Biología (plan 1997) 2018-1

Optativas, Epigenética

EPIGENÉTICA

OBJETIVOS:

METODOLOGÍA:

EVALUACIÓN:

TEMARIO:

I INTRODUCCIÓN A LA EPIGENÉTICA 8 h.

Se describe el marco conceptual en el que surge la epigenética.

I.1 Concepto de epigenética.

I.1.1 Definiciones generales. Relación entre genética y epigenética.

I.2 Desarrollo del estudio de la epigenética.

I.2.1 Epigenética y desarrollo embrionario.

I.2.2 Epigenética y expresión génica.

I.3 Estructura de la cromatina.

I.3.1 Comparación y estructura de la cromatina

I.3.2 Diferencias entre eucromatina y heterocromatina.

Practica 1: 4h

Manejo de bases de datos para analisis de secuencias genomicas

PUBMED y NCBI

PubMeth

Genome Browser

Bibliografía sugerida:

1. Guerrero V. Epigenética la esencia de la vida. 2009. Como Ves. Diciembre 10-14.

2. Felsenfeld G, Groudine M. 2003. Controlling the double helix. Nature. 421(6921):448-53.

3. Jiang, C. & Pugh, F. Nucleosome positioning and gene regulation: advances through genomics. Nature reviews Genetics. 2009, Mar; 10 (3): 161-72.

4. Zacharias H. Emil Heitz (1982-1965): chloroplast, heterochromatin, and polytene chrmosomes. Genetics. 1995 Sep;141(1):7-14.

5. Lachner M, Jenuwein T. 2002. The many faces of histone lysine methylation. Curr Opin Cell Biol. 14(3):286-98.

6. Dillon, N. Heterochromatin structure and function. Biol. of the Cell. 2004, 96, 631-637.

II MODIFICACIONES EPIGENÉTICAS 12h

En esta etapa del curso nos concentraremos dar a conocer a los principales componentes epigenéticos como son las modificaciones post-traduccionales de las histonas y la metilación del DNA, así como las técnicas empleadas para su estudio.

II.1 Metilación del DNA.

II.2.1 Modelos de silenciamiento epigenético mediado por la metilación del ADN.

II.2.2Concepto de Isla CpG y sus implicaciones en la modulación de la expresión génica.

II.2.3 Técnicas para el estudio de componentes epigenéticos.

II.2 Desmetilación del DNA

II.2.1 Demesmetilazas del DNA (enzimas TET)

II.2.2 Química de la desmetilazión

Practica 2: 4h

Busqueda y caracterización de islas CpGs a los largo del genoma

II.3 Modificaciones post-traduccionales de las histonas y su relación con la expresión génica.

II.3.1 Metilación de las histonas

II.3.2 Acetilación de las histonas.

II.3.3 Técnicas para el abordaje de componentes epigenéticos.

II.3.4 Demsetilación de histonas

II.3.4.1 Demetilasas dependientes de oxigeneasa

II.3.4.2 Desmetilasas dependientes dinuclotidos flavain adenina (FAD)

Practicas 3: 6h

2.1 Introducción a ENCODE (Enciclopedia of DNA elements)

2.2 Análisis de marcas de histonas en tejidos celulares

2.3 comparación de componenetes epigeneticos entre no neoplasicas y cancer

Bibliografía sugerida:

- Maston, G.A., Evans, S.K. & Green, M.R. Transcriptional regulatory elements in the human genome. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2006, 7, 29-59.

- Bannister, A.J. & Kouzarides, T. Regulation of chromatin by histone modifications. Cell Res. 2011 Epub. Feb: 1-15.

- Shahbazian, M.D. & Grunstein, M. Functions of site especific histone acetylation and deacetylation. Annu. Rev. Biochem. 2007, 27, 75-100.

- Lee TF, Zhai J, Meyers BC. 2010. Conservation and divergence in eukaryotic DNA methylation. Proc Natl Acad Sci U S A. 107(20):9027-8. Epub 2010 May 10.

III LA ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CROMATINA 12h

Se discutirá la regulación de la transcripción medidad por la estrutura de la cromatina.

III.1Mecanismo de transcripción génica (Generalidades).

III.1.1 Modificaciones covalentes de las histonas y su asociación con la estructura de la cromatina.

III.1.2 Los complejos Polycomb y Tritorax.

III.2 Regulación de la estructura de la cromatina.

III.2.1 Generalidades de promotores génicos, potenciadores (enhancers), Regiones de control locus (LCRs) y delimitadores (insulators).

III.2.2 Variegación por efecto de posición.

III.2.3 Mecanismos de propagación y proteínas asociadas a dicho mecanismo (HP1).

Practica 4: 6h

Busqueda de promotores, enhancer e insulators mediante modificaciones de histonas

Bibliografía sugerida:

- Antequera F. 2003. Structure, function and evolution of CpG island promoters. Cell Mol Life Sci. 60(8):1647-58. Review.

- Weber, M. & Schübeler, D. Genomic patterns of DNA methylation: targets and fuction of a epigenetic mark. Curr. Opin. Cell Biol. 2007, 19, 273-289.

- Steven Henikoff. 2007. Nucleosomes at Active Promoters: Unforgettable Loss. Cancer Cell. 12(5):407-9.

- Peter J. Horn & Craig L. Peterson. Heterochromatin assembly: A new twist on an old model. Chromosome research. 2006, 14: 83-94.

- Ringrose L, Paro R. 2007. Polycomb/Trithorax response elements and epigenetic memory of cell identity. Development. 134(2):223-32.

