Epigenetica e distúrbios do ciclo celular

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Problema 2 – Módulo 10 
Compreender como a epigenética influencia no ciclo celular; 
- Conceito de epigenética: A epigenética é definida como o estudo das modificações do DNA e histonas que são herdáveis e não alteram a sequência de bases do DNA;
- Eventos epigenéticos: alterações estáveis e potencialmente herdáveis na expressão gênica, que não alteram a sequencia de nucleotídeos do DNA; 
- Mudanças epigeneticas são reversíveis -> desenvolvimento de novas terapias baseada na restauração funcional de genes associados ao câncer; 
 - Esses eventos envolvem mecanismos de ativação ou silenciamento de genes por meio de modificações na conformação de cromatina, dos quais os mais estudados são as modificações pós – traducionais em histonas e a metilação do DNA.
Outras vias de mecanismo epigeneticos: Micro RNAS e componentes de compactação de cromatina (PESQUISAR)
Modificações pós - traducionais em histonas: 
O DNA precisa se compactar para seus processos fisiológicos; Este enrolamento se da por meio das proteínas histonas, nisso formam os nucleossomos (dna + histonas); este composto vai se denominar de cromatina;
São as histonas que fazem o equilíbrio dinâmico da cromatina, ou seja, regulam a expressão genica;
Uma histona é formada por uma estrutura octamêrica constituída por um tetrâmero de histonas H3 – H4 e dois dímeros H2A e H2B; São proteínas básicas com um domínio globular e extremidades amino terminais ricas em lisinas, contendo a maior parte dos sítios que sofrem modificaçoes por tradução; Estes resíduos amino – terminais são suscetíveis a modificações , que incluem acetilaçao, metilaçao, fosforilação, entre outras. O conjunto destas modificações representam um complexo de informações epigeneticas conhecido como código de histonas. Existe varias combinações possíveis entre essas, formando uma rede de comunicação relacionada a diversos processos biológicos, incluindo transcrição genica, duplicação do DNA, progressão do ciclo e diferenciação.
Acetilaçao e desacetilaçao de histonas: 
Em condições fisiológicas, a acetilação da cromatina é regulada pela ação da acetiltransferases de histonas(HATs), que utiliza grupo acetil a partir de acetil – CoA, e desacetilases de histonas (HDACs). O balanço entre a ação da HAT e HDAC é essencial para a função celular normal, e a mudança neste balanço em ambos os sentidos pode ter consequências no fenótipo celular, como na carcinogenese, em que as HDACs estão superexpressas; 
Acetilação de histonas especificas -> configuração da cromatina menos compactada (eucromatina) -> permite transcrição de genes 
Desacetilação de histonas especificas -> configuração da cromatina mais compactada (heterocromatina) -> permite silenciamento de genes 
A acetilação neutraliza a carga positiva das histonas, diminuindo a afinidade das histonas pelo DNA, que possui carga negativa. Esse evento permite o desprendimento da terminação da histona do nucleossomo, afrouxando a estrutura da cromatina, que se encontra normalmente superespiralada, aumentando o acesso de proteínas ligantes do DNA e reguladoras da transcrição, às regiões promotoras dos genes; 
Existem os inibidores HDAC (HDACi) que bloqueiam a proliferação celular; induzem a apoptose; têm sensibilidade em alterar a expressão genica em células transformadas; melhora a sensibilidade à quimioterapia e inibem a angiogenese. 
