Remodelace chromatinu DNA je uspořádána do chromatinu 1. Ochrana DNA 2. Snížená dostupnost pro DNA vazebné proteiny: - transkripce - replikace - opravy DNA - rekombinace * Chromatin má velmi stabilní a odolnou strukturu. * Chromatin musí být reverzibilně flexibilní. * Základními jednotkami jsou nukleosomy. Mechanismy přestavby chromatinu * ATP-dependentní chromatin remodelující komplexy * Kovalentní modifikace histonů: - acetylace - metylace - fosforylace - ubikvitinace Kovalentní modifikace histonů * Acetylace, metylace, ubikvitinace zbytků lysinu (K) * Fosforylace zbytků serinu (S) a threoninu (T) * Metylace zbytků argininu (R) Acetylace histonů * Acetylace zbytků lysinu: celkem 26 různých možností na 1 nukleosom. * Rovnováha histon acetyl transferáz (HATs: Gcn5, CBP/p300, PCAF, SRC-1, ACTR, ESA1, MOZ, Tip60, TAF[250],..) a histon deacetyláz (HDACs - HDAC1 až 3 - homologní s RPD3, HDAC4 až 8 - homologní s HDA1). * Regulace: genové exprese sestavování nukleosomů rozlišení heterochromatinu a euchromatinu Acetylace histonů: sestavování nukleosomů (r) heterodimerizace H3/H4 (r) vznik tetrameru (H3/H4)[2] (r) vazba na DNA (r) heterodimerizace H2A/H2B (r) připojení k terameru (H3/H4)[2 ]1. Replikující se DNA : (H3/H4)[2] - CAF1 ("chromatin assembly factor 1"): interakce (H3/H4)[2] s CAF1 podmíněna acetylací histonu H4 na lys 5, 8 nebo 12 (ne 16!) nebo jejich kombinací 2. Vytvoření komplexu H2A/H2B - NAP1 ("nucleosome assembly protein 1") * cytoplasmatické HATs (typu B) Hat1, Hat2 - acetylují (lys 5, 12) volný H4 neuspořádaný do nukleosomů Acetylace histonů: rozlišení heterochromatinu a euchromatinu (r) Heterochromatin acetylován výlučně na lys 12 H4 (r) vazba komplexů RAP1 ("repressor/activator protein 1") a SIR ("silencing information regulator 2, 3, 4") (RAP1 se váže na telomerickou DNA) ? sestavování nukleosomů: acetylace H4 lys 5 a 12 heterochromatin: acetylace lys 12 ? 1. Pouze acetylace lys 12 H4 a znemožněna další acetylace heterochromatinu 2. Acetylace lys 5 i 12 a duplikace heterochromatinu spojena s deacetylací lys 5 (pravděpodobně za účasti HP1 ("heterochromatin protein 1"), CAF1 a příslušné HDAC Acetylace histonů: regulace transkripce * Acetylace histonů je spojena se vznikem tzv. otevřené struktury chromatinu a s aktivací transkripce. * Deacetylce histonů spojena s uzavíráním struktury chromatinu a s represí transkripce. * HATs a HDACs jsou přiváděny k cílovým sekvencím prostřednictvím sekvenčně specifických transkripčních faktorů ("wandering" X "targeted"). * Acetylace histonů brání uspořádání chromatinu do vyšších struktur; udržuje přepisovanou DNA rozvolněnou. Histon acetyl transferázy Gcn5 (y) - H3 lys 14, H4 lys 8 a 16 - součástí multiproteinových komplexů SAGA a Ada - potencují aktivitu, ovlivňují specifitu, součástí SAGA některé TAFs (TFIID U SAGA?) CBP/p300 - koaktivátory: CREB, E1A, jaderné receptory, c-Myb/v-Myb, c-Fos, c-Jun/v-Jun, Stat-1, Stat-2, GATA-1, p53, NF-kB,.. - integrátory PCAF - "p300/CBP associated factor", homologní s Gcn5, je součástí multiproteinového komplexu SRC-1, ACTR, ESA1, MOZ, Tip60, TAF[250] Acetylace nehistonových proteinů * Proteiny často acetylovány na N-konci TH N-acetyl transferázy (NATs), faktor acetyl transferázy (FATs) * některé HATs acetylují i nehistonové proteiny - např. CBP/p300: p53, E2F1, GATA-1, TFIIF, Myb,... HMG - váží se na nukleosomy a stabilizují jejich strukturu * CBP (nikoli PCAF) acetyluje HMG-1 * PCAF acetyluje HMG-17 na lys 2 (r) oslabení vazby HMG-17 na nukleosom: vazba HMG-17 na nukleosom snižuje schopnost PCAF acetylovat H3 * p300 acetyluje HMG-14 a HMG-17 (r) modifikace jejich interakce s jádrem nukleosomu Histon deacetylázy * HDAC 1, 2 a 3 - homologní s y RPD3 (poprvé popsán vztah deacetylace histonů = represe transkripce) * HDAC 4, 5, 6, 7 a 8 - homologní s y HDA1 * HDACs obvykle tvoří multiproteinové komplexy: Sin3, Mi-2/NuRD (má deacetylační a také ATP-dependentní remodelační aktivitu). Sin3: obvykle 8 proteinů, Sin 3 tvoří lešení pro sestavení celého komplexu (RbAp46/48 - váže histony,..) Mad/Max, jaderné receptory, Ski,... - často interakce prostřednictvím korepresorů (N-CoR, SMRT,..), jen vzácně přímá vazba na sekvenčně specifické TF Histon deacetylázy Mi-2/NuRD - neobsahuje protein Sin3, obsahuje proteiny Mi-2b a MTA-2 Mi-2b má ATP-dependentní chromatin remodelující aktivitu Sin3 - spíše genově specifická represe Mi-2/NuRD - represe rozsáhlejších oblastí (vývojově specifická represe) * některé HDACs interagují přímo s TF: Rb, YY1 Metylace DNA a deacetylace histonů * 5-metylcytosin ("pátá baze") - může být enzymaticky tvořen a udržován na dinukleotidu CpG. * CpG ostrůvky ("CpG islands") - jsou oblasti v genomu s vysokým obsahem těchto sekvencí. * CpG metylace DNA souvisí s represí transkripce - s udržováním stabilnějšího stavu chromatinu. Metylované oblasti DNA jsou rozpoznávány proteinem MeCP2 (jeho doménou MBD - "methyl-DNA binding domain") a dále specificky interagují (doménou TRD -"transcriptional repressor domain") s korepresorem Sin3, který přivádí k metylovaným oblastem HDACs. Kooperace represivních komplexů- struktura represosomu Model represe genu karbonické anhydrasy II - CAII - podle Rietvelda et al. 2001) * Transkripce genu CAII je regulována z promotoru a zesilovače. * Navrženy tři modely této regulace. a) vazba dvou podobných korepresorových komplexů b) vazba dvou odlišných korepresorových komplexů c) tvorba vyšší struktury - represosomu a) vazba dvou podobných korepresorových komplexů: komplexu MeCP2/Sin3/HDAC na metylované CpG oblasti promotoru a komplexu v-ErbA/NCoR/Sin3/HDAC na zeslabovač ("silencer") b) vazba dvou odlišných korepresorových komplexů: MeCP2/Sin3/HDAC a komplexu v-ErbA/NCoR/HDAC3/ TBL-1 c) tvorba vyšší struktury - represosomu: fyzickou interakcí mezi podjednotkami korepresorových komplexů navázaných na metylované oblasti promotoru a na zeslabovač Fosforylace histonů * Fosforylovány mohou být serinové zbytky. * Mitogenní signály spouštějí kaskádu MAP kináz: Rsk-2 fosforyluje H3 na serinu 10 - tato fosforylace "otevírá" strukturu chromatinu a umožňuje aktivaci (transkripci) genů spojených s buněčným dělením. Podle typu stimulace další histon kináza - MSK1. * Fosforylace histonů je funkčně provázaná s acetylací: některé HATs jsou aktivnější na fosforylovaném H3 než na nefosforylovaném. Model kooperace acetylace a fosforylace histonů (Berger 2001) Model kooperace acetylace a fosforylace histonů (Berger 2001) Fosforylace histonů * Fosforylace H3 na serinech 10 a 28 spojena s kondenzací chromozomů během mitózy. * Tato fosforylace nemá lokální omezení. * Nesouvisí s aktivitou RSK-2. * Také H1 (není součástí nukleosomů) může být fosforylován v souvislosti s regulací transkripce (Tetrahymena) Metylace histonů * Metylovány mohou být lysiny H2B, H3 (lys 4, 9, 27, 36) H4 (lys 20) a argininy. * Jaderné receptory aktivují transkripci za účasti koaktivátorů z rodiny proteinů p160: s nimi interaguje