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Genómica. Licenciatura em Ciências Biomédicas Departamento de Ciências da Saúde, UCP Fevereiro 2013. Sumário. Epigenómica Metilação de DNA Mecanismos de Metilação Metilação em saude e doença Ambiente e metilação. Epigenética. Cor nos ratos Abelhas obreiras e rainhas. Epigenoma.
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Genómica Licenciatura em Ciências Biomédicas Departamento de Ciências da Saúde, UCP Fevereiro 2013
Sumário Epigenómica Metilação de DNA Mecanismos de Metilação Metilação em saudee doença Ambiente e metilação Genómica 12-13 MJC
Epigenética • Cor nos ratos • Abelhas obreiras e rainhas Genómica 12-13 MJC
Epigenoma • A totalidade e localização de todas as alterações epigenéticas que ocorrem numa célula. Genómica 12-13 MJC
Paisagem epigenética ConradHalWaddington (1905-1975) Genómica 12-13 MJC
Epigenética/Epigenómica • ConradWaddington, 1942: Estado e actividade ou expressão genética (Fenótipo) herdada por mitose ou meiose e que é independente da sequencia de DNA. • Todas as alterações na estrutura da cromatina que alteram os padroes de expressão (transcrição) e silenciamento do mesmo genoma. Genómica 12-13 MJC
Epigenética/Epigenómica • As alterações epigenéticas alteram o fenótipo sem alterarem a sequência • Epigenética refere-se ao estudo de um gene ou conjunto de genes e epigenomica refere-se ao conjunto de alterações epigenéticas de um genoma. Genómica 12-13 MJC
Herditariedade das alterações • https://www.sciencemag.org/content/330/6004/612.figures-only Genómica 12-13 MJC
Mecanismos epigenéticos Genómica 12-13 MJC
Metilação do DNA • Adição de grupos metilo à sequencia de DNA: • Em células normais mantêm o controlo da expressão genética e estabilidade dos cromossomas. • Em células cancerosas pode haver hipometilação e hipermetilação. Que genes estão sujeitos a uma e a outra? Genómica 12-13 MJC
Modificações das Histonas • Metilação mas também acetilação e fosforilação das caudas das histonas. • Em células normais existe o código de histonas que mantem a estrutura de cromatina funcional. • Em células cancerosas muitas vezes os genes que promovem a alteração das caudas das histonas ou a sua manutenção estão alteradas. Genómica 12-13 MJC
Outros mecanismos epigenéticos • Interações entre metilação do DNA,modificação das histonas e pequenos RNAs. • Especificidade celular/tecidular e desenvolvimento. • Interação entre genes e ambiente e susceptibilidade a doenças- Genómica 12-13 MJC
Anotações inconsistentes Genómica 12-13 MJC
Metilação – a 5ª base Genómica 12-13 MJC
Metilação do genoma • Não está distribuída de forma uniforme no genoma. • Em células somáticas – 60-80% das CpGs estão metiladas. • A metilação é mais abundante em elementos repetitivos • Associada sobretudo a ilhas CpGs. As zonas GC mantêm-se sem metilação • As zonas promotoras dos genes estão em ilhas CpGs. Genómica 12-13 MJC
Os padrões de metilação são herdados Genómica 12-13 MJC
Criação e manutenção da metilação Genómica 12-13 MJC
As metil transferases • Devem ser eliminados da anotação? • O facto de serem desconhecidos não dá muita informação • Mas se um domínio ou proteína desconhecida for muito abundante pode corresponder a domínios conservados. Ou não? Genómica 12-13 MJC
Porquê a metilação? • Defesa: silencia DNA parasítico endogeno (repetições, elementos transponíveis, etc). • Imprinting • Inativação do X • Manutenção da heterocromatina, estabilidade cromossómica e tamanho dos telómeros • Controlo da expressão genética. Genómica 12-13 MJC
A metilação é alterada durante o desenvolvimento e reprogramação epigenéticas Genómica 12-13 MJC
Padrõesnormais de metilação Genómica 12-13 MJC
Padrões de Metilaçãodentro do gene Genómica 12-13 MJC
Padrõesnormais de metilação Genómica 12-13 MJC
Mecanismos de silenciamento por metilação • Diretos • Inibição da transcrição de factores de ligação (CTCF e UBF). • Mecanismo não universal pois nem todos os locais de ligação de factores têm nucleotidos CG. • Indiretos • Inibição mediada por proteínas ligadoras de Metil-CpG (MeCP1/MeCP2) • Recrutamento de complexos co-repressores incluindo as HDACs • Alterações na conformação da cromatina. Genómica 12-13 MJC
Proteinasligadoras de DNA metilado Genómica 12-13 MJC
Metilação de DNA e cancro Genómica 12-13 MJC
Inativação de genes supressores de tumores Genómica 12-13 MJC
Metilação aberrante em cancro Genómica 12-13 MJC
No cancro há regiões diferentes metiladas e desmetiladas Genómica 12-13 MJC
Hipometilação e cacro • Muitos tumores humanos têm um nivel global menos de 5-metilcitosinas (Gama-Sosa et al 1983) • A hipometilação do c-Há-ras e c-Ki-ras foi identificada em tumoresprimarios do colon (Feinberg e Vogelstein, 1983) • A perda de imprinting do IGF2 aumenta o risco de cancro colo retal (Cui et al 2003). Genómica 12-13 MJC
Consequências da hipometilação • Instabilidade cromossómica (ICF sindrome) • Activação da transcrição de retrotransposões. • Activação da transcrição de oncogenes. Genómica 12-13 MJC
Metilação promove mutação Genómica 12-13 MJC
Trabalhos a realizar pelos alunos • Defeitos em imprinting: • 1. João Síndromes Angelman e Prader-Willi • 2. Jessica Diabetes Melitus neonatal transitório (Transient neonatal Diabetes melitus) • Instabilidade nas respetições 3. Marya X Frágil 4. Pedro Distrofia muscular Fascioscapulohumeral (Fascioscapulohumeral muscular distrophy)
Trabalhos a realizar pelos alunos • Defeitosnamaquinaria de metilação 5. Mariana Lupus eritematososistémico (Systemiclupuserythemtosus (SLE)) 6. Eduardo Síndrome de Rett
Imprinting • Lembram-se o que é? • É uma alteração epigenética • Uma cópia do gene é expressa e a outra é silenciada • Os alelos silenciados normalmente são altamente metilados e estão condensados. Genómica 12-13 MJC
Imprinting Ainda há bastantes dúvidas: • O quemarca um gene paraquesofrer imprinting? • Porque é quehá genes queemque as duascópiaspodemserexpressas e outros não. • Como é imposto o imprinting? • Há mecanismos diferentes para machos e fêmeas? Sabemos que há genes em que o alelo imprinted é sempre o da mãe ou o do pai. Genómica 12-13 MJC
Alterações epigenéticas • Com o ambiente • Com a idade Genómica 12-13 MJC
Com a idade Genómica 12-13 MJC
Com o ambiente Genómica 12-13 MJC
Metilação do DNA e Cromatina Genómica 12-13 MJC
O core do nucleossoma Genómica 12-13 MJC
Modificação (código) das histonas Genómica 12-13 MJC
Modificação (código) das histonas Genómica 12-13 MJC
Código das Histonas Genómica 12-13 MJC
Modificação das histonas e transcrição Genómica 12-13 MJC
Repressão mediada por metilação Genómica 12-13 MJC
Repressão independente de Metilação Genómica 12-13 MJC
Repressão mediada pela metilação da H3k37 Genómica 12-13 MJC
Mecanismos de interação epigenética Genómica 12-13 MJC