Mecanismos epigeneticos da regulacao genica Alteracao da expressao genica sem alteracoes na...
Transcript of Mecanismos epigeneticos da regulacao genica Alteracao da expressao genica sem alteracoes na...
Mecanismos epigeneticos da regulacao genica
Alteracao da expressao genica sem alteracoes na sequencia de DNA
alteracoes epigeneticas que afetam propriedades de pigmentacao
permanecem apos a meiose x nao permanecem apos a meiose
Mudancas epigeneneticas tipicas das plantas: tiipicamente apagadas na meiose
PGTS (post-transcriptional gene silencing mechanisms):primeiramente descoberto em plantas
Primeiro gene regulatorio para PGTS foi descoberto em Neurospora
PGTS: um poderoso meio para manipular a expressao em sistemas animais::RNAi
PGTS: mais conhecido em Drosophila e levedura (Saccharomyces)
Plantas usam as mudancas epigeneticas para se adaptar a mudancas genomicas ou ambientais::flexibilidade
Essa flexibilidade: provavel bae para a reprogramacao dos estagios de desenvol-vimento que permitem uma celula somatica a ser propagada e regenerada em umaplanta
Imprinting: a expressao de certos alelos edifere dependendo da origem do gametaExs: mamiferos, fungos e plantas
endosperma triploide de sementes milho:
bom nivel de expressao quando transmitito pelo ovulo ::cor solida da semente
alelos r (red):
baixo nivel de expressao quando transmitido pelo polem ::cor variegada:
Mecanismo epigenetico 1: imprinting
exigem a transmissao paterna para garantir o desenvolvimento do endosperma
Interacao alelica: a expressao de um alelo em um heterozigoto e alterada napresenca de outro; herdavel atraves da meioseAlelo B(booster): B-I: pigmentacao forte; B’: pigmentacao fraca
B-I: mesmo gene: heterozigot transmite somente o alelo B’B’: transcricao 10-20 vezes menor
Alelo Pl; forte pigmentacao das anteras; Pl’: cor variegada
PI e P’: mesmo gene: heterozigoto transmite somente o alelo P’
Mecanismo epigenetico 2: paramutacao
Mecanismo epigenetico 3: silenciamento
Deteccao; plantas trangenicas; Arabidopsis, Petunia e tabacoRepeticao da presenca de genes :::: silenciamento de outras sequencias
Silenciamento em cis; silenciamento em transEstrutura ou organizacao do cromossoma como causa do silenciamento
Petunia mutata: sem cor: introducao gene A1 do milho: copia simples: pigmentadaMas, uma unica copia A1: transcricao silenciada: perda do pigmento: variegado: o gene silenciado
gene silenciado A1 pode induzir silenciamento epigenetico de outro gene A1 novo,somente quando esse gene A1 expresso ‘e inserido proximo do primeiro.
Mecanismo epigenetico 4: co-supressao
Transgene pode induzir o silenciamento de um gene endogeno e homologo:fig.7.54
Experiencia da sobre-expressao da chalcone sintase
Co-supressao nao leva a uma mudanca herdavel geneticamente: atividade endogena e restabelecida quando ocorre a segregacao do transgene
Silenciamento de viroides: enxerto de planta contaminada por um virus emoutra planta contaminada com outro virus; silenciamento de outro virus: transmiss’aodo sinal por toda a planta: efeito a nivel postranscripcional.
Mecanismos da variacao epigenetica: metilacao do DNA
Mudancas no posicionamento do nucleossomaMudancas no empacotamento dos nucleossomasModificacoes covalente do nucleossomaMetilacao: mecanismo mais connhecido
Metilacao: mecanismos para garantir a heranca mitotica ou meiotica de padroes especifico de metilacao.
