Epigenética

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<p>Epigenética</p><p>O termo epigenética, definido pela primeira vez por Waddington em 1942 (como</p><p>reeditado em Waddington 2012), refere-se às mudanças na expressão gênica</p><p>que ocorrem sem mudanças na própria sequência do DNA. A epigenética</p><p>desempenha um papel vital na regulação eventos chave de desenvolvimento,</p><p>permitindo a expressão gênica específica do tecido, impressão genômica * e</p><p>manutenção de células-tronco.</p><p>* O imprinting genômico é um fenômeno genético no qual apenas uma cópia</p><p>genética herdada de um dos pais é expressa na descendência. Cada pessoa</p><p>herda duas cópias de cada gene, uma herdada da mãe e uma herdada do pai.</p><p>Em geral, ambas as cópias desses genes podem estar ativas na prole. Para</p><p>alguns genes, no entanto, uma cópia do gene é "desligada" por impressão</p><p>genômica, de modo que apenas a cópia não impressa permaneça ativa. Para</p><p>determinados genes, a cópia ativa não impressa é sempre aquela herdada da</p><p>mãe, enquanto que para outros genes a cópia não impressa, cópia ativa é</p><p>sempre aquela herdada do pai.</p><p>Em eucariotos, o genoma está presente no núcleo da célula na forma de</p><p>cromatina - um complexo DNA-proteína que agrupa o DNA em uma forma</p><p>altamente condensada. Os blocos de construção estruturais da cromatina são os</p><p>nucleossomas, cada um dos quais consiste em 147 pares de bases de DNA</p><p>enroladas em torno de um núcleo de 8 proteínas histonas (Ooi e Henikoff 2007).</p><p>O núcleo do</p><p>octâmero</p><p>compreende duas</p><p>cópias de cada</p><p>uma das proteínas</p><p>histonas H2A, H2B,</p><p>H3 e H4. Além</p><p>disso, os</p><p>nucleossomas são</p><p>conectados uns aos outros por uma histona ligante H1 que oferece estabilidade</p><p>à estrutura empacotada.</p><p>As modificações da estrutura da cromatina afetam o primeiro passo da</p><p>expressão gênica (isto é, a transcrição). Os RNAs não-codificantes (ncRNAs),</p><p>por outro lado, atuam no nível pós-transcricional.</p><p>Remodelação de Cromatina</p><p>1. Modificações de DNA</p><p>A marca epigenética melhor caracterizada, a metilação do DNA, envolve a</p><p>adição covalente de um grupo metil (CH3) a um dos quatro nucleotídeos do DNA</p><p>(ou seja, citosina [C]) para formar 5-metilcitosina (5mC).</p><p>Em eucariotos, a metilação geralmente afeta C que são seguidos pelo</p><p>nucleotídeo guanina (G) (isto é, que fazem parte de um dinucleotídeo CpG)</p><p>(Rodenhiser e Mann, 2006). Nesses locais, enzimas chamadas DNA</p><p>metiltransferases (DNMTs) medeiam a metilação de resíduos C, atuando assim</p><p>como moduladores críticos do desenvolvimento fetal (Li et al. 1992). Para estas</p><p>reações de metilação do DNA, as DNMTs usam grupos metil produzidos por uma</p><p>seqüência de reações conhecidas como a via do folato (Friso et al. 2002).</p><p>Geralmente, a metilação do DNA está associada a uma conformação</p><p>condensada da cromatina, que efetivamente silencia a expressão gênica porque</p><p>as enzimas necessárias para a transcrição não podem acessar o DNA.</p><p>"p" indica que "C" e "G" estão conectadas por uma ligação fosfodiéster.</p><p>2. Modificações nas Histonas.</p><p>As modificações das histonas são variadas e incluem acetilação, metilação,</p><p>fosforilação, ubiquitinilação, ADP-ribosilação e sumoilação em resíduos</p><p>especificados (para uma revisão, ver Kouzarides 2007). É importante notar que</p><p>essas modificações são dinâmicas - isto é, podem ser removidas novamente por</p><p>enzimas específicas.