Issuu on Google+

Epigenetica ď ľ

Een paradigma verschuiving


Nederlandse Hongerwinter 44-45


Milieu Effecten tot in 4e generatie 

Kinderen van moeders uit hongerwinter met honger in 1 e 3mnd:

Vaker obesitas op volwassen leeftijd

Vaker mentale problemen tot in volwassen leeftijd

Hun kinderen: de kleinkinderen blijken ook sommige van deze effecten te hebben!

De effecten van de hongerwinter worden overgeerfd!

Recent (dec 2013) werd aangetoond dat muizen die getraind werden bang te zijn voor kersengeur dit tot in de derde generatie doorgaven (Nature neuroscience)

Bij eerdere proeven met muizen konden tot in 4 e generatie verworven eigenschappen worden doorgegeven


Darwin versus Lamarck Darwin 

Evolutie door selectie van al aanwezige eigenschappen Gunstige eigenschappen zullen steeds vaker voorkomen Verworven eigenschappen zijn nooit erfelijk: staat ook in alle schoolboeken

Lamarck 

Evolutie door verwerven van eigenschappen

Herhaalde blootstelling aan milieufactoren leidt tot aanpassingen.

Deze zijn deels erfelijk


Eerherstel voor Lamarck!


Van top tot teen, van begin tot eind 

In alle cellen van top tot teen is het DNA hetzelfde

Toch zijn de verschillen groot

Alle cellen beginnen uit een zygote

Maar specialiseren zich

Dit gebeurt ook door epigenetische effecten

De weg terug is erg moeilijk

Kweken van stamcellen lukt wel steeds beter

Kanker ontstaat ook uit een soort terugprogrammering naar stamcelsituatie


Even terug naar het DNA


Van DNA naar eiwit 

DNA is a.h.w. de handleiding voor de cel

Het ligt in de kern en moet goed geconserveerd blijven

Voor eiwitproductie wordt eerst een kopie gemaakt van het betrokken gen

Dat is een soort DNA, maar chemisch iets afwijkend: mRNA

Dit brengt het voorschrift naar het cytoplasma

Hier wordt het gedecodeerd/afgelezen

Er ontstaat een specifiek eiwit


Translatie


Het translatieproces


Introns en exons 

In de jaren 70 ontdekt

Nobelprijs in 1993 voor Robert en Sharp

Alleen bij hogere organismen

Alleen exons van belang voor eiwitvorming

Veel Later blijken ook de RNA introns van belang


Moleculaire epigenetica Niet bij prokaryote organismen (bacterien) Daarbij is het zgn. Jaco-Monod model van feedbackregulatie ontdekt En bevestigd bij alle organismen Lang is gedacht dat dit het enige systeem was.


Maar…. 

Door vergelijkend DNA onderzoek blijkt:  Dat

b.v. een eenvoudige platworm ongeveer evenveel coderende genen heeft als een mens!

 98%

van het menselijk genoom niet codeert voor eiwitten

 Dit

noemde men nonsense of junk DNA

 Van

het wel coderende DNA grote delen (introns) ook niet coderen voor eiwitten, weggeknipt worden


EN… 

De hoeveelheid nonsense DNA groter is bij hogere diersoorten (en planten)

Is dat dan het onderscheid tussen lage en hogere organismen (op DNA niveau) ?

Veel wijst daarop

B.v. bij de mens komen juist in de hersenen de meeste epigenetische effecten voor


De moleculaire verklaring voor epigenetische effecten 

Methylering van CG volgordes in het DNA

Histon modificaties van het chromatine

Junk DNA codeert wel zinvol voor bijzondere ncRNA’s:  Lang

RNA

 microRNA  introns


Methylering van DNA: 

Blijkt van essentieel belang in de regulatie van genactivitiet

Het enzym dat methylgroepen toevoegt heet DNMT

Dit voegt methylgroepen toe alleen aan CG volgordes

Deze komen veel voor in de zgn. promotor regio’s van genen

Methylgroepen roepen een cascade van reacties op

Waardoor het chromatine inrolt: compact wordt

En daardoor niet meer goed afleesbaar is

Het betrokken gen wordt geïnactiveerd


Binding van methylgroepen in promotor gebied


Het effect van methylering is een cascade van gebeurtenissen


Methylering van DNA wordt doorgegeven bij celdeling!


Genactiviteit t/m inactivering (methylering) blijkt erfelijk! 

Ook in de geslachtscellen en in de jonge embryonale cellen blijken methyleringen te worden doorgegeven!

De meeste methylering verdwijnt bij de vorming van voortplantingscellen en in de zygote, maar niet alles!

Methylering staat o.i.v. allerlei milieuomstandigheden zoals stress, voeding , ziektes, roken, alcohol gebruik etc.

Zo kan verklaard worden dat zelfs kleinkinderen van hongerwinter moeders nog neiging tot obesitas hebben: hun genen voor voedingsefficientie staan meer ingeschakeld.


Niet alleen methylering van DNA 

Acetylering van histonstaarten activeert genactiviteit door ontrollen van het chromatine

Zo zijn inmiddels minstens 50 andere factoren ontdekt.

