Epigenética

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Izabelle Santana
Turma XXIV
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Epigenética
A capacidade de uma célula-filha de reter uma memória de padrões de expressão gênica que estiveram presentes na célula parental é um exemplo de herança epigenética: uma alteração herdável no fenótipo de uma célula ou organismo que não resulta de mudanças na sequência de nucleotídeos do DNA.
Enfatiza-se muito a regulação da transcrição gênica por proteínas que se associam direta ou indiretamente com DNA. Entretanto, o próprio DNA pode ser modificado covalentemente, e certos tipos de estado da cromatina parecem ser herdados. Em humanos, um cromossomo inteiro pode ser inativado de forma transcricional e esse estado pode ser mantido através de muitas divisões celulares.
Padrões de metilação do DNA podem ser herdados quando as células se dividem. 
Nas células de vertebrados, a metilação da citosina fornece um mecanismo pelo qual os padrões de expressão podem ser passados para a progênie celular. 
· A metilação do DNA vertebrado ocorre nos nucleotídeos de citosina (C), principalmente na sequência CG. 
· O padrão de metilação do DNA da fita de DNA parental serve como molde para a metilação da fita-filha de DNA, tornando esse padrão diretamente herdável após a replicação do DNA.
Ainda que os padrões de metilação do DNA possam ser mantidos em células diferenciadas, padrões de metilação são dinâmicos durante o desenvolvimento de mamíferos. 
Logo após a fertilização ocorre uma ampla onda de desmetilação do genoma, quando a grande maioria dos grupos metil é perdida do DNA. 
Essa desmetilação pode ocorrer tanto pela supressão da atividade das metiltransferases de manutenção do DNA, resultando em uma perda passiva de grupos metila durante cada ciclo de replicação do DNA, como por uma enzima de desmetilação.
Posteriormente no desenvolvimento, novos padrões de metilação são estabelecidos por várias DNA metiltransferases de novo, que são dirigidas ao DNA por proteínas ligadoras de DNA sequências específicas. Uma vez que novos padrões de metilação sejam estabelecidos, eles podem ser propagados por meio das rodadas de replicação do DNA pelas metiltransferases de manutenção.
A metilação do DNA possui vários usos na célula vertebrada. Um papel muito importante é atuar conjuntamente com outros mecanismos de controle da expressão gênica para estabelecer uma forma particularmente eficiente de repressão gênica.
· Imprinting Genômico
A expressão de uma pequena minoria de genes depende de ele ser herdado da mãe ou do pai: quando a cópia herdada do pai é ativa, a herdada da mãe é silenciosa, ou vice-versa. Esse fenômeno é denominado imprinting genômico (impressão genômica). Aproximadamente 300 genes sofrem imprinting em humanos.
Mecanismo epigenético – imprinting genômico (metilações do DNA): para desenvolvimento embrionário adequado, o embrião precisa que algumas regiões e genes sejam expressos com diferença alélica. 
Por exemplo, se o gene 1 foi herdado da mãe precisa estar metilado (silenciado), se foi herdado do pai precisa estar desmetilado (ativo para transcrição), ou vice-versa.
Precocemente, no embrião, os genes sujeitos à imprinting são marcados por metilação, conforme derivados de cromossomos oriundos do esperma ou do óvulo. Dessa maneira, a metilação do DNA é usada como um marcador para distinguir duas cópias de um gene que, de outro modo, poderiam ser idênticas.
Como os genes que sofrem imprinting não são afetados pela onda de desmetilação que ocorre em seguida, após a fertilização, esse marcador possibilita que células somáticas “relembrem” a origem parental de cada uma das duas cópias e, como consequência, regulem a sua expressão de forma apropriada. 
Na maioria das situações, o imprinting de metilas silencia a expressão de genes próximos. Em alguns casos, entretanto, ele pode ativar a expressão de um gene.
As ilhas ricas em CG 
Devido à maneira de funcionar das enzimas de reparo do DNA, os nucleotídeos C metilados no genoma dos vertebrados tendem a ser eliminados durante o curso da evolução.
