EPIGENÉTICA - Instituto de Matemática e Estatística · Genética não é espelho. Definição de Epigenética ... É uma forma de regulação epigenética que resulta na expressão

EPIGENÉTICA

Fernanda [email protected]

Laboratório de Ontogenia e EpigenéticaDepartamento de Farmacologia - UNIFESP

EspecialGenética não é espelho

Definição de Epigenética

“Epigenética consiste no estudo das mudanças hereditárias na expressão gênica que independem de mudanças na sequência primária do DNA”.

http://www3.ie-freiburg.mpg.de/research-groups/epigenetics/laboratory-thomas-jenuwein/epigenetic-control-by-histone-methylation/

EXPRESSÃO GÊNICA

Informação armazenada

Informação organizada

Cromatina

Mecanismos epigenéticos

* Metilação de DNA

* Modificações pós-traducionais em histonas

* Posicionamento de nucleossomos

* MicroRNAs

EPIGENOMA

Importância Fisiológica

Feinberg & Tycho, 2004

Regulação gênica

Desenvolvimento

Expressão tecido-específica

Inativação do cromossomo X

Imprinting genômico

Manutenção da integridade

Metilação de DNA

Citosina

5-metilcitosina

SAM

SAH

***Em mamíferos acontece no contexto CpG

INIBIÇÃO DA TRANSCRIÇÃO

CpG metilado

TF

Ilha de CpG: região do genoma com pelo menos 200pb que contém mais de 50% de CpGs.

Desmetiladas em células normais e localizadas em promotores e ou primeiros exons de genes ativamente transcritos.

PROMOTOR

Annu. Rev. Med 59:267-80

Cromatina

http://www.mikeblaber.org/oldwine/BCH4053/Lecture21/Lecture21.htm

Modificações pós-traducionais em histonas

MARCAS DE ATIVAÇÃO

H3K4trimetilada (me3)

Acetilação

MARCAS DE INIBIÇÃO

H3K9trimetilada (me3)

H3K27trimetilada

Molecular biology of the cell. 4ª Ed. Alberts, B. et al

Acetilação de histonas

J. bras. pneumol. vol.35 no.12 São Paulo Dec. 2009

H3K9trimetiladaH3K27trimetilada

H3K4trimetilada tb pode ser representada pelo sinal verde!!!

Adaptado de Anton Eberharter & Peter B. Becker, 2002

Reguladores de cromatina que estão associados com repressão gênica e são importantes durante o desenvolvimento.

Divididos em 2 Grupo; Os que colocam as marcas - PRC2 – metiltransferases de histona Ex.EZH2 que trimetila a lisina 27 da H3 e SUZ12 que metila a lisina 9 da histona H3Os que interpretam as marcas – PRC1Ex.CBX2/HPC1 que possui cromodomínio e liga-se a lisinas metiladas.

Grupo Polycomb (PcG)

http://www.rikenresearch.riken.jp/eng/frontline/5514

Sparmann & van Lohuizen, 2006

Grupo Trithorax (TrxG)

Enzimas que promovem a ativação da expressão gênica e tb são importante durante o desenvolvimento.

Ex. MLL (trimetila a lisina 4 da H3)

ATIVAÇÃO DA TRANSCRIÇÃO

Alea A. Mills 2010

Posicionamento de nucleossomos

NFR NFR NFR

NFR – nucleossome free regionNDR- nucleossome depleted regions

NFR

NFR

Adaptado de Jones & Baylin, 2011

SWI/SNF

Scherem et al., 2002

MicroRNAs

Pequenos RNAs (~22nt) não codificantes que regulam a expressão gênica através do silenciamento dos genes alvo.

São expressos de maneira tecido específica e controlam importantes processos biológicos incluindo; proliferação, apoptose e diferenciação.

Como outros genes a expressão dos micro RNAs pode ser regulada por mecanismos epigenéticos.

Esquela-Kerscher & Slack 2006

MicroRNAs

Importância Fisiológica

Feinberg & Tycho, 2004

Desenvolvimento

Inativação do cromossomo X

Imprinting genômico

Manutenção da integridade

Reik 2007

Embrião e células somáticas

Células germinativas

Importância Fisiológica

Feinberg & Tycho, 2004

Desenvolvimento

Inativação do cromossomo X

Imprinting genômico

Manutenção da integridade

Em mamíferos , um dos cromossomos X da fêmeas é inativado de maneira aleatória durante a embriogênese.

Inativação do cromossomo X

Centro de inativação do Cromossomo X -XIC

Xist – Transcrito específico de inativação do cromossomo XEste RNA não codificante é expresso apenas no X inativo (Xi)

XIC

Xi

Participação do grupo PRC2 na inativação do cromossomo X

Modificado de Jeannie T Lee 2011

2 X ativos (blastocisto, epiblasto)

Importância Fisiológica

Feinberg & Tycho, 2004

Desenvolvimento

Inativação do cromossomo X

Imprinting genômico

Manutenção da integridade

Imprinting genômico

É uma forma de regulação epigenética que resulta na expressão de apenas um dos alelos dependendo de sua origem (materna ou paterna).

A expressão dos genes que sofrem imprinting é tecido ou estágio específica.

Possível função e origem:

Evitar a partenogênese???

Hipótese do conflito (seleção natural agiu diferentemente nos alelos paternos e maternos).

Genes alelos

Alberts et al, Molecular Biology of the Cell, 4th edition**Alelo vindo da mãe é expresso

metilação de DNA

Células somáticas dos filhotes

meiose

Wolf Reik & Jörn Walter 2001

Ideraabdullah et al., 2008

ICR

ICR – Centro de controle de imprintingCTCF- Insulator protein (proteína de isolamento)

Participação em Doenças

Câncer

Doenças auto-imunes

Desordens psiquiátricas (ex. Esquizofrenia, Autismo)

Síndromes (ex. Síndrome de Rett, Prader Willi)

Rodríquez-Paredes & Esteller, 2011

NORMAL

CÂNCER

CpG island shore

Ilha de CpG Corpo gênico

NORMAL

CÂNCER

Seqs repetitivas Elementos transponíveis

Genes supressores de tumor

Esteller 2007

Sparmann & van Lohuizen, 2006

Drogas epigenéticas

Rodríquez-Paredes & Esteller, 2011

Técnicas para a análise da metilação de DNA

Análise da metilação de DNA Sequência- específica

Infinium

GoldenGate

Plataforma Illumina

MSP SequenciamentoCOBRA Ms-SNuPE Pirosequenciamento

HRM

Tratamento do DNA com bissulfito de Sódio

Citosina não metilada

Sequenciamento do DNA tratado com bissulfito de

sódio

Chan et al. Oncogenomics 2003

Methylation Sensitive High Resolution Melting (Ms-HRM)

Técnica baseada no comportamento de dissociação do dsDNA em ssDNA com o aumento da temperatura

DNA

Bissulfito

Amplificação da sequencia alvo

HRM

Equipamento de PCR em tempo real

Plataforma Illumina Infinium – Análise em larga escala

Cobre 27.578 CpGs e 14.495 genes

Análise das modificações em histonas

Ex.Anti- H3K4me3

Imunoprecipitação de cromatina - ChIP

Schones and Zhao Nature Reviews Genetics 2008

ChIP on chip – Imunoprecipitação da cromatina seguida de microarray

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EspecialGenética não é espelho

Diferenças na metilação de DNA e acetilação de histonas aumentam ou aparecem com a idade

Obrigada pela atenção!!!!!!

OBS. Precisa-se de alguém que entenda de bioinformática no lab de Ontogenia e Epigenética da UNIFESP