Epigenética

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Epigenética 
→ Fenômeno que envolve mudanças 
herdáveis e reversíveis da expressão gênica 
que não implicam em alterações da 
sequência de nucleotídeos 
→ Epigenoma: complexas modificações 
associadas ao DNA genômico, gerando uma 
identidade celular e de desenvolvimento 
→ Instrui o programa único de expressão 
gênica de cada tipo celular – definição da 
identidade funcional durante o 
desenvolvimento normal ou doenças 
→ Pode ser transmitido às células 
descendentes, mantendo um padrão 
epigenótipo específico dentro de linhagens 
celulares durante gerações 
→ Resposta dinâmica e flexível a estímulos 
intra e extracelulares, através do contato 
célula-célula, da fisiologia ou do ambiente 
ao qual o organismo é exposto – é um 
fenômeno reversível mais facilmente 
 
→ Importância na genética humana e médica 
→ Modificações epigenéticas: 
• Metilação do DNA; 
• Modificações de histonas; 
• Variantes de histonas; 
• Silenciamento por RNA → RNAs não-
codificantes 
→ As modificações de histonas vão se 
associar aos nucleossomos, a abrir e fechar a 
cromatina e isso influencia expressão gênica 
 
Regulação por mecanismos 
epigenéticos 
 
→ Silenciamento de elementos repetitivos: em 
regiões repetitivas do DNA, é preciso que 
muitas estejam silenciadas para não 
causarem mutação. 
→ Inativação do X: é necessária para a 
compensação de dose nas mulheres 
 
 
Erros epigenéticos 
 
→ Células tumorais: hipermetilação de DNA 
(silenciando os genes supressores tumorais), 
hipometilação do DNA (ativando 
oncogenes), esse tipo de alteração se 
associa com a carcinogênese. 
→ Pode também, ter alterações de 
metilação em outros genes que vão levar a 
expressões de maneira errada, ou um gene 
que era para estar silenciado e começa a se 
expressar porque ele perdeu metilação, ou 
vice-versa, um gene que era para estar 
expresso e ele está silenciado porque sofreu 
metilação. 
→ Quando há problemas no imprinting tem 
doenças chamadas de doenças de perda 
de identidade parental. 
 
 
Mecanismos Epigenéticos 
→ Adição enzimática de um grupo metil ao 
carbono 5 da citosina → dinucleotídeos CpG 
(citosina que vem seguida de uma guanina) 
 
→ 5-metilcitosina → quinta base do DNA 
humano, identificada em 1948 
→ As citosinas metiladas correspondem a 1-
1,5% do total de bases do DNA 
→ Essa metilação serve como marcador 
epigenético que identifica a fita molde na 
replicação do DNA e a origem parental de 
regiões imprintadas 
→ Atua no desenvolvimento, no imprinting e 
na inativação do cromossomo X 
→ Em mamíferos: 70% CpG metilados 
Metilação: 
 Concentrada em sequências repetitivas 
 Heterocromatina 
 Transposons - sequência de DNA que 
tem a capacidade de serem silenciadas 
 Região promotora 
 Esporadicamente: íntrons, éxons, 
intergênico 
 
Ilhas CpG 
→ Grupos de vários CpG 
→ Geralmente na região promotora ou entre 
o promotor e o sítio de início da transcrição 
→ Geralmente desmetiladas 
 Repressão da expressão do gene 
quando estão metiladas 
→ Ilha CpG desmetilada → gene pode se 
expressar 
→ Ilha CpG metilada → gene não se expressa 
 
Alterações na metilação: 
→ Indução de algumas doenças humanas, 
especialmente as envolvidas em defeitos do 
desenvolvimento e tumorigênese 
Repressão transcricional 
→ Geralmente há uma correlação inversa 
entre níveis de metilação e expressão gênica 
• 5-metilcitosina: inibe a união de certos 
fatores de transcrição que possuem 
sequências CpG em seus sítios de 
reconhecimento (devido a metilação) 
• Proteínas/complexos proteicos: se ligam 
especificamente a CpG metilados, 
remodelando a cromatina, e bloqueiam 
indiretamente a união de fatores de 
transcrição, não transcreve gene 
 