</p><p>Estas modificações das histonas, juntamente com a metilação do DNA,</p><p>influenciam a estrutura da cromatina e têm uma profunda influência na regulação</p><p>gênica. Ambos os tipos de modificações epigenéticas trabalham em conjunto</p><p>para remodelar a cromatina e particionar o genoma em dois domínios funcionais</p><p>diferentes - regiões transcricionalmente ativas conhecidas coletivamente como</p><p>eucromatina e regiões transcricionalmente inativas coletivamente chamadas</p><p>heterocromatina.</p><p>As regiões eucromáticas são modificadas para permitir uma conformação aberta,</p><p>tornando as regiões acessíveis às proteínas celulares favorecendo a transcrição.</p><p>Em contraste, regiões heterocromáticas, como as extremidades dos</p><p>cromossomos (isto é, telômeros) e as regiões ao redor do centro do cromossomo</p><p>(regiões pericêntricas), geralmente exibem uma conformação fechada que limita</p><p>as interações entre o DNA e as proteínas celulares, silenciando assim a atividade</p><p>gênica (Schneider e Grosschedl 2007).</p><p>Reprogramação do Desenvolvimento</p><p>A reprogramação epigenética é um processo que envolve o apagamento e</p><p>depois restabelecimento das modificações da cromatina durante o</p><p>desenvolvimento dos mamíferos. Ela serve para apagar mudanças aleatórias em</p><p>marcas epigenéticas (ou seja, epimutações) que ocorreram nas células</p><p>germinativas (gametas) e para restaurar a capacidade do óvulo fertilizado (isto</p><p>é, zigoto) em se desenvolver em todos os diferentes tipos de células e tecidos</p><p>(Reik et al. 2001).</p><p>A reprogramação ocorre em duas fases durante o desenvolvimento do útero,</p><p>uma logo após a fertilização e a outra nos gametas em desenvolvimento do feto.</p><p>A primeira fase ocorre após a fertilização no embrião pré-implantação (isto é, o</p><p>blastocisto). Durante esta fase, os padrões epigenéticos embrionários são</p><p>restabelecidos de uma maneira específica da linhagem na massa celular interna</p><p>do blastocisto (figura). A segunda fase ocorre nos gametas, onde a desmetilação</p><p>rápida do genoma é iniciada para apagar os padrões existentes de metilação dos</p><p>pais, seguida pelo restabelecimento das marcas epigenéticas de uma maneira</p><p>específica do sexo (Reik et al. 2001).</p><p>Reprogramação no desenvolvimento de mamíferos. Duas ondas de</p><p>reprogramação epigenética ocorrem durante o desenvolvimento embrionário. A</p><p>primeira fase de reprogramação ocorre nas células somáticas do embrião em</p><p>desenvolvimento. Em camundongos, após a fertilização, o embrião sofre</p><p>desmetilação do genoma que é completado pelo dia embrionário 5 (E5). O</p><p>genoma paterno (linha azul) sofre desmetilação rápida e ativa, enquanto no</p><p>genoma materno (linha rosa), a desmetilação ocorre por um processo passivo.</p><p>A remetilação do genoma embrionário começa no dia E5 e é completada antes</p><p>do nascimento. A segunda onda de reprogramação epigenética ocorre nas</p><p>células germinativas do embrião em desenvolvimento, que finalmente dará</p><p>origem a gametas que contêm assinaturas epigenéticas específicas do sexo. As</p><p>células germinativas primordiais (PGCs) do embrião em desenvolvimento</p><p>contêm as assinaturas de metilação dos genomas parentais. Aproximadamente</p><p>E7-8, as PGCs sofrem desmetilação rápida que é completada por E15–16. Em</p><p>seguida, a metilação específica do sexo é restabelecida. Na linha germinativa</p><p>masculina, a reprogramação é completa no nascimento (linha azul), enquanto</p><p>nas fêmeas, a reprogramação continua até a puberdade (linha rosa).</p>