DNA-metil transferase; preferencia pelo motivo CpG ou Cp
TGA (transcriptional gene silencing) pela metilacao: afeta a transcricao
PTGA (post-transcriptional gene silencing) pela metilacao: nao afeta a transcricao
ddm1: afeta o reconhecimento da metilacao
met1: afeta a metilacao
mom1: TGS independente da metilacao
Eventos epigeneticos na poliploidizacao (70% angiosperma; 95% pteridofitas)
- silenciamento genes duplicados; - reduzir “infidelidade” cromossomal
Autopoliploidia; oportunidade para alterar a expressao genica (silenciamento), e criar um tampao contra o efeito de mutacoes deleterias
Vantagens dos alopoliploides: manter a natureza h[ibrida indefinidamente
Mudancas durante o estabelecimento da um autopoliploide; eliminacao de sequencias de DNA, expansao heterocromatina, rnslocacao reciproca de segmentos de cromossomas: ajudam diferenciar os cromossomas homologos dos homeologos
Silenciamento nos alopoliploides: metilacao: uso do aza-dC
Duplicacao genica
Duplicacao genica
HibridoF1
AutopoliploideAutopoliploide
AlopoliploideAlopoliploide
Diferencas no numero de cormossomas ou organiza;ao
Inicio da formacao de um poliploide: “choque”:
podem romper o pareamento e distribuicao
: duplicacao dos cromossomas
Modelo explicativo do silenciamento em poliploidesModelo explicativo do silenciamento em poliploides
Causas potencias da origem da variabilidade em poliploides
DNA metilado: proteinas ligantes ao DNA metilado enzimas modificadoras das histonas
fatores remodeladores da cromatina
Mecanismo da paramutacao;
Mecanismo 1
Interacao dos cromossomas Transferencia direta de elementos da cromatina
Mecanismo 2
formacao da heterocromatina
RNAaberrante
Promotor 1
Promotor 2
Sinal difusivel: RNA
Citosinas metiladas podem ser mantidas na replicacao
Mutantes com alteracoes no mecanismo epigenetico da regulacao genica
Milho: mop1: mediator of paramutation 1: bloqueia a paramutacao do gene B e de outros pigmentos
Introducao de novos genes PAI nao metilados tornam-se metilados
ambos genes PAI tornam-se entao metilados
Arabidopsis: o caso dos genes PAI: sintese triptofano:
so 2genes, em 2 cromos.
PAI: Phosphoribosilanathranilate isomerase
Estrategia de selecao de mutacoes que afetam as mudancas epigeneticas em PAIEstrategia de selecao de mutacoes que afetam as mudancas epigeneticas em PAI
metilacoes
[ ] XXPlanta transgenica
utilizado na selecao genetica
10 mutante isolado
20 mutante isolado
metilacaoreducao nafluorescencia
Nivel de metilacao = reostatoNivel de metilacao = reostato
controle do nivel de controle do nivel de expressao genicaexpressao genica
intermediario fluorescenteReacao catalizada pela enzima PAI
TriptofanoTriptofano……….
Unica sequencia PAI que pode ser expressa no
cromossoma 1 foi mutada
Met1 e CMT3: codificam paraduas diferentes
metil-transferases deDNA
Selecao de mutacoes que afetam o controle das alteracoes epigeneticasSelecao de mutacoes que afetam o controle das alteracoes epigeneticas
ddm1: mutacao no gene (SNW/SNF2) para o fator de remodelacao da cromatina;
Mamiferos mudancas na estrutura da cromatina devem anteceder a metilacao
Sem fenotipo visivel; autofecundacao: progenia anormal::desestabilizacao da programacao epigenetica
paradoxo? reduzido nivel de metilacao :: nova metilacao e silenciamento de genes que sao normalmente expressos e nao metilados (SUPERMAN): flores anormais
Problema para a obtencao de plantas transgenicas: - subito silenciamento do transgenes
1a defesa para superar este problema: selecionar planta transgenica com copia unica
Plantas antisenso para MET1;reducao em 30% no nivel de metilacao
Hipermetilacaodo gene SUPERMAN
Hipermetilacaodo gene SUPERMAN
e do gene AG
Genes do florescimento precoce: genes silenciadores epigeneticos ou repressores epigeneticos
Genes do florescimento precoce: genes de proteinas associadas a cromatina
Mutantes tfl2, emf, : florescem precocemente, florescem sob DC, flor terminal,proteinas de reserva da semente sao expressas antes
35S:TFL135S:TFL1
4 sepalasnova influorescencia
35S:EMF1 + DL35S:EMF1 + DL
duas folhas caulinaresflor terminal (2 siliquas)
novo broto terminal
35S:EMF1 + DC35S:EMF1 + DC
flores e brotosoriginados na mesma
regiao
Importancia da remodelagem da cromatina no controle da expressao genicae dos processos de desenvolvimento
Pouco compeendido como esses fatores de remodelagem da cromatina funcionam em plantas
Fatores epigeneticos controlando o desenvolvimento da semente
Box 1. A guide to 21–25nt RNAs.Short interfering (si)RNADouble stranded with 3 overhangs of two nucleotidesPerfectly complementary to target RNADirects endonucleolytic cleavagePrecursor:Perfect or nearly perfect RNA duplexChromosomal or cytoplasmic25 base pairs in lengthMicro (mi)RNASingle strandedPartially complementary to target RNAUnknown mechanism of actionOften conserved between species or even across phylaPrecursor:Bulged, partially double-stranded RNAChromosomal (IGR)70 nucleotides in lengthShort temporal (st)RNASingle strandedPartially complementary to target RNAInhibits translation initiationHighly conserved between species and across phylaPrecursor:Bulged, partially double-stranded RNAChromosomal (IGR)70 nucleotides in length