EpigenetikEpigenetik

ve ve

EpigenomikEpigenomik

EPEPİİGENETGENETİİKK

�� DNA DNA dizisindeki dedizisindeki değğiişşimlerle imlerle

aaççııklanamayan, mitoz ve/veya klanamayan, mitoz ve/veya mayozmayoz

bbööllüünme ile nme ile kalkalııttıılabilinenlabilinen, gen , gen

fonksiyonundaki defonksiyonundaki değğiişşiklikler. iklikler.

�� DNA DNA metillenmesimetillenmesi..

�� HistonHiston modifikasyonlarmodifikasyonlarıı..

�� Geri Geri ççevrilebilir.evrilebilir.

Gen Gen İİfadesi ve Kromatinfadesi ve Kromatin

�� Kromatin yapKromatin yapıı ssııkkıılalaşışıp yop yoğğunlaunlaşşttığıığında nda (sessiz) genler (sessiz) genler inaktiveinaktive olur.olur.

�� Kromatin yapKromatin yapııssıı gevgevşşeyerek aeyerek aççııldldığıığında nda (aktif) ise genler aktif olarak ifade edilir. (aktif) ise genler aktif olarak ifade edilir.

�� DNA DNA metilasyonumetilasyonu ve ve histonhiston modifikasyonlarmodifikasyonlarııile saile sağğlanan lanan epigenetikepigenetik paternlerpaternler ile ile gergerççekleekleşştirilir. tirilir.

DNA DNA MetilasyonuMetilasyonu

�� CpGCpG adacadacııklarklarıında ve nda ve sitozininsitozinin 5 numaral5 numaralııkarbonunda meydana getirilir.karbonunda meydana getirilir.

�� CanlCanlııdan canldan canlııya ve dokudan dokuya gya ve dokudan dokuya gööre re dedeğğiişşir.ir.

�� Genlerin Genlerin promotorpromotor bböölgelerindeki lgelerindeki metilasyonmetilasyonseviyesinin dseviyesinin düüşşüük olmask olmasıı aktif gen ifadesi ile aktif gen ifadesi ile korelasyon gkorelasyon gööstermektedir.stermektedir.

�� DNADNA’’nnıın de n de novonovo metilasyonumetilasyonu ve bu ve bu metilasyonunmetilasyonun devamldevamlııllığıığınnıın san sağğlanmaslanmasıında nda DNMTDNMT’’lerler ggöörevlidir.revlidir.

�� DNMT1, DNMT2, DNMT3a, DNMT3b ve DNMT1, DNMT2, DNMT3a, DNMT3b ve DNMT3L.DNMT3L.

�� DNMT1DNMT1→→““maintenancemaintenance methyltransferasemethyltransferase””

�� DNMT3a, DNMT3b DNMT3a, DNMT3b →→ de de novonovo metiltransferazlarmetiltransferazlar

DNA DNA MetilasyonuMetilasyonu ve Gen ve Gen İİfadesifadesi

�� Genlerin Genlerin promotorpromotor bböölgelerindeki lgelerindeki metillenmemetillenme, transkripsiyon fakt, transkripsiyon faktöörlerinin rlerinin tantanııma bma böölgelerinde delgelerinde değğiişşikliklere neden ikliklere neden olur.olur.

�� Gen ifadesinin baskGen ifadesinin baskıılanmaslanmasıı..

MetillenmeninMetillenmenin dolaysdolaysıız etkisiz etkisi

�� MetillenmeMetillenme sonucu olusonucu oluşşan tanan tanııma ma bböölgelerindeki lgelerindeki histonlarhistonlarıınn deasetilasyonudeasetilasyonugen ifadesini baskgen ifadesini baskıılayan bir kromatin layan bir kromatin yapyapııssıına yol ana yol aççar. ar.

HistonHiston ModifikasyonlarModifikasyonlarıı

�� HistonHiston proteinlerinin bazik aminoproteinlerinin bazik amino--terminal terminal uuççlarlarıı nnüükleozomdankleozomdan ççııkkııntntıılar yapar ve bir lar yapar ve bir taktakıım postm post--translasyoneltranslasyonel modifikasyonlara modifikasyonlara uuğğrayabilir.rayabilir.

