Epigenetica e differenziamento Chiara Lanzuolo

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1 Epigenetica e differenziamento Chiara Lanzuolo Institute of Cellular Biology and Neurobiology (IBCN-CNR)

2 Epigenetica Conrad Waddington,1942: Epig! hich studies the causal interactions! genes and their products, bringing!

3 Il codice genetico definisce l organismo

4 Pur avendo lo stesso DNA gli individui possono sembrare molto diversi

5 Il genoma umano è formato al 98% da sequenze non codificanti Palermo, Chiara Lanzuolo October 8/5/

6 Clonare un genoma non è sufficiente per avere un fenotipo identico

7 Tutte le cellule di un organismo sono uguali perché hanno lo stesso genoma! Tuttavia, differiscono l una dall altra perché hanno un epigenoma diverso!

8 Durante il differenziamento le cellule acquisiscono fenotipi e funzioni diverse mediante la determinazione di programmi trascrizionali specifici 1 gen a! n en i! I meccanismi epigenetici fissano nel tempo e nello spazio i programmi trascrizionali

9 Organizzazione spaziale del genoma nel tempo Interfase!!!! 1 ora! 3 ore!

10 Organizzazione spaziale del genoma in interfase Topologia nucleare interfasica ed architettura genomica! I cromosomi occupano sempre lo stesso spazio di un nucleo.! I territori cromosomici sono conservati nell evoluzione! (Bolzer. et al., PLoS Biol. 2005)!

11 Organizzazione spaziale del genoma in interfase Cromosomi con un alto numero di geni attivi sono posizionati centralmente nel nucleo.! Cromosomi con pochi geni o repressi sono posizionati alla periferia nucleare.! (Tanabe. et al., PNAS 2002)!

12 Compartimentalizzazione dei processi nucleari!!!

13 I meccanismi epigenetici controllano la struttura del DNA agendo a diversi livelli DNA methylation Histone variants Histone modifications DNA/DNA interactions Noncoding RNA DNA Higher order structures heterochromatin euchromatin chromosomal territories nucleus Nuclear organization Dauer W.T. and Worman H.J., 2011 Dev Cell.

14 Il genoma viene metilato sulla citosina del dinucleotide CG

15 Le proteine istoniche possono essere modificate

16 Le modifiche istoniche formano un codice istonico che riflette stati trascrizionali specifici

17 L RNA non codificante regola i livelli di proteina

18 Sequenze contigue ma distanti possono avere effetto sulla regolazione di un gene! Looping model!! E!! Gene!

19 Polycomb group genes evitano aberrazioni dei programmi trascrizionali e proteggono l identità cellulare PcG bodies

20 Il rilascio delle proteine Polycomb dai geni specifici della linea cellulare è necessario per un corretto differenziamento

21

22 Le proteine Polycomb mediano la formazione di strutture tridimensionali a loop Lanzuolo C. et al., 2007, Nat Cell Biol.!

23 Chromosome Conformation Capture (3C) Dekker, J. et al., Science 2001

24 !! Dekker J. et al., Nat Methods 2006

25 Nel Bithorax Complex le sequenze target di Polycomb interagiscono tra loro! a! b! S2! AbdB! -! Lanzuolo C. et al., Nat Cell Biol 2007 abda! -! Ubx! -!

26 formando una struttura a rosetta! AbdB! promoter! 3 end! PRE! Repressive factors! Activating factors! abda! Ubx! Lanzuolo C. et al., Nat Cell Biol 2007

27 Strutture!tridimensionali!diverse!corrispondono!a!specifici!stati!trascrizionali! Lanzuolo C. et al., Nat Cell Biol 2007

28 La miogenesi è caratterizzata da una specifica dinamica delle proteine Polycomb

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30 Problem solving Quali proteine contribuiscono ad un corretto differenziamento muscolare?

31 Problem solving

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38 Chiara Lanzuolo Researcher at CNR Institute of Cellular Biology and Neurobiology (IBCN) Via del Fosso di Fiorano 64

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