Význam epigenetických modifikací DNA a možnosti jejich mapování.

Bc. Alice Krumpolcová

Bachelor's thesis

Relevance of DNA epigenetic modifications and methods of mapping

Abstract:

Epigenetické modifikace DNA jsou jedním z nejvýznamnějších faktorů regulujících genovou expresi. U eukaryot je nejrozšířenější metylace cytosinů v poloze 5, kdežto u prokaryot jsou rovněž poměrně často zastoupeny metylace adeninů v poloze 6 a metylace cytosinů v poloze 4. Epigenetickou aktivitu pravděpodobně vykazují také některé jejich oxidační deriváty jako je 5 - hydroxymetylcytosin vznikající působením dioxygenáz TET. U živočichů jsou metylovány převážně symetrické CG dinukleotidy, avšak u rostlin se setkáme také se symetrickými CHG a nesymetrickými CHH motivy, s čímž je spojeno větší spektrum DNA metyltransferáz. Dané modifikace se účastní řady buněčných procesů jako je například inaktivace chromozomu X, genový impriting, vznik rakoviny, diferenciace kast sociálního hmyzu, udržování integrity genomu a jadérkové dominance. K jejich specifické detekci a mapování v nukleotidové sekvenci slouží mnoho metod, které se liší svým principem i provedením, avšak nejvyužívanější je bisulfitové sekvenování, které je v současné době schopno prostřednictvím řady modifikací odlišit všechny oxidační stupně 5mC s přesností na jedinou bázi. Velký potenciál pak mají sekvenační strategie založené na sekvenování jedné molekuly v reálném čase obzvláště pokud jde o detekci 6 - metyladeninu.

Abstract:

Epigenetic modifications of DNA are one of the most important factors regulating gene expression. Methylations of cytosine at position 5 are widespread in eukaryotes while in prokaryotes methylated adenine in position 6 and methylated cytosine in position 4 are also frequently present. Oxidation derivates of 5 – methylcytosine like 5 - hydroxymethylcytosine which is produced by TET enzymes are also probably epigenetically active. Symmetrical CG dinucleotides are predominantly methylated in animals. In plants, also symmetrical CHG and nonsymmetrical CHH motives are methylated suggesting the participation of supplemental DNA methyltransferase variants. The modifications participate in many cellular processes, as inactivation of X chromosome, gene imprinting, cancer development, cast differentiation in the social insect, maintaining genome integrity and nucleolar dominance. Many methods are used for distinguishing and mapping of such modifications; they differ in their principles and execution but the most frequently employed is bisulfite sequencing which is able to distinguish each of the oxidative states of 5mC with a single base resolution. Methods based on sequencing of the single molecule in real time have great potential especially when the detection of 6 – methyladenine is required.

Keywords

epigenetika, modifikace bazí, regulace exprese, DNA, mapování modifikací, metylace, hydroxymetlace, formylace, karboxylace, epigenetics, base modification, regulation of expression, capping of modifications, methylation, hydroxymethylation, formylation, carboxylation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 8. 6. 2016
• Supervisor: RNDr. Roman Matyášek, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Experimental Biology / Molecular Biology and Genetics