KomparKomparttmentalizacementalizace interfazníchinterfazních jaderjader Morfologické a jaderněMorfologické a jaderně--topografické aspektytopografické aspekty buněčné diferenciace.buněčné diferenciace. ApoptózaApoptóza a struktura chromatinu.a struktura chromatinu. CytoskeletCytoskelet a jadernáa jaderná matrixmatrix -- studiumstudium cytoskeletucytoskeletu pomocí mikroskopie spomocí mikroskopie s vysokýmvysokým rozlišením.rozlišením. BAC/PAC knihovny a jejich využití pro FISHBAC/PAC knihovny a jejich využití pro FISH technikutechniku Epigenetické procesy probíhající vEpigenetické procesy probíhající v buněčnýchbuněčných jádrech.jádrech. Cytogenetické a jaderněCytogenetické a jaderně--topografické změny utopografické změny u vybraných typů nádorů.vybraných typů nádorů. Patofyziologie,Patofyziologie, cytogenetikacytogenetika a jadernáa jaderná topografie mnohočetnéhotopografie mnohočetného myelomumyelomu.. Buněčné jádroBuněčné jádro Struktura chromatinu vyššího řáduStruktura chromatinu vyššího řádu Eva BártováEva Bártová www.www.tqnyctqnyc..orgorg 146bp146bp 6060 bpbp CHROMATIN: materiál jader eukaryotních buněk; nukleoproteinový komplex tvořený DNA vázanou na histony a další bílkoviny. V nedělícím se jádru lze rozlišit euchromatin, kde probíhá transkripce, a heterochromatin, který je transkripčně inaktivní. . HISTONY: skupina basických bílkovin v jádře eukaryotních buněk, kde vytvářejí reversibilní komplexy s DNA. Rozlišuje se pět typů histonů: H1, H2A, H2B, H3 a H4. Histony H2A, H2B, H3 a H4 tvoří vždy ve dvou kopiích oktamery, kolem nichž se obtáčí dvojšroubovicová DNA; tento útvar se nazývá nukleosom. Histon H1 je přítomen v menším množství než ostatní histony, a ačkoli je též vázán na DNA, není součástí nukleosomů. Histony se tak podílejí na uspořádání DNA v eukaryontním chromosomu do vlákna vyššího řádu. NUKLEOSOMNUKLEOSOM Histone signature Brno nomenclature for histone modifications (Turner, 2005) CTCT--IC MODELIC MODEL (T.(T. CremerCremer)) Chromatinové meziprostoryChromatinové meziprostory T.T. CremerCremer groupgroup,, MunichMunich NuclearNuclear compartments:compartments: 1.1. NucleolusNucleolus 2.2. SplicingSplicing specspeckklesles 3.3. CajalCajal bodiesbodies 4.4. PMLPML bodiesbodies 5.5. snRNPsnRNP specspeckklesles AndersenAndersen etet alal.,., NatureNature, 2005, 2005 HP1HP1 proteinsproteins Kondenzace chromatinuKondenzace chromatinu Figure 23-38, p. 1094, Molecular Cell Biology, 3rd ed., Lodish, et al., copyright 1995, Typy chromozomů:Typy chromozomů: metmetaa-- ssubmetaubmeta--,, akrocentrickakrocentrickéé pp qq TranscriptomeTranscriptome map (map (CaronCaron etet alal., 2001)., 2001) HSA 18HSA 18 andand 19 (19 (positioningpositioning andand genegene densitydensity)) T.T. CremerCremer groupgroup,, MunichMunich Telomeres ((TTAGGGTTAGGG sequencesequence andand differentdifferent proteinsproteins)) Telomerase is composed of two subunits, Telomerase Reverse Transcriptase (hTERT, the 'h' is for human) and hTR (Telomerase RNA). These two subunits are coded for by two different genes in the genome. Using hTR template, hTERT can add a six nucleotide repeating sequence, 5'-TTAGGG to the 3' strand of chromosomes. This repeating TTAGGG sequence is called the telomere. The template region of hTR is 3'-CCCAAUCCC - 5’. StrukturaStruktura chromatinuchromatinu aa jedernjederné procesyé procesy Pozdně a časně se replikující chromatinPozdně a časně se replikující chromatin T.T. CremerCremer groupgroup,, MunichMunich ReplikaReplikačníční ohniskaohniska DNA repair foci TRANSKRIPCE: přepis, biosynthesa řetězce RNA podle templátového řetězce DNA, přičemž jednotlivé nukleotidy jsou připojovány na základě komplementarity (viz base nukleových kyselin). Klíčovým enzymem této synthesy je RNA-polymerasa. Transkripce probíhá ve třech stupních: a) iniciace (zahájení), kdy se RNA-polymarasa váže na specifickou sekvenci DNA (viz promotor) a přesunuje se k