�� HAT(HAT(histonehistone asetilasetil transferaztransferaz))’’larlar taraftarafıından ndan asetillenmeasetillenme..

�� HMT(HMT(histonhiston metil metil transferaztransferaz))’’larlar taraftarafıından ndan metillenmemetillenme..

�� HistonlarHistonlar üüzerinde yapzerinde yapıılan bu delan bu değğiişşiklikler, iklikler, kromatinin yapkromatinin yapııssıınnıın gevn gevşşek ya da sek ya da sııkkıı olma olma durumunu etkileyerek gen ifadesinde durumunu etkileyerek gen ifadesinde regulatregulatöörr rol oynar.rol oynar.

�� ÖÖrnerneğğin, in, asetilasetil gruplargruplarıı histonlardakihistonlardaki (+) (+) yyüükküü nnöötralize ederek tralize ederek histonlarhistonlar ve DNA ve DNA arasarasıındaki elektrostatik etkilendaki elektrostatik etkileşşimleri imleri zayzayııflatflatıır.r.

�� H3 ve H4 H3 ve H4 histonlarhistonlarıınnıınn lizinlizin rezidularrezidularıındanndanasetillenmesiasetillenmesi aktif kromatinle korelasyon aktif kromatinle korelasyon ggöösterir.sterir.

�� DeasetilasyonDeasetilasyon ise kromatinin daha sise kromatinin daha sııkkıı bir bir şşekilde paketlenerek genlerin ekilde paketlenerek genlerin inaktivasyonunainaktivasyonuna yol ayol aççar. ar.

�� HistonHiston lizinlizin metilasyonumetilasyonu hangi hangi rezidudarezidudaolduolduğğuna guna gööre aktivasyon ya da re aktivasyon ya da inaktivasyonlainaktivasyonla sonusonuççlanabilir.lanabilir.

�� HistonlardakiHistonlardaki spesifik modifikasyonlar, spesifik modifikasyonlar, transkripsiyoneltranskripsiyonel olarak aktif ve olarak aktif ve inaktifinaktifkromatinin belirlenmesinde bir kromatinin belirlenmesinde bir ççeeşşit it ““markermarker””olarak kullanolarak kullanıılabilir labilir

�� HistonlardakiHistonlardaki modifikasyonlarmodifikasyonlarıın ve DNA n ve DNA metilasyonununmetilasyonunun birlikte birlikte ççalalışışarak gen arak gen ifadesinin durumunu belirlediifadesinin durumunu belirlediğği ve bu i ve bu şşekilde ekilde hhüücrenin yazgcrenin yazgııssıınnıın belirlenmesinde n belirlenmesinde öönemli nemli rol oynadrol oynadığıığı kabul edilmektedir.kabul edilmektedir.

EpigenikEpigenik PaternlerePaternlere ÇÇevresel Etkievresel Etki

�� DNA DNA metilasyonmetilasyon paternleripaternleri beslenmedeki beslenmedeki dedeğğiişşiklikler, genetik iklikler, genetik polimorfizmlerpolimorfizmler ve ve karkarşışılalaşışılan kimyasallara balan kimyasallara bağğllıı olarak olarak dalgalanma gdalgalanma göösterebilir.sterebilir.

�� DDüüşşüük k folatefolate, , metiyoninmetiyonin ya da ya da seleniumseleniumalalıımmıı sonucunda DNA sonucunda DNA metilasyonundametilasyonundadedeğğiişşiklikler oluiklikler oluşşabilir.abilir.

EpigenetikEpigenetik BozukluklarBozukluklarıın Klinik n Klinik

SonuSonuççlarlarıı

�� EpigenetikEpigenetik paternpatern geligelişşim sim süürecinde recinde oluoluşşturulur ve normalde bireyin tturulur ve normalde bireyin tüüm yam yaşşamamııboyunca korunur.boyunca korunur.

�� EpigenetikEpigenetik paternlerdepaternlerde meydana gelebilecek meydana gelebilecek dalgalanmalar dalgalanmalar konjenitalkonjenital bozukluklara, bozukluklara, multisistemmultisistem pediyatrikpediyatrik sendromlara ya da sendromlara ya da sonradan ortaya sonradan ortaya ççııkabilecek kanser ve kabilecek kanser ve nnöörodejenerasyonlararodejenerasyonlara yatkyatkıınlnlıık sak sağğlayabilir. layabilir.