Histon modificatie is meer de finetuning , meer tijdelijk dan methylering


Acethyleringen van histonen


NC DNA : nog een paradigma verschuiving 

Tot 20 jaar geleden was de opinie:

DNA is de code voor eiwitten=eigenschappen

Echter slechts 2% blijkt coderend bij de mens

De rest noemde men nonsense DNA

Voor een groot deel blijkt dat nonsense

Veel ncDNA codeert wel degelijk

Maar niet voor eiwit, maar voor RNA


Aandeel ncDNA


Overzicht van het totale DNA 

2% coderend voor eiwit (waarvan de helft introns!)

45% transposons

De rest voor ncRNA


Transposons: springende genen


Verschillende soorten nc RNA ď ľ

Lang minstens 200 base paren

ď ľ

Kort 20-24 base paren

ď ľ

Introns lengte variabel, spelen regulerende rol, nog niet veel over bekend


Lang ncRNA 

Minstens 30.000 genen hiervoor inmiddels gelocaliseerd!

Blijft meestal binnen chromosoom zelf en inactiveert

Bij langdurige inactivatie trekt het methylschrijvers aan

De eerst ontdekte: Xist (1992): dit inactiveert een X-chrs. Bij vrouwen. Het gen werd gevonden, een eiwit echter niet!

Vaak betrokken bij imprinting: een gen van vader of moeder wordt zo geïnactiveerd: zie o.a. Prader Willy en Angelman syndroom


Micro en Si-RNA


Micro-ncRNA en Si-RNA 

Veel korter: meestal 20-24 base-paren lang

Werkt vooral regulerend

Door komplementaire binding aan mRNA

Worden ook doorgegeven via zaadcellen en eicellen en dus erfelijk!


Ziektes en epigenetische factoren 

Ziekte van Rett

Prader Willy syndroom

Angelmann syndroom: funny puppets

Alcoholgebruik tijdens zwangerschap verandert methylering in embryo bij muizen

Overvoeding in kinderjaren bij jongens leidt tot meer diabetes in 2 e generatie bij mensen!

Misbruik in kinderjaren leidt tot stressgevoeligheid later door verhoogde methylering van cortisol receptor gen in hypocampus


Ziekte van Rett


Ziekte van Rett en epigenetica 

Deze ernstige ziekte komt vooral voor bij meisjes

Het wordt veroorzaakt door een mutatie van een gen op het Xchromosoom. Jongens hebben maar een X-chrs en dan is de mutatie dodelijk

Nu komt het:

Het gemuteerde gen heet MECP2 en codeert voort het eiwit methyl CpG binding protein

Het normale eiwit bindt aan methyl groepen op het DNA molecuul

En deze methyl groep is een belangrijke schakel in epigenetische effecten


Met als gevolg: 

Een eiwit dat de methylgroepen moet herkennen werkt niet goed.

Gevolg dat genen ongewenst meer tot expressie komen

Daardoor te veel van bepaalde eiwitten

Verstoorde celstofwisseling.

Blijkt in hersenen van opgroeiende kinderen funest

MECP2 gen komt vooral in hersenen tot expressie


Misschien te genezen?


Two of a kind: Pader Willy en Angelman 

Beide betreft dezelfde deletie van chromsoom 15

Bij Prader Willy is het een mutatie bij de vader

Bij Angelman bij de moeder

Hetzelfde DNA!! Hoe kan dat?

IMPRINTING!!= een van beide genen is uitgeschakeld door methylering

Bij deze ziekte gaat het om twee genen: bij de ene ziekte is het vaderlijk gen uitgeschakeld, bij de andere het moederlijk gen


Imprinting: 

Of het moederlijke gen is uitgeschakeld of het vaderlijk gen

Het betreft ca 1% van de genen.

Deze imprinting kan worden overgeërfd!

Bij de meeste genen wordt de methylering verwijderd bij de vorming van de geslachtscellen en de zygote

Deels echter niet!

Zaadcellen dragen imprintingen die groei van placenta en embryo sterk stimuleren

Eicellen bevatten imprintingen die dat juist afremmen


Dolly in de problemen (96-03) 

Dolly had allerlei problemen en stierf jong

Bij klonen worden volwassen kernen van de donor gebruikt

Vol met epigenetische merktekens

De jongen van een kloon echter zijn gezond!


Het kloon probleem 

Klonen van dieren gebeurt met “volwassen”celkernen

Dat DNA is epigenetisch sterk geprogrammeerd

Resetten in een lab. lukt slecht

De klonen nemen epigenetische kenmerken van de oudere donor mee en zijn vaak niet gezond

Hun jongen echter zijn wel gezond omdat hun eicellen en zaadcellen geschoond worden van de epigenetische kenmerken


Samenvatting

Oude beeld tot jaren 90

Huidig beeld

DNA codeert voor eiwitten:

Eiwitten zijn alles bepalend voor onze eigenschappen

DNA codeert veel meer voor RNA enzymen dan voor eiwitten

Deze reguleren DNA expressie

Deze expressie is soms erfelijk

Op moleculair niveau: door methylering DNA en door etikettering van histonen

98% van ons DNA dient nergens voor: junk DNA Erfelijke factoren worden niet beinvloed door omgeving


Epigenetica een paradigma verschuiving 2003