A desaminação acidental de um C não metilado origina um U, que não está normalmente presente no DNA e, assim, é reconhecido facilmente pela enzima de reparo do DNA, sendo excisado e então substituído por um C.
Contudo, uma desaminação acidental de um 5-metil-C não pode ser reparada dessa maneira, pois o produto da desaminação é um T e, portanto, é indistinguível dos outros nucleotídeos T não mutantes do DNA. 
Durante o curso da evolução, mais de três de cada quatro CGs foram perdidos dessa forma, deixando os vertebrados com uma considerável deficiência desse dinucleotídeo. As sequências CG que permaneceram estão desigualmente distribuídas no genoma; elas estão presentes em quantidades dez vezes maiores que a sua densidade média em regiões selecionadas, chamadas de ilhas CG, que apresentam em média mil pares de nucleotídeos de comprimento. 
As ilhas CG também permanecem não metiladas na maioria dos tecidos somáticos independentemente de os genes associados serem ou não expressos. 
Algumas das mesmas proteínas que se ligam às ilhas CG e protegem-nas de metilação recrutam enzimas modificadoras de histonas que tornam as ilhas particularmente “amigáveis a promotores”. Como resultado, a RNA-polimerase é frequentemente encontrada ligada a promotores dentro de ilhas CG, mesmo quando o gene associado não está sendo ativamente transcrito.
· Outros casos de imprinting envolvem RNAs não codificadores longos, que são definidos como moléculas de RNA com mais de 200 nucleotídeos de extensão que não codificam proteínas.
· Todos os genes que sofrem imprinting estão envolvidos no desenvolvimento fetal.
Inativação do Cromossomo X:
Em mamíferos, os cromossomos sexuais X e Y diferem radicalmente em seu conteúdo gênico: o cromossomo X é grande e contém mais de mil genes, enquanto o cromossomo Y é menor e contém menos de cem genes. 
Os mamíferos desenvolveram um mecanismo de compensação de dose para equalizar a dosagem dos produtos gênicos do cromossomo X entre machos e fêmeas. Os mamíferos realizam a compensação de dose por meio da inativação transcricional de um dos dois cromossomos X em células somáticas de fêmeas, um processo denominado inativação do X. Como resultado da inativação do X, dois cromossomos X podem coexistir dentro do mesmo núcleo, expostos aos mesmos reguladores transcricionais difusíveis, ainda que difiram completamente em sua expressão.
No início do desenvolvimento de um embrião de uma fêmea, quando ele consiste em poucas centenas de células, um dos dois cromossomos X em cada célula torna-se altamente condensado em um tipo de heterocromatina. A escolha inicial sobre qual cromossomo X inativar, o herdado da mãe (Xm) ou o herdado do pai (Xp), é feita ao acaso.
Uma vez que Xp ou Xm tenha sido inativado, ele permanece silencioso por todas as divisões celulares daquela célula e da sua progênie, indicando que o estado inativado é fielmente mantido por muitos ciclos de replicação do DNA e mitoses. 
Devido ao fato de a inativação do X ocorrer ao acaso e após milhares de células já terem sido formadas no embrião, cada fêmea é um mosaico de grupos clonais de células nas quais Xp ou Xm estão silenciosos. 
Como um cromossomo inteiro tem sua transcrição inativada? A inativação do cromossomo X é iniciada e espalha-se a partir de um único sítio próximo ao meio do cromossomo X, o centro de inativação do X (XIC, do inglês X-inactivation center).
Dentro do XIC, um lncRNA de 20 mil nucleotídeos é transcrito (denominado Xist), sendo expresso somente a partir do cromossomo X inativo. O RNA Xist espalha-se a partir do XIC pelo cromossomo inteiro e direciona o silenciamento gênico.
Curiosamente, cerca de 10% dos genes no cromossomo X (incluindo o próprio Xist) escapam desse silenciamento e permanecem ativos.
· Imprinting genômico e inativação do cromossomo X são exemplos de expressão gênica monoalélica, na qual, em um genoma diploide, somente uma das duas cópias de um gene é expressa.
