Epigenética e micro RNAs Epigenetics and micro RNAs Epigenética
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Alfredo Carlos S.D. Barros Goiânia, 14/5/2014 SIMPÓSIO INTERNACIONAL 8 e 9 de agosto de 2014 Hotel Unique – São Paulo, SP Michael D. Alvarado Cirurgião UCSF Breast Care Center San Francisco, EUA Henry M. Kuerer Cirurgião M D Anderson Cancer Center Houston, EUA Mark Robson Geneticista Memorial Sloan-Kettering Cancer Center Nova York, EUA Eric P. Winer Oncologista Dana-Farber Cancer Institute Boston, EUA Eleftherios P. Mamounas Cirurgião UCSF Breast Care Center San Francisco, EUA www.simposiocancerdemama.com.br Epigenética Genótipo Fenótipo • Interface entre o ambiente e o genoma • Ausência de transcrição sem mutação • Silenciamento genético EPIGENÉTICA Definição Estudo das alterações da regulação gênica não relacionadas com mudanças na sequência de nucleotídeos na molécula de DNA. Conrad Waddington Canalization of the development and the inheritance of acquired characters. Nature 1942; 50: 563-5 MECANISMOS EPIGENÉTICOS RELACIONADOS AO CÂNCER Metilação do DNA DNA Remodelação da cromatina (modificação das histonas) H2A, H2B, H3 e H4 H1 5’ 3’ RNA U U U A A G A G C G U G U GG G A A G C Interferência na expressão genética (micro RNAs) H H C O N C C C N C H N DNA metil transferase H N C C C O N H citosina H N H H 5-metil-citosina EFEITOS DA HIPERMETILAÇÃO DA CITOSINA • DNA não codificador • Silenciamento gênico • Bloqueio de transcrição Herman et al. Gene silencing in cancer in association with promoter hypermethylation. N Engl J Med 2003; 349: 2042-54 HIPERMETILAÇÃO DE CpG HIPOMETILAÇÃO DO DNA • Instabilidade gênica • Progressão tumoral • Ativação de genes (ciclina D2, H-ras) • Perda de “imprinting” INTERFERÊNCIA DA HIPERMETILAÇÃO DE CpG NO CÂNCER DE MAMA Gene metilado Alteração funcional BRCA1 Reparo do DNA CDH1 Adesão celular TMS1 Apoptose ESR1 Sinalização hormonal SNCG Crescimento celular Heyn e Esteller DNA profilling in the clinic: aplications and challenges. Nature Rev 2013; 13: 679-92 COMO A METILAÇÃO DO DNA INATIVA A TRANSCRIÇÃO GÊNICA Mecanismos Ação direta • A metilação da citosina bloqueia a ligação de fatores de transcrição na região promotora do DNA. Ação indireta • A metilcitosina atrai proteínas ligantes (MlCP2), que recrutam HDACs que removem acetil da lisina nas caudas das histonas. METILAÇÃO DO DNA E CÂNCER Hipermetilação de CpG Inativação de genes supressores Inativação de genes de reparo Hipometilação Global Ativação de Oncogenes Instabilidade cromossômica METILAÇÃO DO DNA E INICIAÇÃO DO CÂNCER DE MAMA ENVIRONMENTAL AND HERITABLE FACTORS IN THE CAUSATION OF CANCER • 44.788 pares de gêmeos • Suécia, Finlândia, Dinamarca • 9512 com pelo menos 1 câncer Lichtenstein e col. N Engl J Med 2000; 343: 78-85 Risco de câncer de mama até os 75 anos Câncer de mama Gêmeas 2 irmãs 1 irmã % Gêmeas % MZ 42 505 8.3 MZ 13 DZ 52 1023 5.0 DZ 9 Conclusões • • Papel secundário da hereditariedade Papel principal para o meio ambiente HUMAN EPIGENOME PROJECT Objetivos HEP • Identificar, catalogar e interpretar padrões de metilação de DNA Consórcio de firmas • EUA - França • Inglaterra - Alemanha www.epigenome.org FORMAS DE CROMATINA • Eucromatina • Heterocromatina Fator Transcritor HISTONAS Pequenas proteínas encontradas nos cromossomos eucarióticos, que atuam como suporte para a molécula de DNA. Tipos: H1, H2A, H2B, H3 e H4 NUCLEOSSOMO 2 moléculas de cada histona H2A, H2B, H3 e H4 DNA H1 H1 Octâmero de histonas 166 pares de base MODIFICAÇÃO DAS HISTONAS E REMODELAÇÃO DA CROMATINA Co-ativadores/ co-repressores da transcrição HATs HDACs HMTs Modificação nas histonas Carga positiva líquida no domínio N-terminal Efeito na cromatina Incorpora acetil em lisina Abre Retira acetil de lisina Fecha Incorpora metil na lisina Fecha microRNAs Conceito • RNAs não codificadores, de cadeia única com 19 a 22 nucleotídeos. 