Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
1 ЛЕКЦИЯ 4 : Метилирование мтДНК
Содержание
- 1. 1 ЛЕКЦИЯ 4 : Метилирование мтДНК
- 2. Метилирование ДНК
- 3. Метилирование ядерной ДНКПроисходит преимущественно в CpG-участках ДНКСлужит
- 4. Перед транскрипционно активными генами обычно существуют неметилированные
- 5. В ядерной ДНК при эмбриогенезе метилирование осуществляют
- 6. Изначальные паттерны метилирования создаются ДНК метилтрансферазами DNMT3a
- 7. Под воздействием ферментов семействаТЕТ (ten eleven translocation) происходит окисление 5mC с образованием 5-гидроксиметилцитозина (5hmC)
- 8. Структура и механизм работы ферментов семействаТЕТ (ten eleven translocation)PMID: 24153300
- 9. PMID: 24153300
- 10. PMID: 24153300
- 11. Стохастическая модель метилированияметилирование в каждом сайте -
- 12. Бисульфитное секвенирование
- 13. Слайд 13
- 14. Метилирование мтДНКОткрыто в 1974 годуДо 2019 года
- 15. Митохондриальная форма DNMT1PMID:21321201
- 16. Лидерные пептиды DNMT1 слитые с GFP локализованы в митохондрияхPMID:21321201
- 17. PMID:25058022Распределение 5mC по митохондриальному геному человека в разных клеточных линиях и тканях
- 18. PMID:25058022Профиль метилирования консервативен, за исключением трех областей: 14050-14150, 14350-14450, 15450-15550
- 19. Метилирование мтДНК происходит в основном не по CpG-сайтамPMID: 31665742
- 20. Метилирование мтДНК происходит по-разному в нормальных и
- 21. Уровень метилирования мтДНК повышается в ходе процессов
- 22. Метилирование мтДНК в области D-loop преимущественно происходит
- 23. Одновременная инактивация DNMT3a, 3b и DNMT1 уменьшает
- 24. Как и в ядерной ДНК в мтДНК
- 25. CpG в области TERM защищены от метилирования
- 26. Возможная регуляция репликации с помощью метилированияPMID:25524586
- 27. Когда происходят изменения в метилировании мтДНК? В
- 28. Гиперметилирование генов 12S рРНК, Phe-тРНК и области
- 29. p53 снижает экспрессию mtDNMT1в клетках без р53 количество мтDNMT1 увеличивается в 6 разPMID: 21321201
- 30. ND6 (L-цепь) ↑ND1 (H-цепь) ↓В р53-/- клетках изменена экспрессия некоторых генов мтДНКPMID:21321201
- 31. Возможная связь метилирования мт ДНК с онкологическими
- 32. Метилирование цитозина в тканях мозга человека уменьшается
- 33. Дыхательная цепь пожилых людей работает менее эффективно,
- 34. В образовании глицина в митохондриях участвует также
- 35. С возрастом происходит изменение экспрессии генов, продукты
- 36. митохондрияВозрастные эпигенетические изменения в митохондриях и ядре
- 37. Уровень метилированности мтДНК статистически значимо снижается с возрастомPMID: 31537639
- 38. Метилирование ядерной ДНК осуществляют ферменты DNMT3a, 3b
- 39. Скачать презентанцию
Метилирование ДНК
Слайды и текст этой презентации
Слайд 3Метилирование ядерной ДНК
Происходит преимущественно в CpG-участках ДНК
Служит для регуляции транскрипции:
Слайд 4Перед транскрипционно активными генами обычно существуют неметилированные CрG островки.
CрG в
неактивных генах обычно метилированы для подавления экспрессии.
При дезаминировании ЦИТОЗИНА образуется
УРАЦИЛ. Эта мутация репарируется эффективно. 5-МЕТИЛЦИТОЗИН при дезаминировании образует ТИМИН. Такая замена плохо поддается репарации (только mismatch repair, а она крайне неэффективна).
С течением времени метилированные CрG заменяются на TрG. Это может объяснить дефицит CрG в неактивных генах.
