Epigenética

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Marianna Lopes – Genética, 4° semestre FTC 
epigenetica 
HISTÓRIA 
O termo “epigenética” foi utilizado pela primeira vez 
por Conrad H. Waddington, em 1942, em “Epigenetic 
landscape”, que seria uma visualização da interação 
entre genes e ambiente, modelando os caminhos de 
desenvolvimento de uma célula durante sua 
diferenciação 
• Emergência de um eventual fenótipo em um 
organismo (DNA padrão) através do processo 
de desenvolvimento, este iniciado a partir de 
um perfil genético específico 
• A relação entre fenótipo e genótipo não é 
linear e probabilística, ou seja, não há um 
determinismo 
o A carga genética sofre influência de 
efeitos aleatórios e ambientais) 
DEFINIÇÃO 
Refere-se ao estudo de fatores hereditários que 
modificam a expressão de genes sem alterar o DNA em 
si, ou seja, é o conjunto de modificações (bioquímicas) 
nucleares e herdadas pela replicação da cromatina, 
que modulam a expressão gênica, mas não envolvem 
modificações na sequência de DNA 
• Epigenoma: Conjunto de modificações 
epigenéticas da cromatina, que determinam 
uma informação genética, refletindo o status 
epigenético da cromatina de uma célula 
Informação epigenética 
Nem todos os genes são necessariamente expressos 
em todas as células de um organismo, visto que a 
maioria deles são programados para permanecer 
reprimidos graças a modificações epigenéticas 
• Modificações epigenéticas: Mecanismos 
moleculares que permitem preservar o estado 
inativo por regenerar a estrutura repressiva 
da cromatina a cada rodada de replicação do 
DNA 
o Na replicação, a cromatina é “aberta” e 
logo após ela volta ao estado inicial, 
inativando determinados genes 
Identidade celular 
A expressão azul (típica de células pluripotentes) 
diminui conforme a diferenciação, juntamente com a 
linhagem alternativa, enquanto a linha verde aumenta 
com o comprometimento com alguma linhagem 
específica 
MECANISMOS EPIGENÉTICOS 
Metilação de citocinas 
Modificação covalente do DNA, ou seja, alteração 
química de uma base (sem mudar a sequência) que 
sofre metilação, isto é, tem seu H5 trocado por um 
grupamento metil através da DNA-metiltransferase 
(doador: S-adenosilmetionina - SAM), transformando 
a citosina em 5-metilcitosina, mas vale lembrar que 
isso acontece do lado de fora do sulco maior do DNA 
(mantém contato com moléculas de água e não influi 
no pareamento) 
• Tipos de DNA-metiltransferases no mamífero: 
DNMT1, 2, 3A, 3B e 3L 
o De manutenção 
o De novo 
• As metilações ocorrem em regiões específica, 
que são chamadas de ilhas CpG (presentes em 
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promotores e regiões intergênicas ricas em 
citosina e guanina) 
o Em mamíferos, 60% a 90% das ilhas CpGs 
estão metiladas 
• A resposta à metilação varia conforme o gene 
e o local, podendo facilitar ou dificultar o 
processo transcricional, visto que influencia 
no controle da ligação de proteínas ao DNA e, 
assim, faz organização da cromatina e da 
expressão gênica (princ. silenciamento gênico 
– ex. proteína HP1 inibe transcrição) 
o Metilação em sequências repetitivas: 
Previne instabilidade cromossômica para 
evitar quebras no material genético 
• Outras funções: Além da expressão gênica, e 
da estabilidade cromossômica, a metilação 
também atua em imprinting, diferenciação 
celular e inativação do X 
Alterações no padrão de metilação e a carcinogênese 
A função normal da célula depende do equilíbrio entre 
a hipometilação nas ilhas CpG e a hipermetilação nas 
regiões intergênicas 
• Alterações no equilíbrio da metilação podem 
comprometer a expressão de genes críticos, 
resultando em diversos tipos de câncer, visto 
que pode suprimir a transcrição (pode afetar 
genes supressores tumorais) 
o Hipometilação: Acontece de forma global 
no genoma, sendo mais frequente em 
sequências do DNA repetidas (DNA 
satélite, LINE e SINE), retrotransposons e 
genes cópia única 
 Instabilidade cromossômica 
 Ativação de oncogenes 
o Hipermetilação: Apresenta-se em áreas 
localizadas dentro da região promotora 
de genes supressores de tumor, fatores 
de transcrição, genes de controle do ciclo 
celular, genes anti-apoptóticos e genes 
de reparo do DNA (resumindo, no 
