini kontrol etmek• ÜPEC‟ deki adezin genlerinin çoğu DNAmetilasyon paternlerini içeren epigenetikmekanizmalarla düzenlenir.

Faz-değişken Dış MembranProteini: Ag 43• Ag 43 bakterinin agregasyon özelliğini belirler• Agn 43 geninin ekspresyonu da pap gibi DNAmetilasyonuyla kontrol edilir• Bir hipoteze göre, Agn 43 ekspresyonunundüzenlenmesi oksidatif strese yanıt ve biyofilmoluşumu arasında kilit role sahiptir.

Salmonella enteritica serotiptyphymirium• Dam post-transkripsiyoneldüzenlemelerden sorumlu• RNA stabilitesi, mRNA translasyonu veprotein sentezinde önemlidir

Bakteriyofajdan KorunmaAdenin ve sitozin metilasyonu çoğu bakteriderestriksiyon - modifikasyon sistemininparçasıdır: Bu sistemde çalışan bir metilaz bellibir DNA dizisini tanır ve bu dizi içinde veyayakınındaki bir bazı metiller. Bu şekildemetillenmemiş olan yabancı DNA'lar hücre içinegirdiklerinde diziye spesifik restriksiyonenzimleri tarafından parçalanır.Kendi DNA„sının metilasyonu ilkel bir bağışıklıksistemi olarak çalışır, onun sayesinde bakterilerbakteriyofaj enfeksiyonundan kendilerinikorurlar.

• Enterik bakterilerin virülans fajlarınıngenomlarında GATC göreceli az• E. Coli DNA sı her 232 bp‟de bir GATC bölgesiiçerir, genomda tahmini GATC bölgesi 256 bp• Bakteriyofaj T7 de ise tahmini sayı 141 iken 6GATC bölgesi var.• E.coli lambda ve Salmonella P22 ılımlı fajgenomlarında, GATC beklenenden daha azdırfakat fark T7‟deki kadar abartılı değil• Diğer faj genomları konak genomuna benzer

DNA Tamirine örnek; DamE. coli Dam'ın hedef dizisi GATC„ dir.• Replikasyondan önce GATC konumlarındaki ikiipliğin her birinde adenin bazı metillenmişken,sonrasında metil grubu sadece birinde kalır.• DNA ipliklerinden birinin metillenmemiş olması,hücrenin tamir sisteminin o ipliği yenisentezlenmiş iplik olarak tanımasını sağlar.• Tekrar metillenme için 2-4 sn. gerekir, bu aradareplikasyon sırasında oluşan hatalar onarılır.• Bakterilerde Dam sisteminin bozulması, spontanmutasyon oranının artmasına neden olur.

Replikasyonun Kontrolü• Bakteri kromozomundaki replikasyon orijinindegenomun diğer bölgelerine göre daha çoksayıda GATC olduğundan yarı-metillenmişdurum daha uzun sürer.• Replikasyonun zamanlamasında bu önemlidir.• SeqA proteini orijine bağlanarak metillenmesiniengeller.• Yarı metillenmiş orijinler inaktifdir ve bumekanizma hücre döngüsü sırasında DNAreplikasyonunun tek bir kere olmasını sağlar.

Antibiyotik Direnci• Mutasyonlarla dirençli bakteri ortayaçıkması milyonda bir dir. Oysa ki düşükdozda antibiyotiğe maruz kalan bakterilerinkısa dönemde sağ kalma oranı 1/5 dahauzun sürede ½ dir. Bunun ancakepigenetik mekanizmalarla olabileceğitahmin edilmektedir.• Ancak bunun mekanizmasını saptamaknasıl olabilir?

Çekirdekteki bilgi yönetimine bakıncagenetik bilgilerin bir kısmının genomda çoksıkı paketlendiği görülür. Bunu evdekieşyaların kullanımına benzetirsek,epigenetik her zaman ihtiyaç duyulanlardırve hep göz önündedir oysa genetik eskiokul defterlerimize benzer onu tavanarasındaki kutularda tutarız.Peter Becker (Almanya)

Sunum Planı• Epigenetik nedir?• Epigenetik mekanizmalar nelerdir?• Epigenetik mekanizmaların bakterileresağladığı avantajlar nelerdir?• Mikroorganizmaların epigenetikmekanizmalarla makroorganizmadaoluşturdukları etkiler nelerdir?