Metilação do DNA: 
- É a adição covalente de um radical metil (CH3) a uma base de citosina do DNA, convertendo – a em 5 – metilcitosina. Essa reação ocorre que quase exclusivamente nas citocinas ligadas a guanina por uma ligação fosfodiester, denominadas dinucleotideos ou ilhas CpG, e que se localizam principalmente na região promotora dos genes; É catalisada por enzimas denominadas DNA metiltransferases (DNMT1, DNMT3A e DNMT3B)
* A DNMT1 é conhecida como DNA metiltransferase de manutenção, envolvida na conservação dos padrões de metilação do DNA durante a divisão celular; Já a DNMT3A e DNMT3B são conhecidas como metiltrasferases de novo e estão altamente expressas em células embrionárias; DNMT1 e DNMT3B podem atuar em conjunto para estabelecer e manter um fenótipo hipermetilado de células tumorais 
2 padrões distintos de metilação aberração do DNA no câncer: 
Hipermetilação de DNA em regiões promotoras: encontrada em diversos tipos de câncer, pode resultar no silenciamento de genes supressores tumorais e genes de reparo de danos ao DNA. A hipermetilação de DNA é marcador de perda de função do gene, e, potencialmente preditor de prognóstico; 
. Exemplo de gene hipermetilado no câncer é o RASSF1A, observado em 60/77% nos casos de câncer de mama, que resulta em seu silenciamento em linhagens celulares e em tumores primários; Acidos graxos tem ações anticarcinogenicas (supressão da transformação neoplásica, inibição da proliferação celular, aumento da apoptose e antiangioneses; 
Hipometilação global do DNA: acredita – se que a perda global de metilação do DNA contribui para o processo neoplásico a medida que essa hipometilização induza a ativação de oncogenes e a instabilidade cromossomicas 
A terapia epigenética tem por objetivo restabelecer os padrões normais de metilização do DNA e impendir que as ilhas CpG adquiram maior nível de metilação; O tratamento de células neoplásicas com agentes desmetilantes pode reativar um grupo de genes que muitas vezes são cruciais para o controle da proliferação celular, diferenciação, apoptose e outros mecanismos homeostaticos 
- Fatores ambientais, incluindo a dieta, são reguladores chaves dos eventos epigenéticos, participando da metilaçao do DNA e de modificações pós - traducionais de proteínas histonas
Quanto à metilação do DNA (exemplos): 
O folato, a vitamina B12 e B6, a colina e a betaína estão metabolicamente relacionados na formação da metionina (ciclo da metionina) e na sua conversão em S – adenosilmetionina (SAM). E é a SAM que vai doar um radical metil as DNMT’s e estas que vão catalisar a metilação do DNA;
O composto bioativo epigalocatequina-3-galato (EGCG), que é o principal polifenol do chá verde, inibe a DNMT e assim pode reativar genes silenciados como a CDKN2A e MLH1 em células tumorais
Quanto a modificações pós traducionais em histonas (exemplo):
 Alguns compostos de ação quimiopreventiva como o butirato, dialildissulfeto, e sulforafano possuem atividade inibitória ao desencadear mudanças conformacionais no sítio ativo da HDAC, levando sua desativação e assim alterar a expressão de genes;
A dieta possui diferentes substancias que, na dependência do tempo de exposição e concentração, são capazes de modular eventos epigenéticos. 
1) Descrever os principais fatores (genéticos e ambientais) que condicionam distúrbios no ciclo celular. 
Fatores ambientais são os contribuintes mais significativos na maioria dos canceres esporádicos comuns. Estima-se a proporção do risco devido a causas ambientais é de 65%,
enquanto os fatores hereditários contribuíram com 26% a 42% para o risco de câncer.(ROBBINS)
Idade: A incidência crescente com a idade pode ser explicada pelo acumulo de mutações somáticas associadas a emergência de neoplasmas malignos (discutida adiante). O declínio na imunocompetencia, que acompanha o envelhecimento, também pode ser um fator. 
Predisposição genética ao câncer: 
Divididas em 3 categorias: 
1) Síndromes Neoplásicas Hereditárias com Padrão Autossômico Dominante:
A hereditariedade de um único gene autossômico dominante aumenta o risco de desenvolver um tumor. A mutação herdada geralmente e uma mutação pontual que ocorre em um único alelo de um gene supressor de tumor; O silenciamento do segundo alelo ocorre nas células somáticas, geralmente como consequência de deleção ou recombinação. Em cada síndrome, os tumores tendem a surgir em sítios e tecidos específicos, apesar de poderem envolver mais de uma localização.
Os tumores dentro desse grupo frequentemente estão associados a um fenótipo marcador especifico. Por exemplo, pode haver múltiplos tumores benignos no tecido afetado,como ocorre na polipose familiar do colón na MEN. Algumas vezes, ha anormalidades teciduais que não são alvo de transformação.
