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GENOMA E NUTRIÇÃO
CLAUDIA MARIA MEIRELLES MARCHINI
Genoma
• É a informação genética
pertencente a uma célula ou
um organismo
• Genoma humano apresenta
aproximadamente
25 mil genes
Projeto Genoma humano
• Mapeamento do genoma humano
• Identificação dos nucleotídeos
• Aproximadamente 1,5% do genoma codificam proteínas
• Seqüências genoma que não codificam proteínas consistem
RNA, seqüências regulatórias, íntrons e “junk” DNA
Ômicas: novas ciências* Genoma
* Transcriptoma
* Proteoma
* Metaboloma
* Nutrogenoma
* Lipidoma
Outras Ômicas…
Interação Nutriente – Gene• Objetivo: estabelecer dietas personalizadas com base no
genótipo para promover a saúde diminuindo os riscos de
doenças crônicas (cardiovasculares, diabetes, câncer...)
• É fundamental a aplicação na área da nutrição das
ferramentas da genômica funcional para a análise do
transcritoma, do proteoma e do metaboloma.
• Aplicabilidades: cultura de células, modelos
experimentais em animais, estudos pré-clínicos e clínicos
Ciências Nutricionais• Galactosemia é um defeito genético na enzima GALT, levando a um
acúmulo de galactose no sangue
• Fenilcetonúria é um defeito genético na enzima fenilalanina-
hidrolase, levando a um acúmulo de fenilalanina
• Deficiências de vitaminas como a B12, ácido fólico, B6, C, E, ferro
ou zinco causam dano no DNA quebrando a dupla-fita
• A deficiência de nutrientes pode explicar porque ¼ da população
dos Estados Unidos que não consome as 5 porções diárias
recomemdadas de vegetais e frutas tem um risco 2 X maior de
desenvolverem câncer
Nutrigenômica
“Caracteriza uma nova visão do estudo de alimentos e da pesquisa
nutricional na qual a avançada tecnologia funcional genômica é
usada, ao lado de técnicas nutricionais e bioquímicas, para
determinarem os mecanismos pelos quais os alimentos e seus
componentes individuais modulam processos que ocorrem nos
tecidos do corpo humano”.
Instituto de Pesquisa de Alimentos, 2001
Abordagem molecular: Estudo entre as interações dos nutrientes com os genes e o efeito na saúde do indivíduo
Nutrientes atuam em transdução de sinal
Chá verde
Polifenol
11-epigallocatechin-3-gallate (EGCG)
Inibe NF-kappaB fator de transcrição
Porque individuais respondem de forma
diferenciada a uma dieta especifica?
Variabilidade genética!
Antes
* Durante as cercas de 1016 mitoses possíveis durante uma vida
humana, em cada LOCUS podem ocorrer 108 a 1010 mutações
Mutações
Antes Depois
Luzultra-violeta
Mutações* Alteração permanente e transmissível na seqüência de nucleotídeos
em um gene que pode causar a alteração ou a perda da função normal.
| | | | | | | | |A T C G T A C G G
T A G C A T G C C
T A G C C T G C C
T A G C A T G C CA T C G T A C G G
A T C G G A C G GT A G C C T G C C
A T C G T A C G G
U A G C C U G C CU A G C A U G C CTranscrição
Replicação
RNA:
A T C G T A C G G
Proteína:
Tipos de Mutação
Sem Sentido
TAC CAC GTG ATA
AUG GUG CAC UAU
MET VAL HIS TYR
TAC CCC GTG ATT
AUG GGG CAC UAA
MET GLY HIS STOP
... !
Tipos de Mutação
Sentido Trocado
TAC CAC GTG CAC
AUG GUG CAC GUG
MET VAL HIS LEU
TAC CCC GTG CAC
AUG GGG CAC GUG
MET GLY HIS LEU
A estrutura da proteína permite que sua função seja executada. Alteração em sua estrutura afetará sua especificidade ou atividade.
Radiação Ionizante
* Formação de dímeros de Pirimidina
* Interrupção da replicação
* Seqüências truncadas
Modificações das Bases Nitrogenadas
Mutagênicos Químicos
* Alguns mutagênicos químicos modificam a estrutura molecular das bases.
* No caso dos agentes alquilantes, são adicionados grupos etil ou grupos metil
Mutagênicos Químicos
Ferguson & Philpott. The annual Review of Nutrition, 28:12.1-12.17, 2008.
Structures of dietary mutagens
Aflatoxina B1
* Produzida pelo fungo Aspergillus flavus
Aflatoxina B1
* Populações expostas a esta molécula tem alto índice de hepatocarcinoma
* 50% dos casos de hepatocarcinoma apresentam mutação no gene p53
GC TA
Transversão
Polimorfismo
Single Nucleotide Polymorphism (SNP)
* Variação em uma seqüência de DNA em um único nucleotídeo
* Deve ocorrer em ao menos 1% da população
Como são detectadas as diferenças entre os indivíduos?
• O brócolis possui algum efeito na expressão genética na dieta?