1993 • Moléculas de RNA não codificadoras em larvas em nematoide. Victor Ambros Caenorhabditis elegans microRNAs Mecanismo de ação • Após a transcrição ligam-se a RNAm, levando à sua degradação e repressão da mensagem. Função • Silenciamento genético pós-transcricional. Premio Nobel de Fisiologia em 2006 Andrew Fire Craig Mello BIOGÊNESE DOS miRNA Núcleo Citoplasma Gene RNA polimerase Drosha Exportina pri-miRNA pre-miRNA (70nt) miRNA Dicer maduro (22nt) RNAm RISC miRNA 1 cadeia Khoshaw e col. J Clin Pathol 2009; 69: 422-8 microRNAoma Mais 1500 tipos de microRNAs em humanos (www.mirbase.org) microRNAs e CÂNCER Ação Oncogenética Oncosupressora Carcinoma ductal infiltrativo de mama Elevação: miRNA 155, miRNA-21 Redução: miRNA-10b, miRNA 12b, miRNA-145 microRNAs e CÂNCER DE MAMA Efeitos Redução de expressão let-7 LNs positivos e alta proliferação Superexpressão miR-21 miR-17 - 5p miR-206 miR-335 Invasão e metástase Supressão tumoral Receptores negativos Diminuição de agressividade FATORES NUTRICIONAIS COM AÇÃO EPIGENÉTICA Folatos Hipermetilação de CpG Cobalamina Hipermetilação de CpG Ác. graxo Ômega 3 Demetilação de genes supressores Resveratrol Evita hipermetilação de BRCA1 Burdge et al. Epigenetics: are there implications for personalized nutrition? Curr Opin Nutr Metab Care 2012; 15: 442-7 POLUIÇÃO AMBIENTAL E EPIGENÉTICA Partículas no ar (níquel) Desacetilação de histomas Cigarro Acetilação de histomas Poluente orgânicos Hipermetilação do CpG Pesticidas e agrotóxicos Hipermetilação de CpG Dietilestilbestrol Hipermetilação de CpG Cooney CA. Epigenetics-DNA-based mirror of our environment. Dis Markers 2007; 23: 121-37 HEREDITARIEDADE DAS ALTERAÇÕES EPIGENÉTICAS • É a base do darwinismo • Já foi demonstrado em moscas • Não foi comprovada em humanos PERSPECTIVAS DE USO DE INIBIDORES DE DESACETILAÇÃO DE HISTONAS NO CÂNCER DE MAMA • Indução de apoptose (↑ p53, ↓ Bcl-2, ↑ Bax) • Bloqueio de divisão celular (↓ ciclina D, ↓ CDk4, ↑ p21) • Desestabilização de oncogenes (↓ EGFR, ↓ HER-2) • Antiangiogênese (↓ VEGF, ↓ Ang2) POSSIBILIDADES DE TERAPIA EPIGENÉTICA • Agentes demetilantes do DNA (inibidores de metiltransferases) • Inibidores de histona desacetilases POTENCIAIS LIMITAÇÕES • Uso prolongado • Bloqueio de efeito com descontinuação da droga PERSPECTIVAS DO ESTUDO DA EXPRESSÃO E MANEJO DE microRNAs Para diagnóstico • Identificação de alto risco • Discriminar mamografias BIRADS 3 e 4 • Nova classificação tumoral • Fator prognóstico e preditivo de resposta Para tratamento • Aumentar sensibilidade à quimioterapia e/ou hormonioterapia • Reduzir agressivadade neoplásica DROGAS DE AÇÃO EPIGENÉTICA LIBERADAS PELO FDA 2013 Inibidores de DNA metiltransferases • 5-azacytidine (Vidaza) – Mielodisplasia • 5-aza-2 - deoxicitidine (Dacogen) – Mielodisplasia Inibidores de histona desacetilases • Ácido hidroxâmico suberoilamida (Vonoristat) – LMA • Romidepsin (Istodax) – Linfoma de células T TAKE HOME • A epigenética faz a interface entre o genoma e o meio ambiente. • Disfunções epigenéticas podem bloquear a mensagem codificada pelo DNA. • Os principais mecanismos de ação epigenética são metilação do DNA, alterações de cromatina e microRNAs. • As alterações epigenéticas são reversíveis e as possibilidades preventivas e terapêuticas nesta área são muito promissoras.
