O empacotamento do DNA no núcleo
-
Upload
trinhnguyet -
Category
Documents
-
view
223 -
download
4
Transcript of O empacotamento do DNA no núcleo
![Page 1: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/1.jpg)
O DNA e a cromatina
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
![Page 2: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/2.jpg)
O dogma central
• Mas como o DNAestá compactado nonúcleo?
• Como acontecem osprocessos de transcriçãoe tradução?
• Como a estrutura física dosprocessos funciona, minuciosamente?
![Page 3: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/3.jpg)
Descoberta do DNA• Surdo, não conseguia clinicar bem,
passou a estudar química fisiológica
• Interessado em estudar a química do núcleo, conseguiu isolar núcleo do citoplasma
• Encontrou compostos ricos em fósforo e nitrogênio, mas sem enxofre– Chamou-o de nucleína (DNA)
Johannes Miescher1844-1895 (Sec. XIX)
Médico e biólogo Suiço
![Page 4: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/4.jpg)
Descoberta da CROMATINA
• Descobriu uma estrutura celular que era altamente afim a corantes básicos– Chamou-a de cromatina
• Essas estruturas poderiam ser vistas no núcleo em pedaços– Cromossomos (corpos corados)
• Estudou a divisão celular em salamandras (mitose)
Walther Flemming1843–1905
Médico e Biólogo alemão, fundador da citogenética
Descoberta e publicação da mitose (1888)
![Page 5: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/5.jpg)
Teoria cromossômica Sutton (1902-3) mostrou, através de estudos em
células germinativas de gafanhotos, que os cromossomos eram responsáveis pela base física da herança mendeliana
Boveri descobri que os ouriços do mar precisavam ter todos os cromossomos em ordem para que seu desenvolvimento embrionário ocorresse de forma perfeita Descobriu também que no câncer havia
alteração cromossômica e que isso leva à reprodução descontrolada
1915 – O mecanismo da herança mendeliana (Teoria cromossômica da herança), Morgan et al. Ligou os cromossomos diretamente a Mendel
Walter Sutton1877 - 1916
Thomas Morgan 1866 –1945
![Page 6: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/6.jpg)
Eucromatina e Heterocromatina• Emil Heitz, 1928
– A heterocromatina do musgo
• Eucromatina: menos corada, cromossomos menos condensados, representa os genes ativos
• Heterocromatina: mais corada, cromossomos mais condensados, representa os genes inativos
• Fez estudos citológicos em 115 espécies de plantas, além de drosófilas e outros dípteros
Emil Heitz1892 - 1965
![Page 7: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/7.jpg)
Cromossomos
• Anatomia cromossomal
Centrômero
Telômeros
Braço longo
Braço curto
Cromátides
![Page 8: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/8.jpg)
Cromatina
Linfócito humano Linfócito de rato
CromatinaRegiões mais coradas – heterocromatina
Regiões menos coradas - eucromatina
• Cooper, 1959– Heterocromatina e
cromatina são diferentes biofisicamente, mas teem um mesmo arranjo básico estrutural como DNA
![Page 9: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/9.jpg)
Inativação do cromossomo X
• ~1960: Uma das duas cópias do cromossomo X de fêmeas de mamíferos é inativada
• O cromossomo X extra fica em estado de heterocromatina– Compensação de dose– Escolha aleatória mas continua por toda a vida
(em marsupiais é sempre o X paterno inativado)• Alguns genes podem fugir à inativação
![Page 10: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/10.jpg)
Empacotamento do DNA
HU proteins
eucariotos
Histonas
![Page 11: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/11.jpg)
Mecanismo molecular para formar a eucromatina X
heterocromatina• Histonas
– Descobertas por Kossel ainda no século XIX (1884)
• Proteínas mais conservadas entre os organismos• Carregadas positivamente (Lys + Arg)• DNA dá 1,7 voltas no
octâmero
![Page 12: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/12.jpg)
Descoberta do Nucleossomo• Kornberg, R.D. (1974) Chromatin
structure: a repeating unit of histones and DNA. Science 184, 868-871.– Descoberta dos nucleossomos
• Produziu estruturas cristalográficas relacionadas ao mecanismos de transcrição (produção do RNA)
• Prêmio Nobel em 2006
Roger David Kornberg Bioquímico americano
(1947-)
![Page 13: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/13.jpg)
Octâmero de Histonas, o nucleossomo
• Formado por 146 bp• Ligado a outro nucleossomo por uma região
ligadora (linker), contendo entre 10 e 80 bp
![Page 14: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/14.jpg)
Estrutura da cromatina eucarióticaEmpacotamento de nucleossomos como umoctâmero de histonas:
2X H2A H3H2B H4
H1
![Page 15: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/15.jpg)
Modificações pós-traducionais• Uma vez que as proteínas são
traduzidas nos ribossomos, muitas delas podem ser modificadas para ajustar suas funções “em tempo real”
• Fosforilação de proteínas– Proteínas quinases e fosfatases
• Diversas outras modificações podem acontecer em proteínas... As histonas são alvos de várias delas
![Page 16: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/16.jpg)