Padrões de metilação 
→ Estáveis, herdáveis, espécie-específicos e 
tecido-específicos 
→ A distribuição genômica de DNA metilado 
é capaz de sofrer modificações em relação 
ao ambiente ou ao estágio de 
desenvolvimento 
→ Células somáticas adultas → ilhas CpG 
suscetíveis à metilação progressiva em certos 
tecidos durante o envelhecimento (situação 
fisiológica) e nos processos neoplásicos 
→ Reprogramação tanto no desenvolvimento 
embrionário quanto nas células germinais, 
sendo a metilação de novo particularmente 
ativa nestes estágios 
→ Metilação de novo: adquire padrões 
específicos durante o desenvolvimento 
embrionário e se estabelece o padrão de 
metilação das células somáticas 
→ Começa o desenvolvimento do zigoto, a 
partir daí a metilação diminui, até que ela 
deve ser reestabelecida (metilação de novo), 
e aí ocorre uma 2ª onda de apagamento, 
puxando apenas as células germinativas e 
vai ser reestabelecido novamente de acordo 
com o sexo do embrião (imprinting) 
 
 
Como se formam os padrões metilado/ 
desmetilado durante o desenvolvimento? 
Como se mantém as células diferenciadas? 
→ Enzimas de metilar (metiltransferases de 
novo) e de manter os padrões de metilação 
(metiltransferases de manutenção) 
→ Precisa manter pois cada vez que for 
replicar o DNA, tem que fazer a metilação na 
fita nova, senão não tem como passar essa 
metilação para a célula-filha. 
Metilação do DNA 
DNA metiltransferases: 
→ DNMT1 (manutenção): 
 Início da replicação 
 Só a fita nova será metilada (padrão 
herdado semiconservativamente) - 
Substrato hemimetilado - olha fita molde 
para saber o que metilar na fita nova 
 
→ DNMT2: 
 Células-tronco embrionárias e possível 
metilação de RNA 
 
→ DNMT3a e b (metilação de novo): 
 Adicionam grupo metil à citosina do 
dinucleotídeo CpG não metilado - 
Substrato não-metilado 
 A cada ciclo de replicação elas vão 
manter a metilação 
 
Desmetilação do DNA 
→ Mecanismo passivo: ausência de 
metilação de manutenção durante vários 
ciclos de replicação 
→ Mecanismo ativo: proteína de ligação do 
DNA metilado teria atividade de desmetilase 
 Processo de reparo do DNA, onde uma 
5-metilcitosina-DNA glicosilase realizaria 
a atividade de desmetilase 
 
→ Genes metilados: mais sensíveis a sinais do 
meio ambiente 
 Dieta, comportamento, toxinas, 
hormônios, etc. podem influenciar 
padrões de metilação 
 Há momentos mais críticos no 
desenvolvimento 
 Afetados: transcrição, tradução e 
alterações pós-traducionais de 
complexos remodeladores da cromatina 
 Herança epigenética: alterações 
epigenéticas podem afetar até 3 
gerações em uma mãe gestante 
→ Alterações epigenéticas podem afetar até 
3 gerações em gestante: mãe (1ª geração), 
feto (2ª geração), e esse feto já tem as 
células reprodutivas dele (3ª geração) 
→ Eeitos de fatores epigenéticos podem se 
manifestar como uma mudança global na 
metilação, afetando múltiplos genes, ou 
modificar de expressão de genes específicos 
 
→ Histonas são proteínas que usamos para 
formar os nucleossomos e compactar o DNA. 
→ Modificação pós-traducional das histonas: 
influenciam a transcrição do DNA, com 
consequências diretas sobre a regulação da 
expressão gênica: 
 
→ Caudas de histonas: onde podem ter 
modificações, por exemplo, acetilação, 
metilação, ubiquitinação, sumoilação e 
fosforilação 
→ Mudanças na condensação da cromatina 
→ A modificação de histonas não mexe com 
a sequência de DNA 
 
