Aula6_EmpacotamentoDoDNA

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O DNA e a cromatina
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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 teem um mesmo arranjo básico estrutural como DNA
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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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Empacotamento do DNA
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Cromatina, cromossomos e meiose
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Mecanismo molecular para formar a eucromatina X heterocromatina
Histonas
Descobertas por Kossel ainda no século XIX (1884)
Proteínas mais conservadas entre os organismos
Carregadas positivamente (Lys + Arg)
DNA dá 1,7 voltas no octâmero
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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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Octâmero de Histonas, o nucleossomo
Formado por 146 bp
Ligado a outro nucleossomo por uma região ligadora (linker), contendo entre 10 e 80 bp
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Estrutura da cromatina eucariótica
Empacotamento de nucleossomos como um
octâmero de histonas:
 2X	H2A	H3
	H2B	H4
	H1
	
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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
Exemplo:
histonas acetilases
histonas desacetilases
Ligação de fatores de transcrição e acetilação de histonas
 desempacotamento da cromatina
ativação da expressão gênica
Histonas desacetiladas
 cromatina fechada
 expressão gênica inativa
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Modificações que diminuem a carga positiva das proteínas abrem a cromatina
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Modificações pós-traducionais nas histonas influenciam a expressão gênica
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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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Adendo: Epigenômica
Prof. Francisco Prosdocimi
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Epigenética
Mudanças no fenótipo ou na expressão gênica causadas por mudanças não-mutacionais
Holliday, 1990
The study of the mechanisms of temporal and spatial control of gene activity during the development of complex organisms
O epigenoma...
Metilação do DNA
Remodelamento de cromatina
O código das histonas
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Modificações epigenéticas
Permitem uma regulação fina da transcrição em determinados locos
Determina quais regiões da cromatina estão mais ou menos abertas para o acesso da maquinaria de transcrição
Acredita-se hoje que os mecanismos epigenéticos sejam responsáveis pela diferença de expressão gênica entre tecidos
1 genoma X 250 epigenomas
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Metilação do DNA
Ilhas CpG
C’s antes de G no genoma são muitas vezes mutados para T
A quantidade de CpG no genoma é menor do que seria de se esperar pelo acaso
Código selecionado evolutivamente
Presentes em regiões promotoras de organismos eucarióticos!
Mecanismo herdável
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Tratamento com bissulfito
Permite a identificação em larga-escala das citosinas metiladas
É importante que o DNA esteja em fita simples para que não haja modificação parcial das citosinas
Tratamento bioinformático posterior para identificação das regiões metiladas
Acesso diferenciado pela maquinaria de transcrição
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A cromatina
Estrutura de empacotamento do DNA nuclear
Nucleossomos
Histonas
Carga positiva
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Acetilação de histonas
Histonas desacetiladas
 cromatina fechada
 expressão gênica inativa
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Modificações pós-traducionais nas histonas influenciam a expressão gênica
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Imunoprecipitação da cromatina
ChIP
Chromatin Immunoprecipitation
Liga-se o nucleossomo a anticorpos específicos para histonas modificadas
Libera-se o DNA e sequencia-se
Permite reconhecer as regiões do DNA ligadas em histonas com determinadas modificações pós-traducionais
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O código das histonas
Estudos que almejam identificar a relação entre 
Código de modificações pós-traducionais em histonas
Expressão gênica
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Conclusão: epigenômica
Os mecanismos de modificações pós-traducionais em histonas e de metilação do DNA interferem na expressão gênica e podem ser quantificados
Existe uma ordem neste processo?
Existirão realmente epigenomas
específicos para cada tipo celular?
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