- Zaina S, Pérez-Luque EL, Lund G. 2010. Genetics talks to epigenetics? The interplay between sequence variants and chromatin structure. Curr Genomics. 11(5):359-67.

IV LOS RNAs NO CODIFICANTES 10h

Se describirán y analizarán las funciones de RNAs no codificantes y su importancia en la regulación y estructuración de la cromatina.

IV.1 Clasificación funcional de los RNAs no codificantes.

IV.1.1 Los RNAi

IV.1.2 Los microRNAs y su regulación en genes blancos.

IV.1.3 Los RNAs no codificantes largos y su implicación en la estructura de la cromatina.

Practica 5: 4h

Introducción al softwre mirBase

LncRNA database

Bibliografía sugerida:

- Bernstein, E. & Allis, D. RNA meets chromatin. Genes & Development. 2005, 19: 1635-1655.

- Prasanth, K.V. & Spector, D.L. Eukaryotic regulatory RNAs: an answer to the genome complexity conundrum. Genes Dev 2007, 21: 11-42

V LA EPIGENÉTICA ASOCIADA A FENÓMENOS BIOLÓGICOS 6h

Se revisarán algunos ejemplos de fenómenos biológicos controlados por componentes epigenéticos.

V.1 Inactivación del cromosoma X.

V1.1 Xist y Tsix.

V.2 Impronta génica (IGF2/H19).

V.3 Diferenciación de células totipotenciales mediados por procesos epigenéticos.

Practica 6: 4h

Practica realizada por investigares invitados

Bibliografía sugerida:

- Heard, E. & Disteche, C.M. Dosage compensation in mammals: a fine tuning expression of the X chromosome. Genes Dev. 2006, 20: 1848-1867.

- Zhao, J., Sun, B.K., Erwin, J.A., Song. J., Lee, J.T. Polycomb proteins targeted by a short repeat RNA of the mouse X chromosome. Science. 2008, 322, 750.

- Robson, J., Peters, J. Imprinted noncoding RNAs. 2008. 19: 493-502.

- Papp B, Plath K. 2011. Reprogramming to pluripotency: stepwise resetting of the epigenetic landscape. Cell Res. Feb 15. [Epub ahead of print].

- Fraga MF, Ballestar E, Paz MF, Ropero S, Setien F, Ballestar ML, Heine-Suñer D, Cigudosa JC, Urioste M, Benitez J, Boix-Chornet M, Sanchez-Aguilera A, Ling C, Carlsson E, Poulsen P, Vaag A, Stephan Z, Spector TD, Wu YZ, Plass C, Esteller M. 2005. Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 Jul 26;102(30):10604-9.

VI ESTRUCTURA NUCLEAR 6h

Se analizarán las funciones de la envoltura nuclear en la formación de territorios y en la expresión de genes.

VI.1 Definición de territorios cromosómicos.

VI.2 Envoltura y poros nucleares en la regulación de la expresión génica.

Practica 7 4h

Introducción a m-fish/SKY

Umass 5C (Dekker Lab)

Bibliografía sugerida:

1. Cremer, T., & Cremer, C. Chromosome territories nuclear architecture and gene regulation in mammalian cells. Nat Rev genet. 2001, April 2: 292-301.

VI PATOLOGÍAS ASOCIADAS LA DESREGULACIÓN DE COMPONENTES EPIGÉNETICOS 10h

Se discutirá la importancia de la epigénesis asociada a múltiples patologías.

VI.1 Enfermedades.

VI.2 Síndromes.

VI.3 Cáncer.

Bibliografía sugerida:

1. Hanahan D, Weinberg, R. 2000. The Hallmarks of cancer. Cell 100. 57-70.

2. Tsai HC, Baylin SB. 2011. Cancer epigenetics: linking basic biology to clinical medicine. Cell Res.Feb 15. Kriaucionis S, Bird A. 2003. DNA methylation and Rett syndrome. Hum Mol Genet. 12 Spec No 2:R221-7. Epub 2003 Aug 19.

3. Chi P, Allis CD, Wang GG. 2010. Covalent histone modifications--miswritten, misinterpreted and mis-erased in human cancers. Nat Rev Cancer. 10(7):457-69.

4. Wang GG, Allis CD, Chi P. 2007. Chromatin remodeling and cancer, Part I: Covalent histone modifications. Trends Mol Med. 13(9):363-72.

5. Berdasco M, Esteller M. 2010. Dev Cell. 19(5):698-711. Aberrant epigenetic landscape in cancer: how cellular identity goes awry.

6. Robertson KD. 2005. DNA methylation and human disease. Nat Rev Genet. 6(8):597-610. Review.

7. Doi A, Park IH, Wen B, Murakami P, Aryee MJ, Irizarry R, Herb B, Ladd-Acosta C, Rho J, Loewer S, Miller J, Schlaeger T, Daley GQ, Feinberg AP. 2009. Differential methylation of tissue- and cancer-specific CpG island shores distinguishes human induced pluripotent stem cells, embryonic stem cells and fibroblasts. Nat Genet. 2009. 41(12):1350-3.

Bibliografía básica:

1. Alberts, B. Et al. Molecular Biology of the Cell. Garland Science. 2007.

2. Allis, C.D., Jenuwein, T., Reinberg, D. & Caparros, M. Epigenetics. Cold Spring Harbor Laboratory Press: 2007.

3. Esteller, M. DNA Methylation, Epigenetics and Metastasis. Springer Netherlands: 2010.

4. Jeanteur, P. Epigenetics and Chromatin. Springer: 2008.

5. Lewin, B. Genes IX. Jones & Bartlett Publisher: 2007.