• Experimento por um mês utilizando a Dieta A (enriquecida por Brócolis) e Dieta B (ausência de Brócolis outras hortaliças semelhantes)
• Sujeitos: gêmeos idênticos saudáveis
Microarranjo
• DNA microarray, DNA chip, genome chip,
expression chip e gene array
• São vendidos comercialmente por empresas
de biotecnologia
Aproximadamente 10.000 pontos/cm2
DNA Microarray
Cada ponto representa um gene distinto
Extração RNA
• O RNA é separado com auxílio de uma centrífuga , a
velocidade alta separa os componentes da solução
dependendo do tamanho ou densidade
RNA
Proteína, DNA e outros componentes
RNA total
•RNA mensageiro
•RNA transportador
•RNA ribossômico
Isolamento do mRNA
• Colunas contendo pequenas esferas recobertas por
poli-T que se ligam somente com mRNA que
possuem cauda poli-A
Pequenas esferasconstituem a coluna
Aumento de uma esfera
Retenção do mRNA na coluna
• As fitas de mRNA
ficaram retidas nas
esferas poli-T por meio
das caudas poli-A
Recuperação do mRNA
• Como liberar o mRNA das esferas?
– O pareamento de bases entre moléculas de DNA
é comprometido por concentrações de sais e pH
Produção de uma cópia de cDNA fluorescente
• Montagem de uma fita complementar de
DNA oposta a molécula de mRNA
Solução Fluoresncente verde
Solução fluorescentevermelha
Dieta BDieta A
Conteúdo da solução fluorescente
• Primers Poli-T: unem-se as
cadeias poli-A dos mRNA
• Transcriptase reversa: uma
enzima que sintetiza a fita de
cDNA
• Nucleotídeos fluorescentes:
serão incorporados na nova
molécula de cDNA
Aplicação do cDNAs marcados com fluorescência
• Transcriptase reversa produz cDNA fluorescente e
moléculas de mRNA foram degradadas com RNAses
cDNAs vermelhoshibridaram comeste ponto
cDNAs verdeshibridaram comeste ponto
cDNAs que não hibridaram
cDNAs vermelhose verdes hibridaram Com este ponto
Leitura da placa de microarray
• O scanner lê um fluoróforo
por vez;
• O programa faz uma
sobreposição das imagens;
• O importante são os pontos
verdes e vermelhos isolados
Exemplo de aplicação do microarray
• Uma linhagem celular de carcinoma de cólon
foi tratada com sulforafona
• Composto bioativo de brócolis
Resultado:
• Indução da expressão do 106 genes
• Inibição da expressão de 63 genes
– Atividade anticarcinogênica
Limitações• Necessidade de quantidades significativas de tecido para o
isolamento de mRNA.
• Necessidade de repetições para obter valor significativo
• Alto custo da técnica
• O tratamento com nutrientes específicos promovem,
geralmente, pequenas alterações na expressão gênica,
dificultando a análise dos resultados
• Baixa reprodutibilidade utilizando-se plataformas de
diferentes fabricantes
Doença inflamatória intestinal (IBD)
• Inflamação crônica do trato gastrointestinal
– Colite ulcerativa (UC)
– Doença de Crohn (CD)
• Sintomas: diarréia, cólica abdominal, febre e sangramento
• Tratamento: remédios que controlam os sintomas, mas não
curam a doença; dieta controlada
Doença inflamatória intestinal (IBD)
Genes envolvidos no estabelecimento da IBD
• Reconhecimento de bactérias
• Na modulação da resposta inflamatória
• No transporte de moléculas na mucosa
intestinal
Proteína NOD2
Proteção contra bactérias invasivas
I) Genes envolvidos no reconhecimento de bactérias
Afetam Resposta Imune
Autoimunidade
II) Genes envolvidos na modulação da resposta imunológica
Transdução de Sinal Intracelular
III) Genes envolvidos no transporte de moléculas na mucosa intestinal
Dieta na doença inflamatória intestinal
• A IBD pode ser controlada com uma dieta elemental, que
parece modular a ação de citocinas e mudar a microbiota do
intestino
• Desafios: não existe um grupo de alimentos que seja
benéficos ou causem danos a todos os pacientes. A dieta de
eliminação é usada para se verificar as necessidades
individuais
Perspectivas IBD
• Omega-3 pode reduzir os sintomas da inflamação; Chá verde pode regular a expressão de proteínas transportadoras
• Porém o gene de interesse deve estar funcionando normalmente no paciente
• A identificação dos genes levam ao desenvolvimento da doença e assim permitir uma abordagem mais específica
• Dietas específicas poderiam aliviar os sintomas e curar até 90% dos pacientes
Concluindo
• Nutrientes alteram processos moleculares, expressão
genética e metabolismo
• Variações genéticas individuais podem influenciar como os
nutrientes são assimilados
• Ferramentas moleculares estão sendo empregadas para
examinar a resposta individual aos nutrientes
• A nutrigenômica irá desenvolver dietas personalizadas para
prevenir o surgimento de doenças e manter a saúde humana
OBRIGADA PELA ATENÇÃOcmmarchini@gmail.com
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