Συσχέτιση επιγενετικών μηχανισμών και εναλλακτικού ματίσματος σε γονιδιακές θέσεις που έχουν αναλυθεί από το Human Epigenome Project
Creators: name: Αναστασιάδου, Βαλεντίνη-Χριστίνα Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Μεθυλίωση
Μάτισμα
Επιγενετική
Methylation
Splicing
Epigenetics

description: Η επιγενετική έχει οριστεί ως η κληρονομικότητα των αλλαγών στη γονιδιακή λειτουργία χωρίς την ύπαρξη αλλαγής στην αλληλουχία του DNA. Η μεθυλίωση του DNA αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους μηχανισμούς επιγενετικής τροποποίησης και διαδραματίζει σημαντικό ρόλο τόσο σε φυσιολογικές λειτουργίες όσο και στην ανάπτυξη και την εξέλιξη ασθενειών επηρεάζοντας τη γονιδιακή έκφραση. Ο μηχανισμός του ματίσματος αποτελεί μέρος της γονιδιακής έκφρασης και σ’αυτόν οφείλεται η ποικιλομορφία των γονιδιακών προϊόντων (εναλλακτικό μάτισμα). Στόχος της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση της μεθυλίωσης σε σχέση με την γονιδιακή έκφραση και συγκεκριμένα η σχέση της με την παρουσία ρυθμιστικών στοιχείων για το μάτισμα. Για την επίτευξη του παραπάνω στόχου χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα που αφορούν την ύπαρξη μεθυλίωσης σε συγκεκριμένες χρωμοσωμικές θέσεις από το Human Epigenome Project-ΗΕΡ καθώς και εργαλεία βιοπληροφορικής που επιτρέπουν την απευθείας αναγνώριση στην αλληλουχία του DNA, ρυθμιστικών αλληλουχιών που σχετίζονται με το μάτισμα όπως είναι οι Εξονικοί Ενισχυτές Ματίσματος-ΕΕΜ . Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι η μεθυλίωση συμβαδίζει με την παρουσία ρυθμιστικών στοιχείων του ματίσματος. Παρατηρήθηκε ότι αυξημένη συχνότητα μεθυλίωσης (υπερμεθυλίωση) εμφανίζεται συχνότερα σε περιοχές όπου υπάρχουν περισσότεροι ΕΕΜ. Βρέθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά (p&lt;0,0001) μεταξύ των περιοχών με αυξημένη και ελαττωμένη μεθυλίωση και στα τρία χρωμοσώματα. Ωστόσο διαπιστώθηκε ότι υπάρχουν διαφοροποιήσεις στην υπερμεθυλίωση μεταξύ των διαφόρων τύπων ΕΕΜ στο ίδιο χρωμόσωμα αλλά και μεταξύ των χρωμοσωμάτων. Ο SF2/ASF βρέθηκε να είναι ο περισσότερο μεθυλιωμένος ΕΕΜ στο 6ο και στο 22ο χρωμόσωμα. Στατιστικά σημαντική διαφορά όμως βρέθηκε να υπάρχει μόνο ως προς το 22ο χρωμόσωμα (p&lt;0,0001) από τον δεύτερο SC35. Στο 22ο χρωμόσωμα περισσότερο μεθυλιωμένος βρέθηκε ο ΕΕΜ SRp40 με στατιστικά σημαντική διαφορά από τον δεύτερο SF2/ASF (p=0.0212). Ο λιγότερο μεθυλιωμένος ΕΕΜ ήταν ο SRp55 και στα τρία χρωμοσώματα. Στο 20ο χρωμόσωμα βρέθηκε ότι υπάρχει σημαντική διαφοροποίηση της σχετικής μεθυλίωσης μεταξύ του ΕΕΜ SRp55(1,67) και του SF2/ASF(1,27).Ενώ στο 6ο χρωμόσωμα βρέθηκε ότι υπάρχει παρόμοια διαφορά στη σχετική μεθυλίωση μεταξύ του SF2/ASF(1,79) και του SRp55(2,44). Φαίνεται λοιπόν ότι η κατανομή των μεθυλομάδων συμπίπτει με τις ρυθμιστικές θέσεις ματίσματος, η μεθυλίωση είναι πολύ πιο συχνή σε θέσεις που αναγνωρίζονται από διάφορες πρωτεΐνες ματίσματος και τέλος, ότι σε όλα τα χρωμοσώματα, οι θέσεις ματίσματος που αναγνωρίζονται από έναν τύπο πρωτεΐνης είναι σε διαφορετικό βαθμό μεθυλιωμένες σε σχέση με τις θέσεις που αναγνωρίζονται από άλλο τύπο πρωτεΐνης. Τα παραπάνω αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η κατανομή της μεθυλίωσης δεν είναι τυχαία στις θέσεις που σχετίζονται με το μάτισμα και επίσης ότι ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της περιοχής παρουσιάζονται διαφορές στην μεθυλίωση. Η παραπάνω παρατήρηση υποδηλώνει την ιδιαίτερη σημασία που μπορεί να έχει η μεθυλίωση στη γονιδιακή έκφραση επηρεάζοντας την τοποθέτηση αλλά και την σταθερότητα των νουκλεοσωματίων στο DNA, εφόσον υπάρχουν δεδομένα που υποστηρίζουν ότι η στοχευμένη μεθυλίωση είναι ικανή από μόνη της να επηρεάσει το σχηματισμό ενός νουκλεοσωματίου και υπό συνθήκες το μάτισμα του RNA. Τα παραπάνω δεδομένα έρχονται να συμβάλλουν στην κατανόηση της συσχέτισης της μεθυλίωσης με τον έλεγχο του μηχανισμού ματίσματος και αποτελούν την πρώτη καταγραφή της σχέσης αυτών των βιολογικών μηχανισμών με βάση τα πειραματικά δεδομένα που υπάρχουν διαθέσιμα και τη βοήθεια εργαλείων της βιοπληροφορικής.
