Cromossomos e epigenética

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Aula V - Epigenética.
A hemoglobina é uma proteína e, por isso, é determinada geneticamente. Para aumentar a produção aumenta-se o número de transcrição e tradução gênica, as quais, juntas, são denominadas de expressão gênica. 				 Ocorre a partir do DNA contido no núcleo, no formato de cromatina (DNA + proteínas).
- Aumento da expressão gênica resulta em aumento da produção de proteínas.
- Aumento da transcrição gênica da hemoglobina + aumento da transcrição das proteínas que estão relacionadas com a expressão gênica.
- Fatores de transcrição: são proteínas que ajudam a transformar genes específicos em "ligados" ou "desligados" através da conexão com um DNA próximo.
Fatores de transcrição: os ativadores impulsionam a transcrição de um gene. Os repressores reduzem a transcrição.
Para relembrar:
A cromatina possui dois tipos de forma/ condição:
- Heterocromatina: é uma inibição irreversível da expressão gênica. São regiões que, quando condensadas, nunca mais serão expressas. Exemplos de locais com heterocromatina: centrômero e telômero – essas regiões estão sempre inativadas -, e, nas mulheres, há o corpúsculo de Barr. A heterocromatina é duplicada, mas nunca transcrita.
	- Eucromatina: há possibilidade de ativação e inativação, entretanto porções inativadas na eucromatina podem ser ativadas. Há diferenças morfológicas na cromatina que determinam a ativação e a inativação, é controlado pela epigenética. 
	*DNA de ligação/linker.
	* Na cromatina ( DNA+HISTONA) 
	*Quando os nucleossomos separados ligados por uma fita de ligação (DNA linker) estão ativos. Ali ocorre a expressão gênica, a transcrição. Fita de 10 nm ou “colar de pérolas”. O DNA linker não pode ser transcrito, ele é uma porção que serve apenas para ligar as porções dos nucleossomos. O DNA que pode ser transcrito está protegido pelas histonas.
	* Histonas = levemente básicas; DNA = levemente ácido. A junção dos dois é realizada por uma interação ácido-base.
	* Para inativar eucromatina há a redução da região do DNA linker, assim os nucleossomos se aproximam e o DNA se torna inacessível. Fita de 30nm (eucromatina inativa). Para inativar, aumenta-se a interação entre as histonas e o DNA, deixando as histonas mais básicas ou o DNA sofre metilação (deposição de um radical metil) sobre uma região específica, que promove a inativação da região atingida. Assim, não ocorrerá a transcrição. => Imprinting genômico. A metilação é reversível.
	* Para que a cromatina se torne acessível para a transcrição é necessário tornar a histona ácida, assim ocorrerá a repulsão da fita de DNA com as histonas. Acetilação. Dessa forma, para ativar a cromatina é necessário desmetilar o DNA e acetilar as histonas. 
	* Uma das funções do cromossomo é não deixar acontecer transcrição gênica durante a divisão celular.
	* Mecanismos responsáveis pelo aumento da transcrição gênica: acetilação (responsável por flexibilizar a fita), metilação (responsável pela condensação e inativação) e desmetilação.
	* O desbalanço na metilação gênica gera a inibição de genes que deveriam estar ativos ou modifica o padrão de metilação, desmetilando genes que deveriam estar metilados.
 Epigenética - mudança nas funções dos genes que não alteram a sequência de bases nitrogenadas; ocorre sobre o DNA. Estuda como as experiências de gerações passadas afeta quem nós somos.
- Existem mutações no DNA que não estão relacionadas com os pares de base. Essas mutações podem ser desfeitas, são mutações reversas; podem ser herdadas.
- Os estudos epigenéticos mostraram que genes autossômicos não são herdados da mesma forma da mãe e do pai. As modificações genéticas do sexo feminino e do sexo masculino vão muito além do cromossomo y; muitos genes são inativos nos homens e ativos nas mulheres e vice-versa. Esses genes devem ser herdados da forma que se encontram em um dos parentais, como no exemplo, ativos no cromossomo materno e inativos no cromossomo paterno quando isso não acontece ocorrem síndromes e elas são diferentes, apesar de estarem no mesmo loci do cromossomo. Por exemplo: duas síndromes diferentes que ocorre a deleção da mesma região cromossômica, só que uma herdada do pai e a outra herdada da mãe. Essas alterações são provocadas por mecanismos epigenéticos.
