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EPIGENÉTICA Fernanda Molognoni [email protected] Laboratório de Ontogenia e Epigenética Departamento de Farmacologia - UNIFESP

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EPIGENÉTICA

Fernanda [email protected]

Laboratório de Ontogenia e EpigenéticaDepartamento de Farmacologia - UNIFESP

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EspecialGenética não é espelho

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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

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Mecanismos epigenéticos

* Metilação de DNA

* Modificações pós-traducionais em histonas

* Posicionamento de nucleossomos

* MicroRNAs

EPIGENOMA

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Importância Fisiológica

Feinberg & Tycho, 2004

Regulação gênica

Desenvolvimento

Expressão tecido-específica

Inativação do cromossomo X

Imprinting genômico

Manutenção da integridade

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Metilação de DNA

Citosina

5-metilcitosina

SAM

SAH

***Em mamíferos acontece no contexto CpG

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INIBIÇÃO DA TRANSCRIÇÃO

CpG metilado

TF

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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

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Cromatina

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

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Modificações pós-traducionais em histonas

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MARCAS DE ATIVAÇÃO

H3K4trimetilada (me3)

Acetilação

MARCAS DE INIBIÇÃO

H3K9trimetilada (me3)

H3K27trimetilada

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

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Acetilação de histonas

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

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H3K9trimetiladaH3K27trimetilada

H3K4trimetilada tb pode ser representada pelo sinal verde!!!

Adaptado de Anton Eberharter & Peter B. Becker, 2002

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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

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Sparmann & van Lohuizen, 2006

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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

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Alea A. Mills 2010

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Posicionamento de nucleossomos

NFR NFR NFR

NFR – nucleossome free regionNDR- nucleossome depleted regions

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NFR

NFR

Adaptado de Jones & Baylin, 2011

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SWI/SNF

Scherem et al., 2002

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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.

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Esquela-Kerscher & Slack 2006

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MicroRNAs

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Importância Fisiológica

Feinberg & Tycho, 2004

Desenvolvimento

Inativação do cromossomo X

Imprinting genômico

Manutenção da integridade

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Reik 2007

Embrião e células somáticas

Células germinativas

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Importância Fisiológica

Feinberg & Tycho, 2004

Desenvolvimento

Inativação do cromossomo X

Imprinting genômico

Manutenção da integridade

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

Inativação do cromossomo X

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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

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Xi

Participação do grupo PRC2 na inativação do cromossomo X

Modificado de Jeannie T Lee 2011

2 X ativos (blastocisto, epiblasto)

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Importância Fisiológica

Feinberg & Tycho, 2004

Desenvolvimento

Inativação do cromossomo X

Imprinting genômico

Manutenção da integridade

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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

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

metilação de DNA

Células somáticas dos filhotes

meiose

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Wolf Reik & Jörn Walter 2001

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Ideraabdullah et al., 2008

ICR

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

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Participação em Doenças

Câncer

Doenças auto-imunes

Desordens psiquiátricas (ex. Esquizofrenia, Autismo)

Síndromes (ex. Síndrome de Rett, Prader Willi)

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Rodríquez-Paredes & Esteller, 2011

NORMAL

CÂNCER

CpG island shore

Ilha de CpG Corpo gênico

NORMAL

CÂNCER

Seqs repetitivas Elementos transponíveis

Genes supressores de tumor

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Esteller 2007

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Sparmann & van Lohuizen, 2006

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Drogas epigenéticas

Rodríquez-Paredes & Esteller, 2011

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Técnicas para a análise da metilação de DNA

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Análise da metilação de DNA Sequência- específica

Infinium

GoldenGate

Plataforma Illumina

MSP SequenciamentoCOBRA Ms-SNuPE Pirosequenciamento

HRM

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Tratamento do DNA com bissulfito de Sódio

Citosina não metilada

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Sequenciamento do DNA tratado com bissulfito de

sódio

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Chan et al. Oncogenomics 2003

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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

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Plataforma Illumina Infinium – Análise em larga escala

Cobre 27.578 CpGs e 14.495 genes

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Análise das modificações em histonas

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Ex.Anti- H3K4me3

Imunoprecipitação de cromatina - ChIP

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Schones and Zhao Nature Reviews Genetics 2008

ChIP on chip – Imunoprecipitação da cromatina seguida de microarray

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Artigos interessantes

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Receptor de Glicocorticóide no hipocampo – mães cuidadoras

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Análise da metilação de DNA na região reguladora do receptor de glicocorticóide

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Troca de mães e filhotes reverte a metilação

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Aumento da acetilação e da ligação de NGFI-A na região reguladora nos filhotes de mães cuidadoras

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EspecialGenética não é espelho

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

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Obrigada pela atenção!!!!!!

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