→ Código das histonas: padrão de 
modificação das histonas 
 Dita as interações nucleossomais e a 
associação com outras proteínas 
cromossômicas - regulação da 
expressão gênica (nucleossomos ficam 
mais perto, e a cromatina vai fechar) 
→ Modificações na extremidade amino-
terminal da lisina de H3 e H4: mudam a 
estrutura da cromatina, regulando a 
atividade gênica (configurações dos 
nucleossomos) – são as que parecem mais 
influenciar a estrutura da cromatina 
 
→ Acetilação / desacetilação: histonas-
acetitransferases (HATs) e histonas-
desacetilases (HDACs) 
 Se tem acetilação, separa os 
nucleossomos, quanto mais acetilação, 
mais separa, abre a cromatina e permite 
expressão gênica, se tirar aacetilação, 
possibilita que os nucleossomos se 
juntem novamente, então fechamos 
cromatina e silenciamos o gene 
 
Variantes de Histonas 
→ Associadas a diferentes funções 
→ Substituem as histonas principais para gerar 
estruturas de cromatina especializadas 
→ Nos nucleossomos do centrômero em vez 
de ter a H3, há a variante de histona CENP-A 
→ Variante CENP-A: 
 Relacionada com a H3 
 Exclusivamente em centrômeros → 
contribui com características essenciais 
da cromatina centromérica 
→ São substitutas das histonas principais para 
situações em que não precisamos ter a 
capacidade de abrir e fechar 
 
→ Regulam a expressão do gene no nível 
transcricional e pós-transcricional 
→ Formação de heterocromatina, 
modificação de histonas, direcionamento da 
metilação do DNA e silenciamento de genes 
→ Existem vários RNAs não codificantes que 
regulam a expressão gênica, tanto em nível 
transcricional quanto em pós-transcricional, 
atuam em diferentes processos formação de 
cromatina, modificação de histonas, 
direcionam metilação e silenciam genes 
 
→ Os curtos geralmente têm menos de 30 
nucleotídeos, e longos mais de 200 
nucleotídeos 
miRNA - Silenciamento por RNA 
→ miRNA = 1% do genoma → alvo: 30% dos 
genes, ou seja, um miRNA consegue silenciar 
mais de um gene pois apesar de serem alvo-
específicos, não são 100% específicos 
→ Controlam a expressão gênica, supressão 
de tumores, apoptose, proliferação celular e 
movimentação celular → grande alvo para 
tratamentos de doenças epigenéticas 
→ Mecanismo: se ligam ao mRNA alvo 
(específico), induzindo sua clivagem, 
degradação ou bloqueando a tradução → 
Silenciamento pós-transcricional 
→ mRNA → ribossomo para fazer a tradução 
desse RNAm → se liga o miRNA por 
complementariedade → alvo-específico → 
não é 100% compatível → alvos diferentes 
→ Uma vez que ele se liga, pode bloquear o 
ribossomo pois ele não vai conseguir passar 
fisicamente, ou iniciar a degradação, 
recrutar enzimas de degradação ou de 
clivagem, e com isso aqui nesse nível ele 
conseguiu silenciar o gene. 
Atuação da Epigenética 
Inativação do cromossomo X 
→ Silenciamento de quase um cromossomo 
inteiro (15% dos genes do X não vão estar 
realmente inativados) 
→ Genes Xist e Tsix (localizados no XIC – 
centro de inativação do X) → padrões de 
metilação e produção de lincRNA 
 
→ O Xist faz um RNA que é o lincRNA, e o Tsix 
faz outro RNA, que são complementares, tem 
a tendencia de se complementar e grudar, e 
com isso, um anula o outro 
→ Inativação do X é um fenômeno ao acaso 
→ No X ativo, Xist está silenciado por 
metilação de DNA, e o Tsix continua sendo 
expresso, então, o Xist silenciou por metilação 
do DNA, Tsix continua fazendo o RNA que até 
onde a gente sabe não serve para nada. 
→ No X inativo, silencia Tsix por metilação, Xist 
continua ativo, não foi metilado, e está 
fazendo outro RNA, responsável pela 
inativação. Então o que inativa o X é manter 
só o Xist ativo pois vai fazer o lincRNA 
 