Слайд 5В ядерной ДНК при эмбриогенезе метилирование осуществляют метилазы DNMT 3a
и 3b
Поддерживает паттерны метилирования в соматических клетках DNMT1
Слайд 6Изначальные паттерны метилирования создаются ДНК метилтрансферазами DNMT3a и 3b, активно
работающими в эмбриогенезе. DNMT3L, видимо, функционирует в качестве адаптерного белка
в процессе метилирования ДНК в гаметогенезе.DNMT3a и 3b (в меньшей степени DNMT1) обладают de novo метилирующей активностью. В процессе репликации образуются полуметилированные молекулы ДНК, а за восстановление и поддержание паттернов метилирования у млекопитающих отвечает DNMT1.
PMID:25815005
Слайд 7Под воздействием ферментов семейства
ТЕТ (ten eleven translocation) происходит окисление 5mC
с образованием
5-гидроксиметилцитозина (5hmC)
Слайд 11Стохастическая модель метилирования
метилирование в каждом сайте - результат двух противоположных
процессов – метилирования и деметилирования, зависящих от:
активности ДНК метилтрансфераз
ферментов семейства
ТЕТсостояния хроматина
Слайд 14Метилирование мтДНК
Открыто в 1974 году
До 2019 года были неизвестны точные
места метилирования
Неизвестна функциональная роль метилирования
В 2010 году определен фермент, осуществляющий
метилирование мтДНК - DNMT1 (DNA methyltransferase 1)В мт ДНК присутствует не только 5mC, но и 5hmC. Последний образуется из первого при окислении ферментами семейства ТЕТ (ten-eleven translocation)
Слайд 17
PMID:25058022
Распределение 5mC по митохондриальному геному человека в разных клеточных линиях
и тканях
Слайд 18
PMID:25058022
Профиль метилирования консервативен, за исключением трех областей:
14050-14150,
14350-14450,
15450-15550
Слайд 20Метилирование мтДНК происходит по-разному в нормальных и раковых клетках
А –
гепатоциты
В – раковые клетки печени
Внешнее кольцо – Н-цепь
Внутр.кольцо – L-цепь
PMID: 31665742
Первая
работа с определением метилированиямтДНК с разрешением 1 нуклеотид (2019 г.)
Слайд 21Уровень метилирования мтДНК повышается в ходе процессов развития
PMID: 31417147
Синий – зигота
Красный
– бластоциста
Зеленый – гранулезная клетка (соматическая)
И так не только в
D-петле, а по всей мтДНК.
Слайд 22Метилирование мтДНК в области D-loop преимущественно происходит не в СpG
последовательностях.
Метилирование в D-loop в основном происходит в области промоторов и
CSB участков => возможно, метилирование регулирует транскрипцию и/или репликацию.
PMID:23804556
Слайд 23Одновременная инактивация DNMT3a, 3b и DNMT1 уменьшает CpG метилирование в
D-loop и слабо влияет на метилирование в других сайтах.
Метилирование в
эмбриональных стволовых клетках мыши:Wt – дикий тип
TKO - тройной делетант Dnmt1−/−, Dnmt3a−/−, and Dnmt3b−/−
Слайд 24
Как и в ядерной ДНК в мтДНК мало динуклеотидов CpG
– 435 на 16659
4747 остатков С расположены вне CpG
CpG
в некоторых регуляторных областях защищены от метилирования
PMID:25524586
Слайд 25CpG в области TERM защищены от метилирования (in vitro) предположительно
из-за связывания с белком MTERF – основным фактором терминации транскрипции.
Возможная регуляция транскрипции с помощью метилирования
PMID:25524586
Слайд 27Когда происходят изменения в метилировании мтДНК?
В ответ на изменения
во внешней среде (загрязнение воздуха, окислительный стресс)
Различные онкологические заболевания могут
сопровождаться гиперметилированием мтДНКВозможно, изменение метилирования связано со старением
Слайд 28
Гиперметилирование генов 12S рРНК, Phe-тРНК и области D-петли наблюдалось у
рабочих, профессиональная деятельность которых связана с длительной работой на загрязненном
воздухеЭкспрессия mtDNMT1 регулируется факторами транскрипции, активирующимися при окислительном стрессе:
NRF1 - Nuclear respiratory factor 1
PGC1α - PPARγ (peroxisome-proliferator- activated receptor γ) co-activator-1α
окислительный стресс => PGC1α ↑ => NRF1 ↑ => транскрипция многих ядерных генов, работающих в митохондриях ↑ (в том числе и dnmt1)
Слайд 29p53 снижает экспрессию mtDNMT1
в клетках без р53 количество мтDNMT1 увеличивается
в 6 раз
PMID: 21321201
Слайд 30ND6 (L-цепь) ↑
ND1 (H-цепь) ↓
В р53-/- клетках изменена экспрессия некоторых
генов мтДНК
PMID:21321201
Слайд 31Возможная связь метилирования мт ДНК с онкологическими заболеваниями
Метилирование мтДНК
Изменение
(качественное или количественное) экспрессии мт-генов
Изменение метаболизма митохондрии
Передача сигналов об изменениях
в ядроИзменение профиля экспрессии ядерных генов
Канцерогенез
Слайд 32Метилирование цитозина в тканях мозга человека уменьшается в соответствии со
стадией развития в областях перед генами – ND6 и ATP6.