Estrutura e função da cromatina• Papel estrutural: empacotamento do DNA• Papel regulatório: controle do acesso da maquinaria de
transcriçãoExemplo:histonas acetilaseshistonas desacetilases
• Ligação de fatoresde transcrição e acetilação de histonas– desempacotamento
da cromatina– ativação da
expressão gênica
Histonas desacetiladas cromatina fechada expressão gênica inativa
![Page 17: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/17.jpg)
Modificações que diminuem a carga positiva das proteínas abrem a cromatina
Menor interação DNA-histona
Ativação do gene
![Page 18: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/18.jpg)
Modificações pós-traducionais nas histonas influenciam a expressão gênica
![Page 19: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/20.jpg)
Compactação do DNA
• É compreendida hoje a relação das histonas com o DNA
• Entretanto há uma série de proteínas que formam as fibras da cromatina cuja ação não é bem compreendida
![Page 21: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/21.jpg)
Remodelamento da cromatina• Vários estudos modernos são feitos
com relação ao remodelamento dinâmico da cromatina em células interfásicas
• Estudos recentes (2007) parecem mostrar não haver estrutura de nucleossomos em regiões de promotores e origens de replicação
• Nucleossomos são removidos em condições de estresse, permitindo transcrição
![Page 22: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/22.jpg)
O código das histonas
• Estudos que almejam identificar a relação entre – Código de modificações
pós-traducionais em histonas
– Expressão gênica (Transcrição)
![Page 23: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/23.jpg)
Conclusões• O DNA das células está
empacotado no núcleo
• Este empacotamento se dá através da associação do DNA (-) com proteínas chamadas histonas (+)
• As histonas permitem a regulação da expressão gênica ao abrirem ou fecharem a cromatina, permitindo o acesso ao DNA por outras proteínas (fatores de transcrição)
![Page 24: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/24.jpg)
Adendo: Epigenômica
Prof. Francisco Prosdocimi
![Page 25: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/25.jpg)
Epigenética• Mudanças no fenótipo ou na
expressão gênica causadas por mudanças não-mutacionais
• Holliday, 1990– The study of the mechanisms of
temporal and spatial control of gene activity during the development of complex organisms
• O epigenoma...– Metilação do DNA– Remodelamento de cromatina
• O código das histonas
![Page 26: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/26.jpg)
Modificações epigenéticas• Permitem uma regulação fina da
transcrição em determinados locos
• Determina quais regiões da cromatina estão mais ou menos abertas para o acesso da maquinaria de transcrição
• Acredita-se hoje que os mecanismos epigenéticos sejam responsáveis pela diferença de expressão gênica entre tecidos– 1 genoma X 250 epigenomas
![Page 27: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/27.jpg)
Metilação do DNA• Ilhas CpG
– C’s antes de G no genoma são muitas vezes mutados para T
– A quantidade de CpG no genoma é menor do que seria de se esperar pelo acaso
• Código selecionado evolutivamente
– Presentes em regiões promotoras de organismos eucarióticos!
– Mecanismo herdável
![Page 28: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/28.jpg)
Tratamento com bissulfito• Permite a identificação em larga-
escala das citosinas metiladas
• É importante que o DNA esteja em fita simples para que não haja modificação parcial das citosinas
• Tratamento bioinformático posterior para identificação das regiões metiladas
• Acesso diferenciado pela maquinaria de transcrição
![Page 29: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/29.jpg)
A cromatina
• Estrutura de empacotamentodo DNA nuclear
• Nucleossomos• Histonas
– Carga positiva
![Page 30: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/30.jpg)
Acetilação de histonas
Histonas desacetiladas cromatina fechada expressão gênica inativa
![Page 31: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/31.jpg)
Modificações pós-traducionais nas histonas influenciam a expressão gênica
![Page 32: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/32.jpg)
Imunoprecipitação da cromatina• ChIP
– Chromatin Immunoprecipitation
• Liga-se o nucleossomo a anticorpos específicos para histonas modificadas
• Libera-se o DNA e sequencia-se
• Permite reconhecer as regiões do DNA ligadas em histonas com determinadas modificações pós-traducionais
![Page 33: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/33.jpg)
O código das histonas
• Estudos que almejam identificar a relação entre – Código de modificações
pós-traducionais em histonas
– Expressão gênica
![Page 34: O empacotamento do DNA no núcleo](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062504/5870ce441a28ab1d758bff91/html5/thumbnails/34.jpg)
Conclusão: epigenômica• Os mecanismos de modificações
pós-traducionais em histonas e de metilação do DNA interferem na expressão gênica e podem ser quantificados
• Existe uma ordem neste processo?
• Existirão realmente epigenomas específicos para cada tipo celular?