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Epigenetik und Chromatin (Fach) / VL9 (Lektion)

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• Was sind Hox- Gene? - Masterregulatoren, die ein Netzwerk von downstream targets aktivieren, welche für Bildung von Organen/Strukturen zuständig sind - kodieren für TFs die Homöobox DNA- Bindedomäne haben: binden direkt an DNA - Expression der Hox-Gene in Segmenten git Information über Position der Körperteile an - Anordnung der Gene auf Chromosomen enspricht Anordnung der Expression auf anteriorer- posteriorer Axe
• Was ist eine Homöotische Transformation? Änderung der Segmentidentität
• 2 Beispiele für homöotische Transformation Bithorax: Mutation→ T3 (Fuß) Segment nimmt Identität von T2 (Flügel) an Fliege mit 2 Flügelpaaren, 2 Thoraxe →Bithorax Antennapedia: Mutation: Identität von Fresswerkzeugen ändert sich zu Beinen → Verschiebung Beine entstehen da wo Antennen sein sollten
• Homöotische Gene Gene, die die Segmentidentität der Längsachse des Drosophila Embryos festlegen
• Wie verhalten sich Polycomb und Trithorax zueinander? sind Gegenspieler stellen sicher dass Expression der Homöotischen Gene lokal korrekt ist ab mittlerem Embryonalstadium
• Polycomb- Mutation homozygot lethal heterozygot: zusätzliche Sexkämme an 2. und 3. Bein
• Was erzeugt homöotische Transformation? Mutation der PRC- Gene (etablieren silencing-marks auf Chromatin) - weil Kontrolle der Expression der homöotischen Gene verloren geht
• PRC2- Komplex macht... - methylierung von H3K27me3 - Deacetylierung - erzeugt neue Silencing-Marks auf Chromatin
• PRC2- Komplex besteht aus... 1. Enhancer of zeste: E(Z) → Enzym - SET- Domäne - HMT- Aktivität an H3K27 im Komplex mit esc/Su(z)12 - Marker für fakultatives Heterochromatin → repressed Chromatin 2. Extra sex Combs- esc Supressor of Zeste 12- Su(z)12 - verstärkt HMTase- Aktivität, bindet H3K27me3 3. Manchmal Rpd3: HDAC- Aktivität → repressed Chromatin 4. Nurf55: bindet Histone
• Wo bindet E(z)? Am Polycomb responsive Element (PRE) da binden DNA- Bindeproteine PRC1 und PRC2
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• PRC1 macht... reprimiert homöotische Gene wo sie nicht exprimiert werden sollen Erhalt des Transkriptionellen- Silencings - erzeugt Kompaktion, fakultatives Heterochromatin
• PCR1 besteht aus... 1. Polycomb- Pc - Chromodomäne, bindet H3K27me3 2. Polyhomeotic- Ph - bindet DNA, PP- Interaktionsdomäne, kompaktiert Chromatin 3. Posterior sex combs Psc 4. dRing1 - korreliert mit H2Aubi auf Xi Chromosom 5. Sce - bindet ubiquitiniertes H2Ak118, kompaktiert Chromatin, macht fakultatives Heterochromatin
• Was sind Polycomb Group Proteins (PcG)? - PRC1 und PRC2 sind PcGs! - sind beteiligt an er Hox- Gen- Expression - PRC1 und PRC2 binden nicht direkt an DNA sondern brauchen PcG DNA- Binde- Proteine - große Rolle bei Zellentwicklung - bei Überexpression: Tumor - sind beteiligt an X- Chromosom- Inaktivierung und adulten Stammzellen
• Rolle von PcG beim Menschen 1. Mutation kann zu Krebs führen, zB, Mutation von L27 zu Methionin 2. X- Chromosomen- Inaktivierung 3. PcG und TrxG- Komplexe in Stammzellen (Bivalenz): - Gene in pausiertem Zustand weil PcG und TrxG an Promotoren - Marker: K4 und K27 Methylierung - Repression und Aktivierung zugleich, je nach Differenzierung werden Gene reprimiert durch PcGs, oder aktiviert durch TrxG
• Trithorax Group - Gegenspieler von PcGs - Chromatinregulatoren assoziiert mit aktiver Transkription C-terminal: SET domain, methyliert H3K4 N- terminal: wird gebruacht für H3K27 Methylierung durch CBP Fsh: Homolog von Bromo-domain- Protein - bindet Acetyl- Lysin - BRD4 phosphoryliert PolII CTD am Ser2