В мтДНК из коры мозга мышей с возрастом увеличивается количество 5hmC, но не 5mC. В мозжечке таких изменений нет. При этом количество транскриптов митохондриальных генов ND2, ND4, ND4L, ND5 и ND6 с возрастом увеличивается в коре, но не в мозжечке. Связаны ли между собой увеличение 5hmC и возрастание уровня транскрипции генов, кодирующих компоненты I комплекса неясно.
Старение влияет на экспрессию генов ферментов, участвующих в образовании 5mC (mtDNMT1) и 5hmC (TET1-TET3):
В коре с возрастом уменьшается уровень мРНК mtDNMT1 и не меняется уровень мРНК TET1-TET3
В мозжечке с возрастом увеличивается уровень мРНК TET2 и TET3 и не меняется уровень мРНК mtDNMT1.
Возможная связь метилирования мт ДНК со старением
Слайд 33Дыхательная цепь пожилых людей работает менее эффективно, чем в молодости,
что приводит к формированию «старческого» фенотипа клеток.
Группе проф. Хаяши
(PMID: 26435399) удалось восстановить нормальное функционирование дыхательной цепи в клетках со «старческим» фенотипом => причиной были изменения в экспрессии генов, а не мутации. Показали эпигенетическое снижение экспрессии ядерного гена GCAT,
(глицин С-ацетилтрансфераза), этот фермент участвует в биосинтезе глицина в митохондриях.
Добавление глицина в среду фибробластам со «старческим» фенотипом частично восстанавливало работу дыхательной цепи.
Эпигенетические процессы вызывают возрастные нарушения в функционировании митохондрий
Слайд 34В образовании глицина в митохондриях участвует также продукт гена SHMT2
– сериновая гидроксиметилтрансфераза.
Сравнили количества мРНК SHMT2 в фибробластах молодых и
пожилых людей. У пожилых наблюдалось значимое снижение уровня этой мРНК.В случае экспериментального снижения экспрессии GCAT и/или SHMT2 в фибробластах молодых пациентов с помощью shRNA и siRNA соответственно, возникали нарушения в работе дыхательной цепи, характерные для «старческого фенотипа».
Слайд 35С возрастом происходит изменение экспрессии генов, продукты которых вовлечены в
митохондриальный метаболизм, в частности, в образование глицина из серина (SHMT2)
и L-треонина (GCAT).Недостаток глицина в митохондриях => нарушения митохондриальной трансляции => формирование дефектов дыхательной цепи => «старческий фенотип».
митохондриальный и цитоплазматический фолатные циклы, в которых работает SHMT, сопряжены с метиониновым циклом, в котором из метионина синтезируется SAM – донор метильных групп в реакциях метилирования как митохондриальной, так и цитоплазматической ДНК.
Слайд 36митохондрия
Возрастные эпигенетические изменения в митохондриях и ядре →изменение экспрессии ядерных
и/или митохондриальных генов →изменение метаболизма митохондрий →формирование старческого фенотипа»
Слайд 38Метилирование ядерной ДНК осуществляют ферменты DNMT3a, 3b и DNMT1
Метилирование мтДНК
осуществляет митохондриальная форма DNMT1, возможно есть и другие метилтрансферазы
Метилирование мтДНК
в области D-loop преимущественно происходит не в СpG последовательностяхМетилирование в D-loop в основном происходит в области промоторов и CSB участков
Метилирование может регулировать транскрипцию и/или репликацию мтДНК
Метилирование мтДНК может быть связано со старением, канцерогенезом, некоторыми заболеваниями.
