Aula 6 Empacotamento do DNA Gilbert

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O DNA e a cromatina
Gilbert Silveira
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O dogma central
Mas como o DNA está compactado no núcleo?
Como acontecem os processos de transcrição e tradução?
Como a estrutura física dos processos funciona, minuciosamente?
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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 Miescher 1844-1895 (Sec. XIX)
Médico e biólogo Suiço
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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 Flemming
1843–1905
Médico e Biólogo alemão, fundador da citogenética
Descoberta e publicação da mitose (1888)
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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 Sutton 1877 - 1916
Thomas Morgan 1866 –1945
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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 Heitz 1892 - 1965
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Cromossomos
Anatomia cromossomal
Centrômero
Telômeros
Braço longo
Braço curto
Cromátides
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Cromatina
Linfócito humano
Linfócito de rato
Cromatina
Regiões mais coradas – heterocromatina
Regiões menos coradas - eucromatina
Cooper, 1959
Heterocromatina e cromatina são diferentes biofisicamente, mas têm um mesmo arranjo básico estrutural como DNA
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Empacotamento do DNA
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Cromatina, cromossomos e meiose
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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-)
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Descoberta do Nucleossomo
PROTEÍNAS ALTAMENTE CONSERVADAS ENTRE AS ESPÉCIES
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Organização estrutural de um nucleossomo
Formado basicamente por um complexo de histonas, que são responsáveis pelo primeiro e mais básico nível de organização cromossômica. 
Cada partícula do cerne nucleossômico individual consiste de um complexo de oito proteínas histonas – 2 moléculas de cada uma das histonas H2A, H2B, H3 e H4 – e a fita dupla de DNA, com 147 nucleotídeos de comprimento. 
DNA de ligação conecta possui de 10 a 70 nt
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Organização estrutural de um nucleossomo
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Organização estrutural de um nucleossomo
142 ligações de hidrogênio são formadas entre o DNA e o cerne de histonas.
Metade proveniente da interação entre os aas da estrutura das histonas e o esqueleto fosfodiéster do DNA. 
Numerosas interações hidrofóbicas e pontes salinas também mantem o DNA ligado as proteínas do nucleossomo. 
Mais de 20 % dos aminoácidos em cada cerne de histonas são lisina ou arginina (dois aminoácidos com cadeias laterias básicas), e suas cargas positivas neutralizam a carga negativa do esqueleto fosfodiéster do DNA. 
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Organização estrutural de um nucleossomo
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Condensação dos cromossomos
EUCROMATINA – cromatina menos condensada. Logo genes mais ativos. 
HETEROCROMATINA – cromatina mais condensada. Logo genes menos ativos.
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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 
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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
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Estrutura e função da cromatina
Papel estrutural: empacotamento do DNA
Papel regulatório: controle do acesso da maquinaria de transcrição
Ligação de fatores de transcrição e acetilação de histonas
Desempacotamento da cromatina e ativação da expressão gênica
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Ligações covalentes importantes nas cadeias laterais de aminoácidos dos nucleossomos
Adição de grupamentos acetil (acetilação) descondensa o DNA. HISTONAS ACETILASES
Adição de grupamentos metil (metilação) condensa o DNA. HISTONA METILASES
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Histonas desacetiladas
 cromatina fechada
expressão gênica inativa
Porém a metilação das histonas podem provocar tanto a ativação como a repressão da transcrição, dependendo do aminoácido que está sendo metilado e a presença de outros grupos metil ou acetil na visinhança. 
Resíduos de lisina e arginina podem ser metilados.
Outras diversas modificações pós traducionais podem ocorrer nas histonas como ubiquitilaçõees, sumoilações, biotilações, etc. 
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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
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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
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O código das histonas
Estudos que almejam identificar a relação entre 
Código de modificações pós-traducionais em histonas
Expressão gênica (Transcrição)
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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)
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