description: Epigenetics is defined as the inherited changes in gene function without any changes in the DNA sequence. DNA Methylation is one of the most important mechanisms of epigenetic modification that plays a crucial role not only in physiological functions but also in the development and progress of diseases by affecting gene expression. The splicing mechanism is a part of gene expression that leads to the generation of multiple gene products (alternative splicing). The aim of this study is the examination of the relation between methylation and gene expression and specifically the relation with the presence of splicing regulatory elements. For the accomplishment of this aim we extracted methylation data in specific chromosomal places from the Human Epigenome Project (HEP) and bioinformatic tools which can directly identify regulatory elements of splicing in DNA sequences such as exonic splicing enhancers (ESEs). The results of the study show that methylation keeps pace with the presence of regulatory elements of splicing. It was also observed that high frequency of methylation (hypermethylation) appears in regions where more ESEs are present. Statistically significant difference (p&lt;0.0001) was found between the areas with decreased and increased methylation levels in chromosomes 6, 20 and 22. However, it was noted significant variations of hypermethylation between different patterns of ESEs and the studied chromosomes. SF2/ASF was found to be the most methylated ESE in chromosomes 6 and 22. Statistically significant difference though was found only in chromosome 22 (p&lt;0.0001) between SF2/ASF and SC35. The most methylated ESE in chromosome 22 was SRp40 with statistically significant difference from the second one SF2/ASF (p=0.0212). SRp55 was the less methylated ESE in all three chromosomes. Significant differences in comparative methylation was found in chromosome 20 between SRp55(1.67) and SF2/ASF(1.27). In the 6th chromosome similar difference in comparative methylation was found between SF2/ASF(1.79) and SRp55(2.44). These results show that the distribution of methylation concur with the distribution of regulatory elements of splicing, methylation is more frequent in places which are recognized from various splicing proteins and finally, in all chromosomes, splicing sites, which are recognized from one protein type, are methylated in a different degree in comparison with sites which are recognized from an other type of protein. The above results indicate that the distribution of methylation is not random in places which are relevant to splicing and also that differences in methylation are observed because of different characteristics of the sequence flanking methylated cytosine . This observation suggests than methylation could have a special implication in gene expression by affecting the positioning and the stability of nucleosomes in DNA. These facts reveal that targeted methylation is capable to affect the formation of a nucleosome and under conditions RNA splicing. The above observations come to contribute to the comprehension of the relation between methylation and splicing mechanism and provide novel evidence of the relation between these biological mechanisms based on experimental data which are available and with the assistance of bioinformatic tools.