také metyltransferáza CARM1 ("coactivator-associated arginine methyltransferase 1")/PRMT4 - metyluje zbytky argininu na H3 a potencuje transaktivaci jadernými receptory. * Příbuzný enzym PRMT1 metyluje H4. * Popsána synergie p300, CARM1 a PRMT1. Metylace nehistonových proteinů * Příbuzné metyltransferázy PRMT1, 2, 3, Carm1/PRMT4 a PRMT5/JBP1 metylují také nehistonové proteiny. * Metylace zbytků argininu pravděpodobně moduluje meziproteinové interakce. Uplatňují se v regulaci transkripce (metylace histonů), signalizaci, sortování proteinů. Metylace nehistonových proteinů Model regulace specificity CBP/p300 by CARM1 (Xu et al. 2001) * CBP funguje jako integrátor signálních drah: není příliš specifický, funguje jako aktivátor mnoha různých TF. Je v buňce přítomen v nízké hladině a faktory o něj soutěží (TH "haploinsufficiency"). * CARM1 interaguje s koaktivátory p160 a metyluje CBP/p300. * Metylace CBP/p300 mění jeho specifitu: ztrácí afinitu k části TF (např. CREB, Myb), pro které funguje jako koaktivátor TH zvyšuje se jeho afinita k ostatním TF (např. jaderným receptorům) Regulace transkripce aktivované jadernými receptory komplexem obsahujícím CARM1 a CBP/p300: 1. Acetylace histonů 2. Metylace histonů 3. Metylace CBP/p300 a další potence acetylace histonů Metylace histonů * Suv39H1 metyluje lysin 9 histonu H3. * Účastní se genově specifické represe: v komplexu s HDACs (např. Rb). * Účastní se represe pericentrického heterochromatinu - za účasti proteinu HP1 ("heterochromatin-associated protein-1"). Metylace lysinu 9 histonu H3 interferuje s fosforylací serinu 10: metylace lysinu 9 histonu H3 + hypoacetylace H4 = znak heterochromatinu. Metylace histonů -- inaktivace ch. X * U nediferencovaných buněk je každý chromozom X aktivní: Xist i antisense Tsix jsou slabě exprimovány V upstream oblasti od genu xist je oblast s metylovaným lys 9 H3 s navázanými "chromodomain" proteiny (např. HP1-like factor) * Diferenciační signály (r) diferenciace, inaktivace chromozomu X: 1. Upregulace xist a následný Xist RNA coating - netranslatovaná RNA genu xist pokryje povrch inaktivovaného chromozomu X - to je nejrannější zachycená událost celého procesu. 2. Metylace H3 lys 9 + hypoacetylace H3 lys 9 + hypometylace H3 lys 4 3. Metylace CpG islands; H4 hypoacetylace; macroH2A enrichment Ubikvitinace histonů * Na C-konci histonů: lysin 119 histonu H2A a lysin 120 histonu H2B. * Spojeno s transkripčně aktivním chromatinem - závislé na probíhající transkripci. * Ubikvitinace H2B důležitá pro průchod buněčným cyklem. TAF[250] má 3 enzymatické aktivity: * acetyltransferáza ((r) histony) * kináza ((r) TF2A) * ubikvitináza ((r) H1) Schopnost TAF[250] modifikovat histony * Drosofilí TAF[250] obsahuje: - bromodoménu - protein kinázovou aktivitu ((r) TF2A) - histon acetyl transferázovou aktivitu - ubikvitinační aktivitu * Drosofilí TAF[250] se váže na acetylované N-tails histonů (svou bromodoménou), to umožňuje přinejmenším ubikvitinovat (fosforylovat?) H1 linker a udržovat tak transkripčně aktivní stav v dané oblasti. Podíl na acetylaci, fosforylaci dalších histonů?? Schopnost TAF[250] modifikovat histony Mechanismus účinku kovalentních modifikací histonů 1. Modifikace = redukce pozitivního náboje histonů (r) oslabení interakcí mezi histony a DNA 2. Modifikace (r) inhibice kondenzace chromatinu vyššího stupně ? Fosforylace histonů spojena s kondenzací chromozomů, ale také s aktivací transkripce; metylace může být aktivující i