• Effekt von TrxG auf Menschen 1. Loss- of- function- Mutation: - Fehlregulation der Genexpression - Leukämie: Fusionsproteine → MLL wird an falsche Stelle rekrutiert → Krebs Onkogene Transformationen durch Veränderungen der PcGs und TrxGs
• Postion-effect-variegation Variegation, welche durch die Inaktivierung eines Gens in manchen Zellen durch dessen abnormale Nähe zum Heterochromatin erzeugt wird Variegation= unterschiedlich gefärbte Abschnitte an Körperstellen
• Wie entsteht Position- effect- variegation des white-Gens? 1. Inversion des X- Chromosomes plaziert white-Gen in Nähe von Heterochromatin 2. Heterochromatin ist dynamisch und breitet sich aus, wohin ist zufällig 3. Reprimiert white-Gen durch Ausdehnung teilweise: manche Bereiche rot, manche weiß - Expressionszustand der zu diesem Zeitpunkt der Entwicklung vorlag sichtbar, wie bei Schildpatt-Katze rote Augen: white wird exprimiert Mutation in white: weiße Augen
• Kann 2. Mutation an anderem Gen-Ort Auge nach white- Mutation röter oder weißer machen? Ja, Muation der SETs (Suppressor of varriegation Enhancer of cest trithorax) - Su(var), E(z), TrxG SETs gehören zu E(var) und Su(var)s: E(var) Aktivator: Enhancer of variegation, Mutation verstärkt Silencing → ist Transkriptionsfaktor, bei Mutation wird white weniger exprimiert: weißer Su(var) Repressor: Supressor of variegation,  Mutation vermindert Silencing → bei Mutation Augen röter
• Nenne drei wichtige Beispiele fr Su(var)s und E(var)s! 1. Su(var)2-5 (HP1): lokalisiert am perizentrischen Heterochromatin protein bei polytänen Chromosomen - Chromodomäne erkennt methyliertes H3K9me2 und me3 (Methylierung wird vorher von Su(var)3-9 gemacht 2. Su(var)3-9: HKMT: methyliert H3K9, assoziiert zu Heterochromatin, bindet an HP1 3. E(z) (E(var)): mach H3K27me, me2 und me3, bei Nullmutation keine H3K27 in Hetero- oder Euchromatin
• Welche Arten von Chromatin- Regulatoren sind noch bei Drosophila bekannt? Boundary oder Insulator- Elements: 1. Barriere- Aktivität: trennen Transgen- Transkription von Heterochromatin 2. Blockieren von Enhancern: blockieren Interaktion zwischen Enhancer und Promotor wenn sie dazwischen liegen 3. Machen Chromatinschleife, da können Enhancer und Gen interagieren
• Beispiel für Boundary Element? Gypsy retrotransposon, beinhaltet Insulator- Sequenz
• Welche Proteine benötigt Gypsy Retrotransposon für Insulator Funktion? 1. Suppressor of Hairy wing (Su(Hw)): 12 Zink- Finger Protein → bindet Gypsy Insulator Sequenz 2. Modifier of mdg4- Mod(Mdg4), E(war)3-93D → BTB Domäne, Motiv aus Trithorax- like Proteinen 3. Su(Hw) und Mod(mdg4) binden Insulator Sequenzen um Insulator Körper zu bilden (3d loop Struktur)
• Wie wirkt Gypsy Retrotransposon? - Insertion zwischen Enhancer und Promotor von zB. yellow-Gen (für gelbe Abdomen-Farbe): Enhancer nicht an yellow aktiv Gypsy bindet an Zinkfinger Protein Su(Hw), das bindet an Mod(mdg4), CP190 → Chromatin- Domäne wird organisiert dadurch können enhancer und Promotor nicht interagieren Repression durch Chromatin- Schleifenbildung!
• Transvektion (trans-sensing effects) Intakter Enhancer von Allel 1 mit defektem Gen kann auf intaktes Gen von Allel 2 wirken, auch wenn dessen Enhancer defekt ist. - dann Aktivität! - abhängig von homologer Paarung der Chromosomen Phäntotypische Änderung ist abhängig von somatischer DNA- Paarung!!
• Wann geht Transvektions-Effekt verloren? 1. Große Deletion 2. beide Allele mutiert 3. große Inversion → keine Paarung 4. große Brüche nah am Zentromer

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