epigenetica

Genómica
Licenciatura em Ciências Biomédicas
Departamento de Ciências da Saúde,
UCP
Fevereiro 2013
Sumário
Epigenómica
Metilação de DNA
Mecanismos de Metilação
Metilação em saude e doença
Ambiente e metilação
06-05-2013
Genómica 12-13 MJC
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Epigenética
• Cor nos ratos
• Abelhas obreiras e rainhas
Genoma
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Epigenoma
Fenótipo
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Epigenoma
• A totalidade e localização de todas as
alterações epigenéticas que ocorrem numa
célula.
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Paisagem epigenética
Conrad Hal Waddington (1905-1975)
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Epigenética/Epigenómica
• Conrad Waddington, 1942: Estado e
actividade ou expressão genética (Fenótipo)
herdada por mitose ou meiose e que é
independente da sequencia de DNA.
• Todas as alterações na estrutura da cromatina
que alteram os padroes de expressão
(transcrição) e silenciamento do mesmo
genoma.
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Epigenética/Epigenómica
• As alterações epigenéticas alteram o fenótipo
sem alterarem a sequência
• Epigenética refere-se ao estudo de um gene
ou conjunto de genes e epigenomica refere-se
ao conjunto de alterações epigenéticas de um
genoma.
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Herditariedade das alterações
• https://www.sciencemag.org/content/330/60
04/612.figures-only
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Mecanismos epigenéticos
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Metilação do DNA
• Adição de grupos metilo à sequencia de DNA:
– Em células normais mantêm o controlo da
expressão genética e estabilidade dos
cromossomas.
– Em células cancerosas pode haver hipometilação e
hipermetilação. Que genes estão sujeitos a uma e
a outra?
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Modificações das Histonas
• Metilação mas também acetilação e
fosforilação das caudas das histonas.
– Em células normais existe o código de histonas
que mantem a estrutura de cromatina funcional.
– Em células cancerosas muitas vezes os genes que
promovem a alteração das caudas das histonas ou
a sua manutenção estão alteradas.
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Outros mecanismos epigenéticos
• Interações entre metilação do
DNA,modificação das histonas e pequenos
RNAs.
• Especificidade celular/tecidular e
desenvolvimento.
• Interação entre genes e ambiente e
susceptibilidade a doenças-
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ANOTAÇÕES INCONSISTENTES
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Metilação – a 5ª base
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Metilação do genoma
• Não está distribuída de forma uniforme no
genoma.
• Em células somáticas – 60-80% das CpGs estão
metiladas.
• A metilação é mais abundante em elementos
repetitivos
• Associada sobretudo a ilhas CpGs. As zonas GC
mantêm-se sem metilação
• As zonas promotoras dos genes estão em ilhas
CpGs.
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Os padrões de metilação são herdados
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Criação e manutenção da metilação
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As metil transferases
• Devem ser eliminados da anotação?
• O facto de serem desconhecidos não dá muita
informação
• Mas se um domínio ou proteína desconhecida
for muito abundante pode corresponder a
domínios conservados. Ou não?
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Porquê a metilação?
• Defesa: silencia DNA parasítico endogeno
(repetições, elementos transponíveis, etc).
• Imprinting
• Inativação do X
• Manutenção da heterocromatina, estabilidade
cromossómica e tamanho dos telómeros
• Controlo da expressão genética.
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A metilação é alterada durante o desenvolvimento e
reprogramação epigenéticas
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Padrões normais de metilação
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Padrões de Metilação dentro do gene
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Padrões normais de metilação
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Mecanismos de silenciamento por
metilação
• Diretos
– Inibição da transcrição de factores de ligação (CTCF e
UBF).
• Mecanismo não universal pois nem todos os locais de
ligação de factores têm nucleotidos CG.
• Indiretos
– Inibição mediada por proteínas ligadoras de MetilCpG (MeCP1/MeCP2)
• Recrutamento de complexos co-repressores incluindo as
HDACs
• Alterações na conformação da cromatina.
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Proteinas ligadoras de DNA metilado
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Metilação de DNA e cancro
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Inativação de genes supressores de
tumores
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Metilação aberrante em cancro
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No cancro há regiões diferentes
metiladas e desmetiladas
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Hipometilação e cacro
• Muitos tumores humanos têm um nivel global
menos de 5-metilcitosinas (Gama-Sosa et al
1983)
• A hipometilação do c-Há-ras e c-Ki-ras foi
identificada em tumoresprimarios do colon
(Feinberg e Vogelstein, 1983)
• A perda de imprinting do IGF2 aumenta o
risco de cancro colo retal (Cui et al 2003).
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Consequências da hipometilação
• Instabilidade cromossómica (ICF sindrome)
• Activação da transcrição de retrotransposões.
• Activação da transcrição de oncogenes.
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Metilação promove mutação
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Trabalhos a realizar pelos alunos
• Defeitos em imprinting:
– 1. João Síndromes Angelman e Prader-Willi
– 2. Jessica Diabetes Melitus neonatal transitório
(Transient neonatal Diabetes melitus)
• Instabilidade nas respetições
3. Marya X Frágil
4. Pedro Distrofia muscular Fascioscapulohumeral
(Fascioscapulohumeral muscular distrophy)
Trabalhos a realizar pelos alunos
• Defeitos na maquinaria de metilação
5. Mariana Lupus eritematoso sistémico (Systemic
lupus erythemtosus (SLE))
6. Eduardo Síndrome de Rett
Imprinting
• Lembram-se o que é?
– É uma alteração epigenética
– Uma cópia do gene é expressa e a outra é
silenciada
– Os alelos silenciados normalmente são altamente
metilados e estão condensados.
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Imprinting
Ainda há bastantes dúvidas:
• O que marca um gene para que sofrer
imprinting?
• Porque é que há genes que em que as duas
cópias podem ser expressas e outros não.
• Como é imposto o imprinting?
• Há mecanismos diferentes para machos e
fêmeas? Sabemos que há genes em que o alelo
imprinted é sempre o da mãe ou o do pai.
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Alterações epigenéticas
• Com o ambiente
• Com a idade
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Com a idade
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Com o ambiente
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Metilação do DNA e Cromatina
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O core do nucleossoma
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Modificação (código) das histonas
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Modificação (código) das histonas
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Modificação das histonas e transcrição
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Repressão mediada por metilação
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Repressão independente de Metilação
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Repressão mediada pela metilação da
H3k37
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Mecanismos de interação epigenética
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Referências
• http://genetics.wustl.edu/bio5488/files/2013/
02/130218_TW_Bio5488_Epi_2013_Lecture1.
pdf
• http://genetics.wustl.edu/bio5488/files/2013/
02/130220_TW_Bio5488_Epi_2013_Lecture2.
pdf
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