Universidade de São PauloEscola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”

Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de PlantasCurso de Mestrado

Imprinting Gênico

Luíza Lane de Barros DantasOrientador: Marcio de Castro Silva Filho

Nos organismos eucariotos de reprodução sexuada, o zigoto recebe um alelo de cada parental e cada um deles tem iguais chances de ser expresso.

Entretanto, a expressão de alguns alelos está intimamente relacionada à sua origem parental.

Primeiras evidências do imprinting:

Primeiras observações em D. melanogaster; Trabalhos publicados em 1935, 1944, 1946 e 1947; Gene scute.

Quando o gene era herdado do parental ♂, ocorria heterocromatinização e manchas oculares surgiam no inseto.

♂ ♀

O cromossomo X de origem paterna é sempre eliminado.

Primeiras evidências do imprinting:

Genetics 66:69-85 September 1970

R♀ - muitos grãos com manchas e grãos pigmentados

R ♂ - poucos grãos com manchas

Alelo R – pigmentação da aleurona

Primeiras evidências do imprinting:

É necessário o equilíbrio entre alelos ♀ e ♂ para a sobrevivência do organismo.

Primeiras evidências do imprinting:

Mais evidências do imprinting:

Mas afinal, o que é imprinting gênico?

É a expressão tendenciosa de alelos de acordo com sua origem parental; Enquanto um dos alelos é expresso, o outro é silenciado.

Não ocorre, portanto, expressão aleatória dos alelos herdados pelo parental masculino ou feminino.

Mas afinal, o que é imprinting gênico?

F1 com imprinting

Gisele Büdchen e Tom Brady

Alelos de Gisele expressos

Alelos de Tom expressos

Um exemplo simplificado do imprinting gênico:

Mas afinal, o que é imprinting gênico?

Gisele Büdchen e Tom Brady

Expressão aleatória dos alelos herdados de Gisele e de Tom.

F1 sem imprinting

Um exemplo simplificado do imprinting gênico:

Mas afinal, o que é imprinting gênico?

Rompe as leis mendelianas; Meiotic drive?

Gregor Mendel

Mas afinal, o que é imprinting gênico?

É um fenômeno observado em mamíferos placentários, plantas Angiospermas, insetos e nematóides; Os genes que sofrem imprinting podem ser observados nas células somáticas e germinativas do organismo ou apenas em determinadas estruturas.

Mas afinal, o que é imprinting gênico?

A cada geração o imprinting é renovado.

Mas afinal, o que é imprinting gênico?

Algumas das funções associadas aos genes que sofrem imprinting:

Desenvolvimento; Nutrição embrionária; crescimento e proliferação celular; Homeostase.

Mas afinal, o que é imprinting gênico?

Até agora, 10 genes associados ao imprinting foram descritos em plantas...

Mas afinal, o que é imprinting gênico?

Mas afinal, o que é imprinting gênico?

... e 11 genes com imprinting foram encontrados em D. melanogaster...

Mas afinal, o que é imprinting gênico?

... enquanto que em mamíferos há 80 genes que sofrem imprinting.

Morison et al (2005). TRENDS in Genetics Vol.21: 458 – 460.

E como um organismo consegue distinguir um gene que sofre imprinting de um que não sofre?

Poucos e menores íntrons

Em média, os íntrons de genes que sofrem imprinting são menores e menos numerosos quando comparados aos genes que não sofrem imprinting.

E como um organismo consegue distinguir um gene que sofre imprinting de um que não sofre?

Sequências repetitivas

Características dos genes com imprinting

Gene CpGrica

DireçãoRepetiçõesRepetidas

Localização da metilação

TamanhoÚnico

Genes com imprinting têm mais sequências repetitivas.

E como um organismo consegue distinguir um gene que sofre imprinting de um que não sofre?

Translocações

A translocação confere manchas oculares tanto em ♀ quando em ♂ quando herdada do parental ♂.

Como surgiu o imprinting gênico?

Nos mamíferos, o surgimento do imprinting acompanhou a divergência que gerou os mamíferos placentários, há cerca de 150 milhões de anos atrás.

Neste grupo, há genes que sofrem imprinting tanto no embrião quanto na placenta, estrutura voltada para a nutrição embrionária.

Como surgiu o imprinting gênico?

Em plantas, o aparecimento do imprinting seguiu a origem das Angiospermas, há cerca de 140 milhões de anos atrás.

Nas Angiospermas, há genes que sofrem imprinting apenas no endosperma, tecido voltado para a nutrição embrionária.

Como surgiu o imprinting gênico?

Então a origem do imprinting gênico estaria associada à estruturas voltadas para a nutrição embrionária?

Como poderia ser explicada a evolução do imprinting?

A Teoria do Conflito Parental

Parental Materno Igualmente ligado a todas as proles que tiver na vida; Necessidade de divisão equitativa dos recursos para cada prole; Sobrevivência de todas as proles.

Parental Paterno Ligado apenas à(s) sua(s) prole(s); Tendência em alocar os recursos maternos para sua prole; Sobrevivência de sua prole.