Kanser ve Kanser ve EpigenetikEpigenetik TerapiTerapi

�� Kanser, genetik ve Kanser, genetik ve epigenetikepigenetik hatalarhatalarıın n birikimiyle ortaya birikimiyle ortaya ççııkan kan ççok basamaklok basamaklıı bir bir durumdur.durumdur.

�� DNA DNA metilasyonundakimetilasyonundaki dedeğğiişşiklikler kanserle iklikler kanserle iliilişşkili genlerin ifadesinde dekili genlerin ifadesinde değğiişşikliklere ikliklere neden olur.neden olur.

�� DNA DNA hipometilasyonuhipometilasyonu onkogenlerionkogenleri aktive aktive eder ve kromozom yapeder ve kromozom yapııssıınnıın kararln kararlııllığıığınnııyitirmesine neden olur.yitirmesine neden olur.

�� DNA DNA hipermetilasyonuhipermetilasyonu ttüümmöör baskr baskıılaylayııccııgenlerin susturulmasgenlerin susturulmasıına yol ana yol aççar.ar.

�� Farelerde kanser oluFarelerde kanser oluşşumuna karumuna karşışı DNMT1 DNMT1 inhibitinhibitöörlerinin barlerinin başşararııyla uygulanmyla uygulanmışışttıır.r.

�� Kanser hKanser hüücrelerinde, crelerinde, histonlardakihistonlardaki lizinlerinlizinlerinasetilasyonundaasetilasyonunda ve ve metilasyonundametilasyonunda artartışış ve ve azalmalar olmaktadazalmalar olmaktadıır.r.

�� H4H4--K16 K16 asetilasyonununasetilasyonunun ve H4ve H4--K20K20’’deki deki trimetilasyonuntrimetilasyonun ortadan kaybolmuortadan kaybolmuşştur.tur.

�� FarklFarklıı kanser tiplerinde, hatta aynkanser tiplerinde, hatta aynıı kanser kanser tipinin detipinin değğiişşik evrelerinde farklik evrelerinde farklıı histonhistonmodifikasyon modifikasyon paternleripaternleri ggöörrüüllüür.r.

�� DNA DNA metiltransferazlarmetiltransferazlar ile ile histonhistondeasetilazlardeasetilazlar gibi enzimlerin gibi enzimlerin inhibisyonuinhibisyonu ile ile ttüümmöörr--supressupresöörr genlerinin genlerinin epigenetikepigenetik olarak olarak susturulmassusturulmasıı engellenmesi ya da bu engellenmesi ya da bu genlerin yeniden aktivasyonu sagenlerin yeniden aktivasyonu sağğlanabilir.lanabilir.

�� EpigenetikEpigenetik inhibisyoninhibisyon iiççin geliin gelişştirilmekte olan tirilmekte olan ilailaççlarlarıın ana hedefleri DNA metil n ana hedefleri DNA metil transferazlartransferazlar ve ve histonhiston deasetilazlarddeasetilazlardıırr

�� DNA DNA metilasyonmetilasyon markerlarmarkerlarıı kanserin kanserin ssıınnııflandflandıırrıılmaslmasıı ve saptanmasve saptanmasıında nda kullankullanıılabilir.labilir.

�� Genlerin Genlerin promotorundakipromotorundaki metilasyonmetilasyon durumu durumu genel genel prognozprognoz ya da belirli bir terapiye ya da belirli bir terapiye cevabcevabıı ööngngöörmek irmek iççin incelenebilir.in incelenebilir.

�� Metastaz iMetastaz iççin Ein E--cadherincadherin (CDH1) geninin (CDH1) geninin promotorundapromotorunda hipermetilasyonunhipermetilasyonun öön kon koşşul ul olduolduğğu du düüşşüünnüülmektedir. lmektedir.

�� EpigenetikEpigenetik ilailaççlar, bozulmular, bozulmuşş heterokromatikheterokromatikbböölgeleri hedefleyerek, tlgeleri hedefleyerek, tüümmöörr--supressupresöörrgenlerin ve/veya hgenlerin ve/veya hüücrenin normal crenin normal fonksiyonu ifonksiyonu iççin gerekli olan diin gerekli olan diğğer genlerin er genlerin yeniden aktivasyonunu sayeniden aktivasyonunu sağğlarlar.larlar.