místu, kde začíná vlastní synthesa; b) elongace, kdy se RNA-polymerasa posunuje podél řetězce DNA, uvolňuje kódující řetězec a podle templátového řetězce postupně synthetisuje novou RNA tím, že na volnou 3´-OH skupinu ribosy připojuje komplementární nukleotidy, jejichž donorem jsou nukleosidtrifosfáty; vznikající RNA se postupně uvolňuje od komplexu s DNA a dvojitý helix DNA se samovolně obnovuje; c) terminace (ukončení synthesy a úplné uvolnění RNA) je signalisováno zvláštními sekvencemi ve struktuře DNA, které jsou rozpoznávány bílkovinami, tzv. terminačními neboli ρ (ro) faktory. Řízení transkripce jednotlivých genů patří k nejdůležitějším mechanismům regulace enzymové aktivity a diferenciace buněk. Transcription factoriesTranscription factories CisCis acting elementsacting elements:: Enhancers, LCREnhancers, LCR TransTrans acting elements: proteins,acting elements: proteins, IkorosIkoros,, HHelioselios, HP1, HP1 proteinsproteins Alternative splicing is a form of epigenetic mechanism that enables a single gene to give rise to multiple, differentially spliced versions of a protein, increasing complexity without a change in the genome. AA--typetype laminslamins Faktory sestřihu jsou v SCFaktory sestřihu jsou v SC--3535 doménách, dáledoménách, dále snRNPsnRNP U1U1--U6 jsouU6 jsou součástí faktoru sestřihu SF2/ASFsoučástí faktoru sestřihu SF2/ASF LucoLuco etet alal., Science (2010)., Science (2010) BartovaBartova groupgroup Note: Interleukin-1beta pre-mRNA splicing proceeds in cytoplasm of enucleated platelets (Denis M. et al., 2005). VolpiVolpi etet alal., 2000., 2000 MHC on HSA 6MHC on HSA 6 ActiveActive // inactiveinactive chromatinchromatin T.T. CremerCremer groupgroup,, MunichMunich IMTERMINGLING ScheuermannScheuermann etet alal., Exp. Cell., Exp. Cell ResRes. (2004). (2004) G1G1 G2G2 Rb1 geneRb1 gene BártováBártová etet alal., 2002., 2002 GenesGenes inin humanhuman embryonicembryonic stemstem cellscells TranscriptomeTranscriptome map (map (CaronCaron etet alal., 2001)., 2001) Enterocytic cell differentiation and RIDGE/ANTI-RIDGE Center of nucleusto-gene distances Gene-to-gene distances Gene-center of nucleus-gene angles 100* i i CH CR CS ==== 100* 2/)( 21 21 CHCH RR SS ++++ ==== 21 21 * * )cos( CRCR CRCR ====αααα R1 R2 H2 H1 GajduškováGajdušková P.P. T.T. CremerCremer groupgroup HarničarováHarničarová etet alal., 2005., 2005 HSA 8HSA 8 andand relatedrelated structuresstructures NucleolusNucleolus NORNOR 400 (400 (540540)) rDNArDNA genůgenů FIBRILÁRNÍ CENTRUM (FC):FIBRILÁRNÍ CENTRUM (FC): zodpovídá za změny v buněčné aktivitězodpovídá za změny v buněčné aktivitě DENSE FIBRILAR COMPONENT (DFC):DENSE FIBRILAR COMPONENT (DFC): místo syntézymísto syntézy ribozomálníchribozomálních podjednotekpodjednotek GRANULAR COMPONENTS:GRANULAR COMPONENTS: ukotvuje DFC a FCukotvuje DFC a FC TvorbaTvorba ribozomůribozomů je komplexní proces zahrnujícíje komplexní proces zahrnující transkripci 45Stranskripci 45S prekurzoricképrekurzorické rRNArRNA, její, její vyzrávání, modifikaci a asociaci svyzrávání, modifikaci a asociaci s ribozomálnímiribozomálními proteiny a 5Sproteiny a 5S rRNArRNA, která se syntetizuje mimo, která se syntetizuje mimo jadérko. Vyzráváníjadérko. Vyzrávání rRNArRNA probíhá vprobíhá v procesomuprocesomu,, který obsahuje mnoho komplexů akterý obsahuje mnoho komplexů a snRNAsnRNA SUV39h-independent association of HP1ββββ with fibrillarinpositive nucleolar regions Epigenetics of Nucleoli human mouse Fibrillarin/chromocenters Differencies between epigenetics of nucleoli and surrounding chromatin HP1HP1ββ MEF cellsMEF cells Yuan et al. ( 2007) Bártová et al., JHC (2009) Epigenetics of nucleoli ZÁVĚRZÁVĚR Struktura chromatinu hrajeStruktura chromatinu hraje důležitou úlohu v regulacidůležitou úlohu v regulaci jaderných procesů jako je replikace,jaderných procesů jako je replikace, transkripce, sestřihtranskripce, sestřih a DNA reparace.a DNA reparace.