→ O lincRNA começa a se posicionar e grudar 
no X que está fazendo ele, e isso já começa 
a silenciar esse X, começa a recrutar outras 
proteínas que começam a condensar, a 
ajudar na condensação, outras histonas, 
hipoacetilação, vai condensando o X 
 
 
Imprinting genômico 
→ Marca epigenética do genoma de um 
organismo diplóide de acordo com sua 
origem parental 
→ ~ 1% dos genes não obedecem as leis de 
Mendel → expressos monoalelicamente → 
Genes imprintados – só se expressa em um 
cromossomo 
→ Se localizam fisicamente ligados (em 
grupos com outros genes imprintados) → 
regulação coordenada 
→ Relações funcionais entre alguns genes 
imprintados implicadas ao crescimento e 
desenvolvimento fetal 
 
→ Imprinting: estabelecido durante a 
gametogênese, mantido durante o 
desenvolvimento embrionário e apagado 
nas células germinativas primordiais, para 
que possa ser estabelecido um novo 
imprinting de acordo com o sexo do embrião 
 
→ O gene A está silenciado no masculino e 
expresso no feminino, gene B está silenciado 
no feminino e expresso no masculino. 
→ Juntou isso no zigoto, o embrião tem que 
ter e esse padrão vai se manter em todas as 
células somáticas 
→ Durante o desenvolvimento, deve apagar 
o imprinting nas células germinativas pois 
temos nas células somáticas tanto o padrão 
feminino quanto o padrão masculino, mas 
nos gametas tem que garantir que todos os 
óvulos tenham o padrão feminino, e os 
homens vão ter que garantir que todos os 
espermatozoides tenham padrão masculino 
 
→ Falhas na reprogramação do imprinting → 
defeitos de desenvolvimento, doenças 
neurológicas e tumorigênese 
→ Fertilização in vitro e clonagem = riscos 
para um desenvolvimento normal → 
imprinting não é feito, ou é feito 
incorretamente 
 
Epigenética e doenças 
→ Alterações epigenéticas: influências 
ambientais ou de estilo de vida 
→ Dinâmicas e reversíveis → adaptabilidade 
ou plasticidade 
→ Relevante para as origens e tratamento 
potencial de doenças 
 
Doenças 
→ Desordens neurogenéticas causadas por 
perda de função de genes imprintados de 
forma oposta 
→ Região com pelo menos 7 genes 
imprintados 
 
→ No cromossomo 15 (onde era a deleção), 
todos os genes em preto estão silenciados no 
materno e ativos no paterno, e o último, o 
UBE3A está ativo no materno e silenciado no 
paterno, esse é o padrão normal, é uma 
região que tem genes impringtados 
→ Se deletar o fragmento do cromossomo 15 
materno tudo já está silenciado, não vai fazer 
diferença, mas perde a expressão UBE3A –
deleção no materno Angelman 
→ Se deletar o mesmo pedaço no paterno, o 
UBE3A já está silenciado, mas perde todo o 
resto – Prader-Willi 
→ Podem ocorrer também por defeitos de 
imprinting 
→ Se tiver mutação no gene UBE3A pode 
também ter síndrome de Angelman – no 
cromossomo materno, se tiver mutação no 
paterno o gene já está silenciado, não vai 
fazer diferença nenhuma 
 
 
 
→ Dissomia uniparental – consequência de 
uma trissomia pela não-disjunção, nosso 
organismo tende a tentar solucionar essa 
trissomia, tenta-se fazer um rescue, que é o 
resgate do trissômico, ou seja, dar um jeito de 
expulsar um cromossomo para voltar ao 
estado normal – podendo ficar com dois 
iguais (dois cromossomos 15 herdados da 
mãe e nenhum herdado do pai) 
→ Se ficar com uma dissomia uniparental, 
perde a região que era para estar 
impringtada de maneira oposta 
 