�� Bu ilaBu ilaççlar tek balar tek başşlarlarıına ya da dina ya da diğğer er terapikterapikyyööntemler veya ilantemler veya ilaççlarla birlikte kullanlarla birlikte kullanıılabilir.labilir.

�� KemopreventifKemopreventif yaklayaklaşışımlar.mlar.

�� EEğğer er ““epimutasyonepimutasyon””larlar ddüüzeltilebilirse, zeltilebilirse, bireyde tbireyde tüümmöör olur oluşşumu geciktirilebilir hatta umu geciktirilebilir hatta tamamen engellenebilir. tamamen engellenebilir.

YaYaşşlanmada lanmada EpigenetikEpigenetik

DeDeğğiişşiklikleriklikler

�� DNA DNA metilasyonundakimetilasyonundaki azalma ve artmalarazalma ve artmalarıın n yayaşşlanma slanma süüreciyle ilireciyle ilişşkili oldukili olduğğu u ggöörrüülmektedir.lmektedir.

�� YaYaşşllıı bireylerde gbireylerde göörrüülen kanser, len kanser, nnöörodejenerasyonlarrodejenerasyonlar ve ve otoimmotoimmüünnbozukluklarda rol oynadbozukluklarda rol oynadığıığı ddüüşşüünnüülmektedir. lmektedir.

NNööropsikriyatrikropsikriyatrik BozukluklarBozukluklar

�� Psikiyatrik, otistik ve Psikiyatrik, otistik ve nnöörodejenaratifrodejenaratifbozukluklarda bozukluklarda epigenetikepigenetik dedeğğiişşikliklerin rolikliklerin rolüüüüzerine zerine ççalalışışmalar bamalar başşlamlamışışttıır.r.

�� ŞŞizofreni ve davranizofreni ve davranışış bozuklubozukluğğu u hastalhastalııklarklarıında, DNMT genleri.nda, DNMT genleri.

EPEPİİGENOMGENOMİİKK

�� TTüüm genom m genom ççapapıında, meydana gelen nda, meydana gelen epigenetikepigenetikmodifikasyonlarmodifikasyonlarıı inceler.inceler.

�� EpigenetikEpigenetik bilgi dobilgi doğğasasıı geregereğği i multiplekstirmultiplekstir..

�� Kantitatiftir. Kantitatiftir.

�� Genomundaki regGenomundaki regüülatlatöör dizilerin fonksiyonunun r dizilerin fonksiyonunun anlaanlaşışılmaslmasıında katknda katkıı sasağğlayabilir. layabilir.

�� DNADNA’’nnıın n nnüükleuskleus iiççindeki topolojik indeki topolojik konformasyonununkonformasyonunun epigenetikepigenetik olarak kontrol olarak kontrol edildiedildiğği di düüşşüünnüülmektedir.lmektedir.

DNA DNA MetilasyonMetilasyon ÇÇalalışışmalarmalarıı

�� DNADNA’’nnıın n metilasyonametilasyona duyarlduyarlıı bir bir restriksiyonrestriksiyonendonendonüükleazkleaz ile kesilmesi.ile kesilmesi.

�� DNADNA’’nnıın sodyum bisn sodyum bisüülfat ya da lfat ya da metabismetabisüülfatlfatile kimyasal olarak modifikasyonu.ile kimyasal olarak modifikasyonu.

�� 55--metilsitozininmetilsitozinin imimüünopresipitasyonunopresipitasyonu ile ile genomun metilenmigenomun metilenmişş ve ve metillenmemimetillenmemişşbböölgelerinin birbirinden ayrlgelerinin birbirinden ayrıılmaslmasıı..

RestriksiyonRestriksiyon enzimlerinin enzimlerinin kullankullanıımmıına dayalna dayalıı teknikler teknikler

�� ““RestrictionRestriction landmarklandmark genomegenome scanningscanning””(RLGS).(RLGS).