promotor de oncogenes e genes 
supressores de tumor) 
 Inativação de genes de reparo e 
supressores tumorais 
 “Memória epigenética” da metilação de citocinas 
A metilação de ambas as fitas permite reproduzir o 
padrão após a replicação do DNA, sendo herdado nas 
fitas recém-sintetizadas graças à semiconservação 
• Metilases de manutenção reconhecem as fitas 
hemimetiladas e adicionam os grupamentos 
metil às citosinas correspondentes 
o Durante a síntese da nova fita de DNA, 
tem-se a hemimetilação, isto é, a fita 
molde é metilada, enquanto a fita nova 
ainda precisa sofrer a ação de metilases 
de manutenção 
 A hemimetilação é importante para 
o reconhecimento de pareamentos 
errados durante a replicação 
Modificação de histonas 
As histonas são proteínas básicas que se associam ao 
material genético para compactar o DNA, até que ele 
se transforme em cromossomos, e para auxiliar na 
regulação da expressão gênica 
• Para que o DNA seja manipulado pela síntese 
de proteínas e/ou replicação, as histonas têm 
que ser ativada (mudança estrutural) para 
liberar o DNA em torno dela 
o Mecanismos de ativação: Acetilação, 
metilação, fosforilação e ubictinação 
(actina) 
Ratos Agouti 
• Região promotora não-metilada: O gene 
agouti é transcrito continuamente e o 
camundongo tem coloração amarela e é 
susceptível a tumor, diabetes e obesidade 
• Região promotora metilada: A expressão do 
RNAm do gene é reduzida (hipometilação) 
durante o desenvolvimento e ele permanece 
silenciado no restante da vida, sendo um 
camundongo saudável e de cor marrom 
o Os genes que trazem a cor da pelagem 
e patologias são silenciados 
• Fatores ambientais: A suplementação 
dietética na gestação dos animais os torna 
mais saudáveis, inclusive o tipo amarelo, 
enquanto a não suplementação estimula a 
as patologias típicas do animal amarelo 
 
Marianna Lopes – Genética, 4° semestre FTC 
Acetilação de histonas 
A acetilação, isto é, a adição do acetil (-CO-CH3) em 
histonas se dá especificamente nos resíduos de 
aminoácidos lisina através da enzima histona-
acetiltransferase (HAT) e esse processo torna a 
cromatina ativa (passível de ser transcrita) 
• A inativação se dá por enzimas histonas- 
desacetilases (HDAC) 
Fosforilação de histonas 
A fosforilação corresponde à adição do grupamento 
fosfato em resíduos de serina, treonina e tirosina, que 
promovem diversas funções além de ativar as histonas 
• Sinalização para reparo de dano ao DNA (H2A, 
H2B, etc) 
• Regulação transcricional 
• Compactação da cromatina associada com a 
mitose ou a meiose 
o Condensação da cromatina: Fosforilação 
de T3, S10, T11 e S28 na H3 
o Descondensação: Fosforilação da H1 
• Compactação da cromatina e apoptose 
o O resíduo fosforilado pode determinar o 
reparo do dano ou a apoptose da célula 
Metilação de histonas 
A adição do metil se dá em resíduos de lisina, sendo 
que o grau de metilação e o resíduo metilado estão 
envolvidos na regulação transcricional (ativação ou 
repressão dependente da lisina em questão) 
• H3K9me e H3K27me são marcadores de 
silenciamento do material genético (regiões 
de heterocromatina, X inativado e promotores 
silenciados), enquanto H3K4me sugere DNA 
transcricionalmente ativo (promotores ativos) 
Fatores de remodelamento de cromatina 
Existem complexos SWI/SNF formados por 9 a 12 
subunidades proteicas, que são recrutadas para 
promotores específicos e atuam no remodelamento 
da cromatina 
• Função: “Construir” uma região promotora 
acessível para a maquinaria transcricional 
o “Deslizamento” do octâmero de histonas 
ao longo do DNA para reposicionar o 
nucleossomo 
o Afrouxamento da fita de DNA sobre o 
nucleossomo 
o Reorganização dos componentes do 
nucleossomo, modificando sua 
conformação 
Os mesmos eventosde fosforilação podem ser 
simultâneos e podem estar relacionados com 
vários processos de modulação da cromatina 
• Há interação entre as modificações pós-
traducionais (MTPs) nas histonas (caudas 
das histonas representam uma plataforma 
para vários MTPS) 
Perfil de modificação das histonas 
Inúmeras enzimas atuam em conjunto para 
adicionar e remover modificações covalentes nas 
histonas, interagindo entre si e com outros 
mecanismos para manter a conformação da 
cromatina e o controle da transcrição 