Como surgiu o imprinting gênico?

A Teoria do Conflito Parental

Ao longo da evolução, o parental masculino desenvolveu estratégias para maximizar o investimento dos recursos femininos na sua prole, ao passo que o parental feminino opôs-se procurando dividir igualmente os recursos entre cada prole.

Como surgiu o imprinting gênico?

Então como explicar o surgimento do imprinting nestes animais?

Como surgiu o imprinting gênico?

Como surgiu o imprinting gênico?

A teoria baseada na recombinação meiótica sugere uma ligação entre o imprinting a recombinação que acontece durante a meiose.

Como surgiu o imprinting gênico?

Esta teoria conta com experimentos que demonstraram que regiões do genoma humano que sofrem imprinting apresentam altas taxas de recombinação:

Como surgiu o imprinting gênico?

A teoria da bomba relógio ovariana propõe que o imprinting evoluiu para evitar a partenogênese.

Esta teoria tem suporte nos experimentos feitos com mamíferos em que os embriões diplóides ginogenéticos ou androgenéticos não eram viáveis:

Como surgiu o imprinting gênico?

As espécies apomíticas desenvolvem-se de um óvulo não fertilizado, porém as sementes só são viáveis quando contém genoma ♂ no endosperma (pseudogamia) na proporção 2 ♀: 1♂.

Controle do imprinting gênico

ICRs (Regiões Controladoras do Imprinting); Metilação; Modificações histônicas; RNAi; PcG (Complexo Polycomb); Autorregulação.

O sistema regulatório de genes que sofrem imprinting é baseado em:

Controle do imprinting gênico

As ICRs (Regiões Controladoras do Imprinting): Conhecidas por Domínios/Regiões Diferencialmente Metilados (DMR/D); Sítios de metilação e de modificações histônicas baseados na origem parental da sequência de DNA; Grandes regiões não conservadas; Ricas em ilhas de dinucleotídios CpG; Nos mamíferos, há formação de clusters de genes que sofrem imprinting em tornos das ICRs;

F e il & B e rg e r (2 0 0 7 ). T R E N DS in G e ne t ic s V o l.2 3 N o .4 , p. 1 9 3 .

Controle do imprinting gênico

As ICRs (Regiões Controladoras do Imprinting): Deleções nas ICRs levam à perda do imprinting dos genes sob sua regulação.

Controle do imprinting gênico

Metilação: Presente em todas as espécies que têm imprinting gênico; A citosina das CpGs é metilada no seu carbono 5 (5-metil-citosina); Ocorre dentro das ICRs.

Controle do imprinting gênico

Metilação:

Controle do imprinting gênico

Metilação:

Nas cochonilhas, todo o genoma ♂ é silenciado nos embriões ♂, entretanto o genoma ♀ é hipermetilado.

Controle do imprinting gênico

Modificações histônicas: Acompanham a metilação; Podem acontecer dentro e fora das ICRs.

Controle do imprinting gênico

RNAi: RNAs longos não-codificantes; siRNAs, snoRNAs e miRNAs.

Os miRNAs de Gtl2 possuem complementariedade perfeita com Rtl1, de modo que degradam todo o mRNA e silenciam a expressão de todo o cluster Dkl1/Gtl2 em camudongos .

Controle do imprinting gênico

PcG (Complexo Polycomb) e autorregulação: O PcG é bem estudado em plantas;A autorregulação só foi descrita em Arabidopsis até agora.

O gene MEA autorregula a sua expressão.

Genes relacionados ao PcG:MEA - ♀ expressoFIS2 - ♀ expressoFWA - ♀ expressoPHE1 - ♂ expresso

Controle do imprinting gênico

PcG (Complexo Polycomb)

Controle do imprinting gênico

Autorregulação:

O gene MEA de Arabidopsis tem seu imprinting regulado independentemente tanto pelo complexo PcG quanto por autorregulação.

Renovação do imprinting gênico

Mamíferos: A cada geração, o imprinting é “apagado” ainda na fase embrionária e posteriormente, ao final da gametogênese é restaurado. Foi sugerido que o mesmo acontece com insetos.

Renovação do imprinting gênico

Plantas: Como o imprinting é restrito ao endosperma, não é necessário um mecanismo de seu restabelecimento a cada geração.

Conclusões

O imprinting é um mecanismo epigenético de regulação da expressão gênica; Favorece a expressão de alelos baseado na sua origem parental; Foge, portanto, das leis mendelianas; É um mecanismo conservado, sendo observado em vários grupos de organismos; Está associado ao desenvolvimento embrionário; A teoria do conflito parental propõe-se a explicar a evolução do imprinting, embora outras teorias se oponham (recombinação e prevenção de partenogênese); Há regiões específicas para controlar o imprinting, as ICRs; O silenciamento dos alelos que sofrem imprinting e não são expressos pode se dar por metilação, modificações histônicas, autorregulação ou através de complexos protéicos (PcG); A cada geração o imprinting se renova nas espécies animais.

Obrigada!

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