�� MetilasyonaMetilasyona duyarlduyarlıı NotINotI enzim kesiminden enzim kesiminden elde edilen elde edilen fragmentlerinfragmentlerin biyotinlebiyotinleiişşaretlenmesinden sonra BAC aretlenmesinden sonra BAC arraylerindearraylerindehibridizasyonuhibridizasyonu..

�� HELP (HELP (HpaIIHpaII tinytiny fragmentfragment enrichmentenrichment bybyligationligation--mediatedmediated PCR).PCR).

�� DNADNA’’nnıın n bisbisüülfitlelfitle muamele edilmesi, muamele edilmesi, sitozininsitozinin urasileurasile ddöönnüüşşmesine neden olur.mesine neden olur.

�� PCRPCR’’dandan sonra yapsonra yapıılan DNA sekans lan DNA sekans analizinde analizinde metillenmemimetillenmemişş sitozinlersitozinler timin timin olarak okunur.olarak okunur.

�� MetilenmiMetilenmişş olanlar ise olanlar ise sitozinsitozin olarak kalolarak kalıır.r.

�� MeDIPMeDIP ((methlyatedmethlyated DNA DNA immunoprecipitationimmunoprecipitation).).

�� AntiAnti--metilsitozinmetilsitozin antibadileriantibadileri kullankullanıılarak larak metilenmimetilenmişş DNADNA’’nnıın genomdan izole n genomdan izole edilmesi saedilmesi sağğlanlanıır.r.

ChIPChIP ÇÇalalışışmalarmalarıı

�� ChromatinChromatin immunoprecipitationimmunoprecipitation..�� ChIPChIP, h, hüücrenin kromatin durumunun crenin kromatin durumunun

saptanmassaptanmasıında yaygnda yaygıın olarak n olarak kullankullanıılmaktadlmaktadıır.r.

�� DNA ve iliDNA ve ilişşkili oldukili olduğğu proteinlerin kimyasal u proteinlerin kimyasal muamele ile muamele ile ççapraz baapraz bağğlanmalarlanmalarıı sasağğlanlanıır.r.

�� DNADNA--protein kompleksleri aranan protein kompleksleri aranan histonhistonmodifikasyonuna uygun bir modifikasyonuna uygun bir antibadiantibadi ile ile immunopresipiteimmunopresipite edilir.edilir.

�� ChIPChIP on on chipchip ::microarraymicroarray ççipleriyle ipleriyle uygulanduygulandığıığında hnda hıızlzlıı ve save sağğllııklklıı analizler analizler yapyapıılabilmektedir.labilmektedir.

İİnsan nsan EpigenomEpigenom ProjesiProjesi

�� HumanHuman EpigenomeEpigenome ConsortiumConsortium..–– SangerSanger CenterCenter, , EpigenomicsEpigenomics AG ve AG ve TheThe CentreCentre

NationalNational de de GGéénotypagenotypage..

–– Kromozom 6 Kromozom 6 üüzerindeki MHC bzerindeki MHC böölgesinde lgesinde bulunan 150 bulunan 150 lokusulokusu incelediler ve araincelediler ve araşşttıırma 4 rma 4 kromozomu kapsayacak kromozomu kapsayacak şşekilde geniekilde genişşletildi.letildi.

�� EpigenomeEpigenome Network of Network of ExellenceExellence..–– 37 ara37 araşşttıırma grubu.rma grubu.

�� HEROICHEROIC–– HighHigh ThroughputThroughput EpigeneticEpigenetic RegulatoryRegulatory

OrganisationOrganisation in in ChromatinChromatin..

–– AB tarafAB tarafıından finanse ediliyor ve 11 akademik ndan finanse ediliyor ve 11 akademik merkez ile 2 merkez ile 2 şşirketi kapsirketi kapsııyor.yor.

EPEPİİGENOMGENOMİİKK

�� EpigenomikEpigenomik araaraşşttıırmanrmanıın amacn amacıı, genetik , genetik regregüülasyonulasyonu anlamak ve bunun hanlamak ve bunun hüücresel cresel bbüüyyüüme ve farklme ve farklıılalaşşmaya etki ile yamaya etki ile yaşşlanma lanma ve hastalve hastalııklardaki rolklardaki rolüünnüü aydaydıınlatmak olarak nlatmak olarak öözetlenebilir. zetlenebilir.