 Padrões epigenéticos - sensíveis às modificações ambientais causando mudanças fenotípicas que podem ser passadas aos descendentes;
 Diferença entre epigenética e genética convencional:
		- Reversibilidade.
		- Efeitos de posicionamento.
		- Ação em um local maior que um gene.
	* Efeitos de posicionamento (dependendo do gene que foi metilado) há maior facilidade ou dificuldade para reverter a mutação.
	* Quando há alterações epigenética, muitas vezes, há reações pleiotrópicas muito maiores do que na genética convencional; maior cascata de efeitos.
	* Compreender: alterações nas histonas acetilação e alterações no padrão de metilação do DNA. Isso faz com que aconteça uma modificação na acessibilidade da cromatina, por isso, se há a metilação sem necessidade, diminui-se o acesso àquele gene. Assim, pode ocorrer o impedimento de uma cascata gênica.
 Mecanismos principais envolvidos na epigenética:
		- Alterações nas histonas;
		- Alterações nos padrões de metilação do DNA;
			Modificação na acessibilidade da cromatina.
			Modificam a transcrição local ou global.
		- RNA não codificadores: atuam interferindo na transcrição dos genes. Atuam de forma direta na transcrição e na tradução dos genes.
 O que os mecanismos epigenéticos fazem?
	- Estabilizam o genoma;
	- Inativam o cromossomo X;
	- Imprinting genômico – todo gene metilado é um gene imprintado;
	- Reprogramação de genes – ativação de genes através de mecanismos epigenéticos;
	- Podem gerar alterações permanentes em órgãos e sistemas.
 Os nucleossomos e as histonas organizam a cromatina;
 Mudanças na cromatina – mudanças na expressão do gene:
	- Cromatina condensada – inativação gênica;
	- Cromatina descondensada – ativação gênica.
 Esses padrões gênicos são controlados reversivelmente por metilação do DNA e acetilação das histonas, especificamente
Metilação do DNA desenho do caderno: promotor
*Todo promotor inicia com uma sequência gênica conhecida. A região promotora não é expressa e, por isso, não faz parte de proteína, entretanto é nela que ocorre a ativação e a inativação.
Indispensável para as funções do genoma;
 Regulação gênica, estabilidade e integridade cromossômica, imprinting parental;
 DNA metiltransferases - grupo de enzimas responsáveis por estabelecer e manter os padrões de metilação:
	- Os padrões são estabelecidos e mantidos nos dinucleotídeos CpG (“ilhas CpG”);
	- Ocorre no C5 (carbono 5) da citosina;
	- São herdadas na divisão celular;
	- Essas ilhas CpG se localizam nas regiões promotoras dos genes e apresentam em torno de 200pb (pares de base).
 A metilação interfere de forma direta no genoma:
	- Forma uma barreira física (e química) que impede os fatores de transcrição de reconhecerem os genes.
* Tudo que é molecular é químico.
* Quando metilado o RNApolimerase não consegue chegar em seu objetivo.
Imprinting genômico.
 Cromossomos maternos e paternos apresentam diferenças na expressão dos alelos;
 100 genes são regulados por imprinting;
 Mecanismo de regulação gênica que permite apenas a expressão de um dos alelos parentais;
 Algumas doenças resultantes da falha imprinting:
	- Síndrome de Prader-Willi e Síndrome de Angelman (15q11);
	- Síndrome de Silver-Russell e Síndrome de Beckwith-Wiedemann (11p15).
Histonas
As histonas são as principais proteínas envolvidas com a formação do esqueleto da cromatina;
Nucleossomos: blocos construtores dos cromossomos onde o DNA “se enrola” sobre as histonas;
 O DNA não “se enrola” de forma aleatória nas histonas – apenas os genes que serão transcritos estarão envolvidos com ela para serem protegidos; as regiões de DNA que estão entre os nucleossomos não serãotranscritas.
A parte livre de histonas é chamado DNA linker;
 Todos os núcleossomos apresentam 146pb (pares de base).
 Modificações nas histonas:
	- O DNA encontra-se associado às histonas;
	- O nucleossomo (DNA + histonas) é a unidade básica da cromatina:
		4 tipos de histonas formando um octâmero (H2A, H2B, H3 e H4); 
		2 voltas de DNA; 
		Histona H1 ligada ao DNA contribuindo para sua condensação.	