reprimující ? specifita modifikací 3. Hypotéza histonového kódu Hypotéza "histonového kódu" * Konkrétní kovalentní modifikace nebo jejich kombinace (jejich konfigurace) představují specifické značky pro specifické proteinové komplexy s odlišnými funkcemi. Hypotéza "histonového kódu" "Formátování genetického textu" * Psaný text "formátujeme". Např. podtrháváme, píšeme proloženě, tlustě a podobně - tím upřesňujeme smysl, posunujeme význam... * Modifikace histonů funguje jako formátování při čtení/využívání genetické informace. ATP-dependentní chromatin remodelující komplexy * Multiproteinové komplexy, které mění konformaci histonů a DNA / pozici nukleosomů, využívají k tomu energii z hydrolýzy ATP. * Substrátem není mononukleosom, spíše řetězec nukleosomů. * SWI/SNF, RSC, NURF, CHRAC, ACF, FACT. * Klasifikace podle ATPázové podjednotky: SWI2/SNF2 ISWI Mi-2 (+ deacetylázová podjednotka) ATP-dependentní chromatin remodelující komplexy * Aktivita ATP-dependentních chromatin remodelujících komplexů je obecně nutná všude tam, kde se proměňuje uspořádání nukleosomů, pro udržování chromatinové plasticity. * Zda participuje na aktivaci nebo represi, záleží více na rovnováze ostatních ko-aktivujících nebo ko-reprimujících aktivit. TH Jejich součinnost nutná pro aktivátory i represory. Součinnost jednotlivých typů přestavby chromatinu * komplexy Mi-2 * sestavování nukleosomů: acetylace H4 (lys 5 a 12), účast remodelujících komplexů * rozlišení heterochromatinu a euchromatinu, inaktivace chromozomu X * zvláště komplexní je regulace genové exprese Jaderné receptory * příklad: RAR/RXR * Bez ligandu: aktivní represe za účasti korepresorů N-CoR ("nuclear receptor co-repressor") nebo SMRT ("silencing mediator of retinoid and thyroid receptors"), které interagují s proteinem Sin3 a tedy s HDAC1. * S ligandem: konformační změna RAR/RXR (r) disociace komplexu N-CoR/Sin3/HDAC1 a vytvoření aktivujícího komplexu - jeho součástí je p300/CBP, PCAF, koaktivátory z rodiny p160 (např. p/CIP - "p300/CBP cointegrator-associated protein", NCoA-1 - "nuclear coactivator-1", SRC-1, NCoA-2 = TIF-2). Jaderné receptory * CARM1 ("coactivator-associated arginine methyltransferase 1") - interaguje s C-koncem koaktivátorů p160 a metyluje H3 - potencuje aktivaci * RNA koaktivátor SRA ("steroid receptor coactivator") - funguje jako RNA transkript a je součástí komplexu SRC-1 (popsáno pro steroidní hormony) * možná součinnost glukokortokoidního receptoru, RAR, estrogenového receptoru s remodelujícími komplexy SWI2/SNF * aktivující komplex (asi 15 proteinů) DRIP/TRAP, jehož spojení s receptory (thyroidní, vit D) závislé na ligandu Nádorový supresor Rb * Součástí komplexu Rb-E2F je HDAC1. * Alespoň jeden z faktorů E2F (E2F1) je pozitivně regulován přímou acetylací histon acetyl transferázami CBP/p300 a PCAF. HDAC1 deacetyluje a tím reprimuje E2F1. * Součástí represivního komplexu Rb-E2F/HDAC1 je hSWI/SNF*: fosforylace Rb vede k uvolnění HDAC1, v další fázi se uvolňuje také hSWI/SNF. * Rb není schopen suprimovat růst v nepřítomnosti BRG1 (součást SWI/SNF), což naznačuje, že BRG1 samotný může být nádorovým supresorem. Inaktivující mutace BRG1 byly skutečně detekovány v některých nádorových buněčných liniích, ve kterých byl zároveň prokázán funkční ("wild-type") Rb. Nádorový supresor Rb * Rb funguje v součinnosti s histon H3 metyltransferázou (pravděpodobně Suv39H1). * Rb funguje v součinnosti s DNA metyltransferázou DNMT1 - geny Rb inaktivovány