Characterization, developmental expression and evolutionaryfeatures of the huntingtin gene in the amphioxus Branchiostomafloridae

Daniel Gomes XavierUniversidade Federal do ABC

Proposta

Investigar se o gene Huntingtina (IT15)estava envolvido no desenvolvimento doSistema Nervoso no último ancestralcomum dos Cordados, o Anfioxo.

Anfioxo

Doença de Huntington

É um distúrbio neurológico hereditário quefoi descrito em 1872 pelo médico norte-americano George Huntington.

Doença de Huntington

A doença é responsável pela degeneraçãocorporal e mental do seu portador e sedesenvolve geralmente por volta dos 40anos.

Doença de Huntington

- O doente passa a ter movimentosinvoluntários do corpo, que mais tarde setorna uma rigidez.

- Além disso perde capacidade mental,impossibilitando a pessoa de viver deforma autônoma.

Doença de Huntington

- Por ser uma doençagenética não possuicura e as chances de umpai/mãe passar para ofilho são de 50%, umavez que é autossômicadominante.

Doença de Huntington: causa

- Alteração no gene IT15.

Esboço da proteína sintetizada à partir do IT15.

Gene IT15

A função do gene ainda é objeto de estudo decientistas, mas pelas características da doençade Huntington deduz-se que sua atuação emfunções cerebrais é grande.

Além disso a sequência de nucleotídios quecompõe o gene está praticamente todaconservada, indicando sua importância.

Gene IT15

A alteração no gene que resulta o surgimento daDoença de Huntington é uma repetição anormalda trinca CAG, responsável pela codificação daglutamina.

Gene IT15

As cadeias polyQ são normais nas porções dasproteínas dos mamíferos, mas nos portadoresde Huntington são alongadas ao extremo.

A quantidade de trincas de CAG no gene IT15em uma pessoal saudável gira em torno de 20.Nos doentes são encontradas pelo menos maisde 36 vezes.

Gene IT15

Como mencionado anteriormente existe muitadificuldade em caracterizar uma função ao gene.Um dos motivos é que a sequência deaminoácidos codificados por ele, não é parecidacom a de nenhuma outra proteína.

Gene IT15

Entretanto estudos mostram que sua funçãopode estar ligada a participação nas interaçõesde proteínas.

Repetição HEAT consensa: cerca de 40aminoácidos de longas sequências que ocorremúltiplas vezes.

Mas por que o Anfioxo?

Alguns pesquisadores descobriram diferençasentre a Huntingtina de vertebrados einvertebrados, como mostrado à seguir:

Vertebrados Invertebrados

Splicing alternativo x

Presença da cadeia PolyQ x

Função neuro-relacionada x

Mas por que o Anfioxo?

- O Anfioxo é considerado um Cordadoinvertebrado. São nele os primeiros registros deaparição da notocorda.

- Aproveitou-se o fato de seu genoma ter sidosequenciado

- Sistema nervoso parecido com o dosvertebrados.

Mas por que o Anfioxo?

1 - gânglio cerebral2 - notocorda3 - nervo dorsal4 - barbatana pós-anal5 - ânus6 - tubo digestivo7 - sistema circulatório

8 - poro abdominal9 - lacuna supra-faríngica10 - abertura branquial11 - faringe12 - lacuna bucal13 - mimosa14 - abertura bucal

15 - gónadas16 - sensor de luz17 - nervos18 - barbatana abdominal19 - bolsa hepática

Clonagem e Caracterização do GeneMétodo aplicado: RT-PCR nos clones de um anfioxo adulto e PCR nos clones dosembriões.

Método RT-PCR

Método PCR

Clonagem e Caracterização do GeneMétodo aplicado: RT-PCR nos clones de um anfioxo adulto e PCR nos clones dosembriões.

Clonagem e Caracterização do GeneCamundongo

Rato Marrom

Homem

Porco Doméstico

Galo

Rã

Peixe

Peixe

Peixe

Anfioxo

Ciona

Ciona

Clonagem e Caracterização do Gene

Clonagem e Caracterização do Gene

Conclusões da análise:1- Mamíferos com sequências muito parecidas.2- Variação da sequência praticamente apenas nas cadeias PolyQ e PolyP .3- Cadeia PolyQ presente apenas em vertebrados e cadeia PolyP apenas nos mamíferos.4- Anfioxo apresenta cadeia PolyQ.

Clonagem e Caracterização do Gene

Comparação da repetição HEAT:

Comparação da organização genônica do IT15

Anfioxo Peixes Humanos Ciona

Exons 63 67 67 61

Tamanho da Região 50Kb 80Kb 180Kb 33Kb

Comparação Exons/Introns

Expressão da Huntingtina do Anfioxo

Foi feita observação do desenvolvimento doAnfioxo até virar uma larva.- No primeiro estágio (fertilização 0h – gástrula10h) não foi detectada transcrição daHuntingtina.- A primeira expressão visível foi observada noestágio de nêurula-precoce 11h. A maioria dastranscrições foi observada na ponta anterior daplaca neural e foi se espalhando ao longo davesícula cerebral com o tempo.

Discussão geral

O gene Huntingtina (IT15) do Anfioxo não sofreueventos que caracterizam extensas duplicaçõesde genômas dos vertebrados, porém tambémpossui uma cadeia polyQ.

Discussão geral

Em relação a repetição HEAT consensa os testesmostraram uma conservação desde os Anfioxosno extremo terminal N (posição inicial). Porémisso não é suficiente para uma conclusão maisaprofundada da função do gene.

Conclusão

Estudos recentes apontavam que a Huntingtinanos mamíferos tinham diversas funções em seudesenvolvimento. Eles acreditavam que isso erafruto de uma função ancestral de sistemanervoso mal organizado.

Conclusão

Porém esse estudo mostra que o gene nosAnfioxos (540 milhões de anos atrás) já eraexpresso particularmente em seu sistemanervoso.Além disso acredita-se que essa função ancestralestá posicionada no extremo terminal N dacadeia polipeptídica.

Bibliografia

Artigo: Characterization, developmental expression and evolutionary features of the huntingtin gene in the amphioxus Branchiostomafloridae – BioMed Central Ltd.