• Relação entre acetilação e metilação de 
histonas (possibilitam a ligação de 
proteínas) 
o Cromatina aberta (ativada) e fechada 
(inibe a transcrição) 
• Marcas epigenéticas recrutam demais 
mecanismos para manutenção do estado 
da cromatina 
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“Memória epigenética” da metilação de histonas 
Durante a replicação do DNA, o octâmero de histonas 
não se dissocia completamente e, por isso, a fitas 
novas é constituída por histonas novas e antigas nos 
seus nucleossomos 
• Replicação do DNA e das características da 
cromatina: O padrão de modificações 
epigenéticas (ex. metilação, acetilação, 
fosforolição ou ubiquitinação) são herdadas 
juntamente com o DNA 
o Diferentes tipos de cromatina são 
replicadas em momentos distintos 
(origens de replicação ativadas 
distintamente) para manter o padrão de 
cromatina de cada uma 
Inativação do X 
Mapa conceitual 
Imprinting genômico 
Mapa conceitual 
INFLUÊNCIAS AMBIENTAIS 
Há diversos fatores ambientais influem na forma de 
expressão da epigenética, propiciando fenótipos 
completamente distintos entre os indivíduos, o que 
impossibilita associações diretas 
Epigenética e nutrição 
Determinados componentes bioativos dos alimentos 
podem alterar a expressão gênica via alterações na 
metilação do DNA e modificações de histonas 
• Disponibilidade do doador de grupos metil 
(SAM) depende de dois principais fatores 
o Vias metabólicas relacionadas à vitamina 
B6 e à B12 (deficiência de vitamina B 
compromete a metilação do DNA) 
o Folato, betaina e colina e aminoácidos 
(consumo crônico de álcool pode alterar 
a disponibilidade de SAM através do 
desperdício de metionina e colina ou por 
diminuir a disponibilidade de vitamina B) 
• EGCG (polifenol - chá verde): Pode diminuir a 
metilação global do DNA em linhagens de 
células cancerígenas pela inibição competitiva 
de DNMT, além de aumentar o nível de miR-
210 (diminuição da proliferação celular) 
• Redução de selênio (grãos e vegetais): 
Diminuição da metilação global do DNA, tendo 
expressão de DNMT1 reduzida em linhagens 
celulares de câncer de cólon e próstata 
Epigenética e dieta materna 
A transmissão materna de marcas epigenéticas pode 
ser alterada por nutrientes 
• Consumo materno de vitamina B é associado 
a modificações no risco de carcinogênese 
mamária e de cólon na prole 
• Aumento do consumo materno de colina, em 
ratos, eleva os níveis de metilação de histonas 
(H3K9me2 e H3K27me3) possivelmente pelo 
aumento na expressão de HMT 
• Dieta rica ou pobre em proteínas, em porcos, 
pode alterar a metilação global do DNA na 
prole através de mudanças na expressão das 
DNMTs 
Epigenética e envelhecimento 
As “assinaturas” epigenéticas tendem a mudar com a 
idade e, assim, pode ter aumento da hipermetilação 
de alguns promotores e diminuição da metilação 
global do DNA, além de reduzir também os padrões de 
modificação de histonas, indicando regiões 
heterocromáticas, onde há repressão da transcrição 
(no entanto, não está claro se os padrões epigenéticos 
são programados ou estocásticos) 
• O mesmo padrão de metilação do DNA visto 
no envelhecimento aparece no surgimento do 
câncer (hipermetilação de genes supressores 
de tumor) 
• Terapêutica: Compreensão das marcas 
epigenéticas relacionadas ao envelhecimento 
e proposta de intervenção farmacêutica e de 
dietas 
Marianna Lopes – Genética, 4° semestre FTC 
Epigenética e doenças 
 
Diabetes mellitus 
Mesmo sendo uma doença adquirida, já se sabe que 
há alterações epigenéticas envolvidas, principalmente 
em genes que codificam citocinas inflamatórias, que 
propiciam o estado inflamatório do paciente diabético 
• Resveratrol: Polifenol encontrado em cacau, 
uva e bluebarry, que foi usado como agente 
interventor em pesquisa com ratos para 
identificar citocinas e, como resultado, foi 
encontrada a expressão de IL-10 e IL-1β 
(principalmente) no grupo diabético 
o Citocinas pró-inflamatórias (ex. IL-1β, IL-
6, TNF-α e IFN) apresentam baixo nível de 
metilação nas ilhas CpG quando estão 
mais expressas 
o Citocinas anti-inflamatórias (ex. IL-10) 
possuem alto nível de metilação devido à 
hiperglicemia, tornando sua impressão 
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