2) Síndromes do Defeito no Reparo do DNA: 
Essas condições geralmente apresentam um padrão de herança autossômico recessivo; Se desencadeia da instabilidade genética resultante de defeitos nos genes de reparo do DNA. 
3) Cânceres Familiares: 
Os aspectos que caracterizam os cânceres familiares incluem a idade precoce ao acometimento, tumores que surgem em dois ou mais parentes próximos ao caso índice e, algumas vezes, tumores múltiplos ou bilaterais 
Os canceres familiares não estão associados a fenótipos marcadores específicos. Por exemplo, em contraste com a síndrome da polipose adenomatosa familiar, os canceres colorretais familiares não surgem em polipos benignos preexistentes.
 
Analises de segregação de grandes famílias geralmente mostram que a predisposição aos tumores e dominante, mas a hereditariedade multifatorial nao pode ser facilmente descartada. 
E provável que a suscetibilidade familiar ao câncer dependa de múltiplos alelos de baixa penetrância, cada um contribuindo somente para um pequeno aumento do risco de desenvolvimento do tumor.
Fatores genéticos e não genéticos interagem intimamamente para o desenvolvimento de tumores; Mesmo em tumores com um componente hereditário bem definido, o risco de d desenvolver o tumor pode ser influenciado grandemente por fatores não genéticos. 
Além disso, o genótipo pode influenciar significativamente a probabilidade de desenvolver canceres induzidos pelo meio ambiente.
Variações hereditárias (polimorfismos) de enzimas que metabolizam pro-carcinógenos para suas formas carcinogênicas podem influenciar a suscetibilidade ao câncer. De interesse, nesse aspecto, são os genes que codificam as enzimas do citocromo P-450. O polimorfismo em um dos loci da P-450 confere susceptibilidade hereditária ao câncer de pulmão em fumantes de cigarro. 
Condições predisponentes não hereditárias: 
As principais condições que podem predispor a formação de neoplasias, sem que haja um componente genético são: 
Inflamação crônica: 
Como ocorre com qualquer fator etiológico de injuria tecidual, ha uma proliferação compensatória de células de forma a reparar o dano. Esse processo regenerativo conta com o auxilio e cooperação de uma pletora de fatores de crescimento, citocinas, quimiocinas e outras substancias bioativas produzidas por células imunes ativadas que promovem a sobrevivência celular, o remodelamento tecidual e a angiogenese. 
Esses mediadores também causam estresse genômico e mutações; além disso, as células imunes ativadas também produzem espécies reativas de oxigênio que são diretamente
genotoxicas. Para agravar ainda mais a injuria, muitos desses mediadores promovem a sobrevivência celular, mesmo em face do dano genômico. Em curto prazo, isso pode ser uma reação adaptativa; provavelmente o organismo sobrevivera e as células danificadas poderão ser reparadas ou eliminadas mais tarde. Contudo, na inflamação crônica, tal comportamento representa uma desadaptacao, já que permite a criação e a permanência de tais mutações, eventualmente levando ao câncer. 
Em alguns casos, a inflamação crônica pode aumentar o grupo de células-tronco teciduais, que se tornam susceptíveis ao efeito de agentes mutagênicos.
Exemplo: a expressão da enzima ciclo-oxigenase-2 (COX-2), que converte o acido araquidônico em prostaglandinas, e induzida por estímulos inflamatórios e apresenta-se aumentada nos tumores do colón e noutros tumores. 
Há maior risco de desenvolver câncer em pacientes afetados com doenças inflamatórias do aparelho gastrintestinal como colite ulcerativa, doença de Chron, gastrite pelo Helicobacter pylori, hepatite viral e pancreatite crônica.
Condições pré – cancerosas: 
Nem sempre e nem todas dessas condições vão desenvolver câncer, porem elas aumentam o risco de se desenvolver; 
São elas: a gastrite crônica atrófi ca da anemia perniciosa, a queratose cutânea solar, a colite ulcerativa crônica e as leucoplasias da cavidade oral, da vulva e do pênis.