hypermetylací CpG v promotorové oblasti. TH Model regulace cílových genů E2F: * proliferující buňky: regulace cyklickými interakcemi s HATs a HDACs, ale zůstávají součástí euchromatinu * diferencující buňky: cílové geny E2F metylovány jak na histonu H3 tak na úrovni DNA - "přemístění" genů do heterochromatinu Nádorový supresor p53 * CBP, p300 jsou koaktivátory p53. * Jako odpověď na stres může být p53 acetylován p300/CBP, PCAF. Acetylovaný protein p53 může být deacetylován HDAC1, 2 a 3 - tím aktivita snížena. * Funkčně nezbytnou součástí komplexu MDM2-p53 je p300. * Koordinace mezi p53 a NF-kB (navozuje rezistenci k apoptóze) zajišťují p300 a CBP: p53 a NF-kB o ně soutěží. * Koordinace mezi p53 a E2F (nutné pro přechod z G1 do S fáze) zajištěna p300. Nádorové supresory BRCA1 a BRCA2 BRCA1 * Exprese BRCA1 může být u některých sporadických nádorů reprimována aberantní metylací promotoru - a související deacetylací histonů. * Aktivita BRCA1 modulována interakcí s CBP a p300 a chromatin remodelujícím komplexem SWI/SNF. BRCA2 * á histon acetyltransferázovou aktivitu. * Interaguje s PCAF. Přestavba chromatinu a vývojová onemocnění Rubinstein-Taybiho syndrom * Vrozené vývojové onemocnění spojené s mentální a růstovou retardací, typickými obličejovými malformacemi, širokými palci u nohou a rukou. * Příčinou je zárodečná mutace jedné alely genu pro histon acetyl transferázu CBP (chromozom 16 p13.3) a následná snížená dávka genu ("haploinsufficiency"). * Onemocnění spojeno se zvýšeným rizikem vzniku nádorů (především nádory nervové soustavy a hlavy - ne leukémií). * Gen je lokalizován na chromozomu 16 (p13.3). Přestavba chromatinu a vývojová onemocnění Coffinův-Lowriho syndrom * Vrozené vývojové onemocnění spojené s těžkými psychomotorickými poruchami, obličejovými a progresivními skeletálními deformacemi. * Příčinou je zárodečná mutace genu pro Rsk-2 (protein fosforyluje mj. H3 jako odpověď na některé mitogenní signály). * Gen je lokalizován na chromozomu X (p22.2). Přestavba chromatinu a vývojová onemocnění Rettův syndrom * Progresivní neurodegenerativní onemocnění, které je jednou z nejčastějších příčin mentální retardace žen: pacientky se vyvíjejí normálně až asi do 6. až 18. měsíce života; následuje zástava psychického vývoje, postupná ztráta řeči a dalších mentálních schopností, rozvoj autistických projevů. * Příčinou onemocnění je mutace v genu pro protein MeCP2, který rozpoznává metylované CpG sekvence. * Gen je lokalizován na chromozomu X (q28). Přestavba chromatinu a vývojová onemocnění Williamsův syndrom * Vzácné vrozené onemocnění charakterizované typickými obličejovými malformacemi, mentální retardací, sníženými rozpoznávacími a jazykovými schopnostmi. * Onemocnění je spojováno s delecemi na chromozomu 7 v oblasti q11.23: v této oblasti se nachází několik genů, mezi nimi také WCRF180 a WBSCR9 - proteiny kódované těmito geny obsahují struktury typické pro proteiny, které jsou součástí ATP-dependentních chromatin remodelujících komplexů. Struktura chromatinu a stárnutí?? * Stárnutí - souvislost se ztrátou chromatin silencing * Stárnutí - nádory?? Epigenetické faktory a nádory Chromatin a solidní nádory * Gen hSNF5/INI1 kóduje jednu podjednotku ATP-dependentního chromatin remodelujícího komplexu SWI/SNF. Mutace tohoto genu spojovány s velmi agresivními maligními rhabdoidními nádory u dětí, nádory, které se tvoří v ledvinách, v mozku a měkkých tkáních. * BRG1 je součást ATP-dependentního chromatin