→ A não-disjunção ocorre mais na 
gametogênese feminina, então, vai ter mais 
casos de dissomia uniparental materna, e isso 
vai fazer com que Prader-Willi seja mais 
frequente do que Angelman 
 
Prader-Willi 
→ Dois maternos – ausência de um pedaço 
do cromossomo herdado do pai 
→ Mais comum 
→ Hipotonia neonatal, dificuldade de 
alimentação, obesidade com compulsão 
alimentar, mãos e pés pequenos, baixa 
estatura, hipogonadismo e leve deficiência 
intelectual 
→ 70% deleção no cromossomo 15 paterno 
→ 20-30% dissomia uniparental materna 
→ 2,5% mutações no centro de imprinting, 
não ocorre a conversão durante a 
gametogênese 
→ Raras mutações gênicas 
→ Não identificado: <1% 
 
Angelman 
→ Dois paternos 
→ Mais rara 
→ Aspecto facial incomum, baixa estatura, 
ataxia, grave deficiência intelectual, 
espasticidade e convulsões. Fala limitada, 
personalidade distinta e impropriamente 
alegre 
→ Movimentos repetitivos com as mãos e a 
epilepsia de difícil controle 
→ 70% deleção no cromossomo 15 materno 
→ 7% dissomia uniparental paterna 
→ 3%: mutações no centro de imprinting, não 
ocorre a conversão durante a 
gametogênese 
→ 10% de mutações em UBE3A 
→ Não identificado ~10% 
Outras Associações 
→ Idade: aumento/diminuição da metilação 
 Mudanças dependente da idade estão 
associadas com o desenvolvimento de 
doenças neurológicas, auto-imunes e 
câncer 
 Alguns tecidos sofrem desmetilação → 
instabilidade cromossômica e rearranjos; Outros tecidos sofrem hipermetilação → 
predispõe ao aumento do risco de 
câncer de colo 
 
→ Influências maternas: 
 Dieta, hábito tabagista (altera metilação 
do DNA e expressão dos miRNA), saúde 
mental e ambiente social (estresse na 
fase final da gestação está relacionado 
a doenças neurológicas devido ao 
período de desenvolvimento do cérebro 
do feto; violência doméstica engatilha o 
estresse que resulta em mudanças 
epigenéticas do receptor de cortisol na 
adolescência). 
 
→ Influências paternas: 
 Genes imprintados, metilação nos 
espermatozoides pode ser influenciada 
pelo consumo de álcool e exposição a 
alguns químicos, alterando o epigenoma 
da linhagem germinativa. 
 
→ Cuidado materno: 
 Cuidado, bonding, separação materna, 
violência doméstica e abuso, pobreza e 
negligência 
 Prevenção e/ou reversão das 
modificações epigenéticas. 
 
→ Dieta: 
 Nutrientes extraídos da dieta entram nas 
vias metabólicas e são transformados 
em moléculas utilizáveis. Grupos metil 
são formados de nutrientes chave como 
ácido fólico, vitaminas B e s-adenosil 
metionina (SAMe) 
 
→ Exercícios: 
 Modificação do epigenoma a fim de 
preservar e prolongar a vida. Induz 
mudanças positivas na metilação do 
DNA no tecido adiposo e regulação do 
metabolismo. 
 
→ Drogas farmacêuticas e abusivas: 
 Cocaína, opiáceos, anfetaminas, álcool, 
nicotina podem alterar o epigenoma 
mudando o padrão de metilação em 
áreas relacionadas ao centro de prazer 
 Tabaco altera a epigenética, causando 
a modificação da expressão gênica 
→ Medicina alternativa: 
 Pode atuar pela regulação epigenética 
da regeneração, ou apoptose celular 
nos casos de doenças degenerativas e 
injúrias 
 
→ Químicos ambientais: 
 Pesticidas, toxinas e compostos sintéticos 
podem metilar genes em adultos e 
também disseminar doenças décadas 
depois na prole, através da exposição in 
útero.