Virüsler ve Epigenetik• 1898 Tütün Mozaik Virüsü Martinus Beijerinck• 1911 Kuşlarda tm. Virüsü Peyton Rous• 1964 İnsanda kanserle ilgili M.A. Epstein- Y. Barr• Virüsler insanlarda tümörlerin % 15-20‟ sinden• HBV ve HCV – Hepatosellüler Ca‟nın % 80‟inden• EBV Hodgkin lenfomanın % 30‟undan sorumlu• HPV ise serviks kanserlilerde % 95 pozitif

Virüs Genom Viral onkoprotein Kanser DNA metilasyonEBV dsDNA LMP1, BZLF1, EBNA2, BL, NPC, HD, GC KısmenEBNA3, BRLF1KSHV dsDNA LANA, vIRFs KS, PEL, MCD KısmenHPV dsDNA E2, E6, E7 serviks, orofarenks, Tümüanogenital, deriHBVdsDNA(kısmen)HBx HCC TümüHCV ssRNA NS4B? HCC yokHTLV-IHIVssRNA4dsDNAssRNA4dsDNATax ATL KısmenBilinmiyor Bilinmiyor KısmenCMV dsDNA IE1-72?, IE2-86? CRC, glioma, prostat Kısmen

Virüsler ve Tümör Oluşumu• Virüsler konak epigenetik mekanizmaları ileetkileşerek konak hücre genomundametilasyona neden olur ve hücresel genlerinsuskunluğu devam eder.• Virüsler aynı zamanda belirli histonmodifikasyonu, kromatin yeniden yapılanmasıylailgili kompleksler ve miRNA işleme ile ilişkiliproteinlerin aktivitesini değiştirebilirler.• Virüs genomu mutasyonlar ve kromozomaldüzenlenmelerle konak genomunu bozar veinfekte hücrelerin kanser hücresine dönüşmeyeyatkınlığı artar.

EBV• EBV genomu konak hücrede litik ve latent olarakiki farklı durumda olabilir• Litik çevrim çeşitli viral proteinlerin sentezi vesonunda infeksiyöz virion partikülleri üretilir.• Latent genler, EBV nükleer antijen EBNA1, 2,3A, 3B, 3C ve LP, latent membran proteinleri(LMP) 1, 2A ve 2B, Barf-1 protein ve EBER 1,EBER 2 ve BART RNA transkriptlerini kodlar.• Latent enfekte hücrelerde, EBV en az 20 miRNAgeni kodlar.

EBNA1 gen promotorununmetilasyon profili• EBNA1 viral DNA replikasyonu velatentliğin sürdürülmesindevazgeçilmezdir.• EBNA1 ifadelenmesini düzenleyen dörtpromotör (Cp, Wp, Qp ve Fp)tanımlanmıştır• DNA metilasyonu bu gen ifadesinidüzenleyerek latentlik durumunu belirler.

EBVtaşıyıcılıkNCNHCHBVtaşıyıcılıkHCCHPVtaşıyıcılıkSCCPromotör genlerin metilasyon profilleri, bisülfit sekanslama,pyrosequencing ve metilasyon-spesifik PCR ile analiz edilmiştir

• Bakterilerden tümörle ilişkili olduğu bilinenH. pylori DNA metilasyon ve histonmodifikasyonu gibi epigenetikmekanizmalarla onkojeniktransformasyona neden olur mu?• S. Bovis

Mayalarda EpigenetikMaya prionu PSI+ daha sonra yavruhücreler tarafından da kalıtılan Sup35ptranslasyon terminasyon faktörününmetilasyon ile değişikliğe uğraması ileoluşur.Sup35p‟nin PSI+ formu mayanın bitkiöldürücü ilaç veya kafein varlığındahayatta kalma avantajı sağlar

Epigenetik bakterilerin yan profil resmidir.Prof. Dr. Faruk AYDIN

Zihni-sinir Projeleri !!!1- Dam inhibitörleri antibiyotik olarakçalışabilir mi?2- Dam inhibitörleri antitümör olarakçalışabilir mi?

TEŞEKKÜR EDERİM