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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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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