remodelujícího komplexu SWI/SNF, který funguje mimo jiné v součinnosti s Rb. Bez funkčního BRG1 není Rb schopen suprimovat růst. Inaktivující mutace BRG1 byly detekovány v některých nádorových buněčných liniích, které měly zároveň funkční Rb. Rubinstein-Taybiho syndrom * Onemocnění spojeno se zvýšeným rizikem vzniku nádorů (především nádory nervové soustavy a hlavy - ne leukémií). * Gen CBP se nachází ve dvou translokacích spojených s vývojem leukémií: t(8;16) (r) MOZ/CBP a t(11;16) (r) MLL/CBP. Chromatin a leukémie * Diferenciace pluripotentní hematopoietické buňky regulována koordinovanou expresí celých skupin genů. * Klíčovou roli hrají sekvenčně specifické TF. * Pro úspěšný průběh jsou nezbytné faktory remodelující chromatin: celá řada z nich může být během leukemogeneze poškozená. Akutní promyelocytární leukémie - APL * Jediný typ leukémie, který odpovídá na diferenciační terapii, a to ATRA. * Všichni pacienti s APL mají translokaci v genu RARa: t(15;17) TH PML-RAR t(11;17) TH PLZF-RAR t(5;17) TH NPM-RAR t(11;17) TH NuMA-RAR * Všechny chiméry mají zachovanou tu část molekuly RARa, která zajišťuje vazbu na DNA, vazbu ligandu, korepresoru, koaktivátoru U vazba na chiméru ji neaktivuje!! APL APL APL AML-ETO * Následek translokace t(8;21), vyskytuje se u 10 % pacientů s AML. * AML1 je sekvenčně specifický TF nutný pro myeloidní zrání; interaguje s koaktivátorovým komplexem p300/PCAF. * ETO reprimuje transkripci interakcí s komplexem N-CoR-Sin3-HDAC1. TH AML/ETO se váže na cílové sekvence AML1, ale místo aktivujícího komplexu váže komplex represivní. AML-ETO MLL-CBP (p300, MOZ, TIF2) * MLL může být postižen mnoha různými translokacemi - tvoří reciproké translokace až se 40 partnerskými geny (mezi nimi CBP a p300). * MLL reguluje expresi genů HOX (homeobox geny), mimo jiné v součinnosti s ATP-dependentními chromatin remodelujícími komplexy. * Translokace vedou ke vzniku chimér, které ztratily schopnost správné součinnosti s faktory, které mění strukturu chromatinu TH deregulace genové exprese během krvetvorby TH maligní transformace. MLL-CBP Inhibitory histon deacetyláz - HDACIs - potenciální nádorová ("chromatinová") terapie? TSA - trichostatin A SPB - sodium phenylbutyrát SAHA - suberanilohydroxamic acid depsipeptidy a další - trapoxin, oxamflatin,.. Inhibitory histon deacetyláz * Účinek HDACIs je obecný, tj. globálně inhibují represivní aktivitu TF, které využívají jako korepresory HDACs k remodelaci chromatinu TH jejich biologický efekt bude tkáňově specifický. ´ HDACIs inhibují růst, indukují apoptózu a diferenciaci u různých nádorových linií bez souvislosti s histologickým typem!!?? (r) Zřetelný a výrazný protinádorový efekt a zároveň nepatrná toxicita u netransformovaných buněk (v koncentracích, které vedou k akumulaci acetylovaných histonů). ´ Obecně ale neplatí, že podávání HDACI zvrátí maligní fenotyp!! Inhibitory histon deacetyláz * U některých leukémií a solidních nádorů fungují v kombinaci s diferenciačními činidly: (r) SAHA je účinný při supresi růstu buněk nádoru prostaty (in vitro i in vivo) (r) kombinace HDACIs a ATRA při terapii APL (r) SAHA v kombinaci s ATRA účinný při supresi růstu neuroblastových buněk (r) HDACIs zcitlivují AML blasty s translokací AML1-ETO k účinku ATRA Inhibitory histon deacetyláz ? prevence ? * Nízké dávky SAHA v dietě snižovaly incidenci a velikost nádorů u krys, u kterých byla indukována tvorba nádorů mléčné žlázy N-metyl-nitroso-ureou. * Vysoký obsah vlákniny v