Podemos ter uma ideia da prevalência das mudanças epigenéticas comparando gêmeos idênticos. Seus genomastêm a mesma sequência de nucleotídeos, e obviamente muitas características de gêmeos idênticos – como sua aparência – são determinadas fortemente pelas sequências do genoma que eles herdam. Entretanto, quando seus padrões de expressão gênica, modificação de histonas e metilação de DNA são comparados, muitas diferenças são observadas. Como essas diferenças de expressão são grosseiramente correlacionadas não somente com a idade, mas também com o tempo com que os gêmeos despenderam longe um do outro, foi proposto que algumas dessas diferenças são herdáveis de célula para célula e são o resultado da ação de fatores ambientais. 
· Centro de imprinting = centro de regulação para transcrição de genes em alguns cromossomos.
Os RNAlnc vão ser usados para se ligarem e serem complementares as fitas de DNA de determinados promotores de genes que devem ser silenciados. Ex.: RNA na telomerase, RNA Xist, e um RNA envolvido em imprinting. 
Os miRNA que tem de 10 a 20 nucleotídeos são os RNAs de interferência. São mais de 1.000 tipos catalogados. Vão inibir o RNAm, podem fazer parte de um íntron que foi liberado durante o splincing e se degradou em pequenas sequências de RNA de interferência, ou são transcritos por regiões regulatórias (aquele 97% da sequência de DNA que não codifica proteínas). Eles se ligaram ao RNAm no citoplasma e irão impedir a tradução, destruindo o RNAm.
Estudos recentes mostram que a maioria dos genes metilados são maternos. 
Os genes metilados após a fertilização permanecem metilados para sempre – não são reversíveis porque esses genes apresentam um controle maior da metilação, com a DNA metiltransferase sempre presente para preservar a metilação. 
Algumas doenças genéticas são caracterizadas por defeitos no mecanismo do imprinting.
Ex.: a Síndrome de Prader Willi, em que os indivíduos apresentam os dois cromossomos 15 de origem materna (metilado), sendo que o de origem paterno seria o ativado. Já a Síndrome de Angelman, os dois cromossomos 15 são de origem paterna e faz com que exista uma tradução de proteínas em excesso.
Síndrome de Turner – mulheres com apenas um cromossomo X, com manifestação fenotípica. Por que existe manifestação fenotípica se o outro X estaria inativado? Porque alguns genes dos cromossomos X escapam dessa inativação, em trono de 10 a 15% dos genes do cromossomo X continuam ativados mesmo no gene alvo da inativação aleatória.
Epigenética do Envelhecimento – marcas epigenéticas que influenciam no envelhecimento.
Durante o envelhecimento normal as mudanças na expressão genica e epigenetica ocorrem de maneira especifica. Idade epigenética = metilação das citosinas do DNA de maneira que não deveria ocorrer, conforme o estilo de vida e envelhecimento. 
Centenários = têm mecanismos que inibem a metilação do DNA. 
· Idade epigenética x Idade cronológica. 
· Estudos revelaram que os padrões de metilação mudam com a idade e condições ambientais;
· A discordância no padrão de metilação entre gêmeos monozigóticos é uma observação consistente sobre o efeito do ambiente e do estilo de vida no epigenoma, já que o genoma é o mesmo;
· “dietas epigenéticas” influenciam favoravelmente o perfil epigenético dos indivíduos.
A metilação da citosina é apagada duas vezes, nas células primordiais (gametas) e no início do desenvolvimento embrionário. 
PARADIGMA, não se tem certeza ainda como essa memória epigenética acontece. Mas acredita-se que se tenha lócus cromossômicos de genes que resistam ao apagão de metilação, e a citosina continue metilada mesmo após a fertilização, então esses genes são responsáveis pela herança epigenética (apenas um pequeno conjunto de genes).
· Fatores que alteram na expressão gênica: 
- Metilação do DNA; 		Ambas alteram a estrutura terciária
- Modificação das histonas; 		da cromatina.
- RNAs não codificantes (lncRNA – RNA não codificante longo, ou miRNA – micro RNAs ).