		H2A e H2B – ricas em lisina Acidófilas 
		H3 e H4 – ricas em arginina 
		H1: família de histonas que ancoram o DNA.
	- As histonas, muitas vezes, precisam liberar o DNA para transcrição:
		Sliding – o DNA que está na histona fica “solto” e passa a ser transcrito; 
		Transfer – a histona passa de uma parte ativa para uma não ativa.
	- As principais modificações que acontecem nas histonas são a acetilação, desacetilação e metilação;
	- DNA ácido – histonas básicas (acidófilas):
		Acetilação ocorre na cauda N-terminal, diminuindo a basicidade da histona.
	- As desacetilases funcionam junto com as metilases – se a desacetilação for inibida, a metilação não inativa os genes;
	- Metilação das histonas pode silenciar ou ativar a transcrição – depende da histona metilada:
		H3 na lisina 9 e 27 – silenciamento gênico por facilitar a metilação do DNA; 
		H3 na lisina 4 – ativa a transcrição.
	- A bilateralidade do fluxo de informação (DNA – cromatina e vice-versa) mantém o controle epigenético.
RNAS NÃO-CODIFICANTES (NCRNA)
 RNA: mensageiro; transportador; ribossômico.
	-Mensageiro: RNA codificante.
	-Transportador e ribossômico: RNA's funcionais; não possuem função codificadora, entretanto possuem papel na codificação do RNA mensageiro.
 1,5 – 2,0% do genoma é codificado em proteínas; o restante faz parte de porções não codificantes ou regiões de RNA.
 Dogma da Biologia Molecular: está sendo modificado. Nem toda porção de DNA que vira RNA será codificada em proteína. A maior parte do genoma será codificada em RNA's funcionais ou não codificantes.
- O dogma da Biologia Molecular está sendo alterado!
 Funções do NCRNA: 
	- Controle pós-transcricional – regulação da tradução; Controle do RNAm. Muitos deles podem inibir o RNAm de ser traduzido ou induzir a degradação desse RNAm. Pode ocorrer mutações em genes de RNA'S que controlam RNAm, gerando patologias na ausência de determinada proteína, não porque o gene dela está alterado, mas porque o RNAm - que daria origem a essa proteína - está sendo degradado por um outro RNA. 
	- Regula processamento do pré-mRNA no núcleo; 
	- Modula a interação mRNA-proteína; 
	- Moduladores de vias celulares – proliferação, crescimento e apoptose; 
	- Controle metabólico, etc. 
Epigenética e o câncer.
 Metilação: o nível de metilação muda significativamente quando a célula se torna maligna devido a: 
	- Hipometilação; 
	- Hipermetilação. 
 A metilação estabelece uma programação correta da expressão dos genes;
 Erros levam a uma expressão aberrante de genes e à perda de check points anti-câncer.
 Hipermetilação das ilhas CPGs: 
	- Especialmente nos Genes Supressores de Tumor e de Reparo; 
	- Perda de função desses genes – ativando a progressão celular.
 Hipometilação Global do Genoma: 
	- Relacionada com a progressão do tumor e grau de malignidade; 
	- Ativação dos proto-oncogenes – ativando a intensa progressão celular; 
	- Instabilidade genômica.
 Mutações nos genes codificantes das enzimas Histona Acetil Transferase e Histona Desacetilase– ativa ou inibe a transcrição gênica – pode levar ao câncer.
 A hipometilação, estágios avançados de um câncer, provoca quebras cromossômicas – mecanismo de ativação de genes metastásicos;
 As epimutações dificilmente ocorrem em tecidos saudáveis – terapias epigenéticas com alta especificidade tumoral;
 As epimutações são reversíveis, contrariamente às mutações gênicas;
 Os padrões de metilação podem fornecer informação diagnóstica e de tratamento.
 Ainda são poucas as terapias em vigência que utilizam a epigenética;
 Medicamento Azacitidina – análogo a nucleosídeos, incorpora-se ao DNA inibindo a metilação, reativando genes silenciados:
	- Terapia em teste – doenças em que ocorre hipermetilação dos genes (Síndromes Mielodisplásicas e Leucemias).
 Pequenas moléculas como o ácido valproico, que reduzem os níveis de HDACs, estão sendo usadas para induzir a morte de células tumorais.