potravě představuje snížené riziko vývoje kolorektálního karcinomu U při trávení vlákniny střevní mikroflorou vzniká ve vysokých koncentracích sodium butyrát. Inhibitory histon deacetyláz * Počet genů ovlivněných těmito inhibitory je konečný a některé z "up-regulovaných" genů kódují růstové (nádorové) supresory. * Pokud je inhibice transkripce zprostředkovaná HDACs spojena s metylací DNA, pak samotné použití HDACIs nefunguje, ale může být úspěšné v kombinaci s 5-aza-2´-deoxycytidinem (inhibitor DNA metyltransferáz). Metylace DNA a nádory * Původní funkcí metylace DNA byla ochrana genomu: metylace měla zabránit šíření parazitických elementů (transpozonů); tento obranný systém se začal až později využívat i jako metoda regulace genové exprese. * Distribuce ("pattern") metylace genomu se ustavuje během embryogeneze. * Metylovány především parazitické (např. LTR) a repetitivní sekvence, konstitutivní heterochromatin v pericentrických oblastech některých chromozomů. Metylace DNA a nádory Distribuce metylace je v genomu nádorových buněk často pozměněna: * rozsáhlé hypometylované oblasti * hypermetylace ve specifických oblastech Hypometylace DNA u nádorů * Metylace transkripčně inaktivuje, zabraňuje transpozicím a homologní rekombinaci, a tak přispívá genomové stabilitě. * V nádorových buňkách dochází k rozsáhlým demetylacím repetitivních sekvencí a stupeň hypometylace koreluje s progresí onemocnění. * Hypometylace repetitivních sekvencí může být časnou událostí kancerogeneze a může predisponovat buňku k přestavbám genomu mechanismem rekombinace. Hypermetylace DNA u nádorů * CpG ostrůvky jsou obvykle v promotorových oblastech na 5´-konci genů. * Odhaduje se, že v lidském genomu je asi 45.000 CpG oblastí. * Metylace CpG oblastí je v normálních buňkách poměrně vzácná, hraje roli při inaktivaci chromozomu X a při imprintingu - vtiskování (vývojově specifická inaktivace genů), vzrůstá s věkem a ve tkáňových kulturách. * V nádorových buňkách hypermetylace v promotorech genů pro nádorové supresory, genů účastnících se mezibuněčných adhezí, oprav DNA, .. Geny inaktivované během kancerogeneze metylací DNA * Geny účastnící se regulace buněčného cyklu: Rb, p16^INK4A, p15, p14^ARF, p73 * Geny účastnící se oprav DNA: MLH1, O^6MGMT, GSTp, BRCA1 * Inhibice apoptózy: DAP-kináza, prokaspáza-8, TMS1 * Invaze nádorů a angiogeneze: E-cadherin, VHL, APC, LKB1, TIMP3, thrombospondin 1 * Členy signálních drah: * ER, RARb, Androgen receptor, Endothelin B receptor, RASSF1A Hypermetylace DNA u nádorů * Na rozdíl od genetických změn, které se dějí po skocích, epigenetické změny mohou být postupné: DNA metylace a acetylace histonů fungují jako tzv. "transkripční reostat" Hypermetylace DNA u nádorů * Na rozdíl od mutací, hypermetylace promotorů je potenciálně reverzibilní: taková epigenetická plasticita může odrážet dynamiku některých procesů během kancerogeneze, např. během tvorby metastáz: * Např. ztráta E-cadherinu se uplatňuje v počáteční fázi tvorby metastáz při uvolňování buněk z primárního nádoru X schopnost invadujících buněk tvořit metastatická ohniska může být podmíněna re-expresí E-cadherinu. * Mutace E-cadherinu, které zcela vyřazují funkci tohoto proteinu, jsou vzácné, s výjimkou pacientů s familiálním nádorem žaludku s vrozenou mutací E-cadherinu a pacientů s poměrně vzácným lobulárním karcinomem prsu; tyto nádory jsou silně invazivní, ale výsledné metastázy se tvoří spíše podél bazálních membrán, neprorůstají do orgánů.