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III SIMPÓSIO DE ASSISTÊNCIA FARMACÊUTICA

Local: Centro Universitário São Camilo

Data: 21 a 23 de maio de 2015.

EPIGENETICA – ALTERAÇÕES INDUZIDAS POR AGENTES QUÍMICOS

MONTANHER, Ana Paula1; BODA, Maíra

2; RIBEIRO NETO, Luciane M.

3.

¹ Curso de Farmácia do Centro Universitário São Camilo, São Paulo-SP.

2 Curso de Farmácia do Centro Universitário São Camilo, São Paulo-SP. mairaboda@gmail.com

3 Docente do curso de Farmácia do Centro Universitário São Camilo, São Paulo, SP, Brasil Palavras-chave: Epigenética. Agentes Químicos. Toxicidade. INTRODUÇÃO O termo Epigenética foi introduzido, no início de 1.940, pelo biólogo do desenvolvimento Conrad Waddington, como o ramo da biologia que estuda as interações entre genes e seus produtos que fazem o fenótipo visível (DUPONT; ARMANT; BRENNER, 2009). A história da epigenética é ligada ao estudo da evolução e do desenvolvimento, mas durante os últimos 50 anos, o significado do termo “epigenética” tem se submetido a uma evolução que aumentou significativamente o conhecimento científico dos mecanismos moleculares envolvidos na regulação da expressão gênica em eucariotos. Atualmente a epigenética pode ser definida como o estudo das mudanças nas funções gênicas herdáveis meióticas e/ou mitóticas que não podem ser explicadas pelas mudanças nas sequências de DNA Grande parte da pesquisa epigenética está convergindo para o estudo de modificações covalentes e não covalentes de DNA e de proteínas histonas e os mecanismos pelos quais essas modificações influenciam na estrutura geral da cromatina. OBJETIVO Abordar epigenética visando compreender os mecanismos envolvidos nesta causados por agentes químicos e as consequências à saúde humana. METODOLOGIA O método adotado para a elaboração deste trabalho foi a revisão bibliográfica integrativa realizada através da busca em bancos de dados e sítios institucionais nacionais e internacionais disponíveis na internet, assim como revistas e periódicos. As palavras-chave utilizadas durante as pesquisas foram: epigenética, acetilação de histonas, metilação do DNA, imprinting genômico, epigenética e o câncer, epigenetica e doenças comuns, alterações epigéneticas, RNA, DNA, microRNA, entre outras. A pesquisa foi realizada nos idiomas português, inglês e espanhol. O período definido para a pesquisa bibliográfica não foi limitado, sendo, portanto, retrospectivo a março de 2015. DESENVOLVIMENTO Mecanismos epigenéticos Existem três mecanismos principais de alterações epigenéticas: modificação do DNA, modificações de histonas e ação de RNAs não codificadores. Os padrões de metilação de DNA são os mais estudados e melhores entendidos dentre estes mecanismos, embora modificações de histonas também sejam bastante discutidas. A metilação do DNA é a modificação epigenética melhor caracterizada e reconhecida como um mecanismo de silenciamento. Consiste na adição de um radical metil (CH3) no carbono 5 de Citosina, geralmente seguida por Guanina (dinucleotídeo CpG), catalisada por enzimas DNA metiltransferases (DNMTs). Muitos dos mecanismos envolvidos com o estabelecimento e manutenção da metilação em sítios específicos do DNA ainda são desconhecidos, porém é certa a influência que essa modificação epigenética desempenha na organização da cromatina, levando à repressão de inúmeros genes e elementos transponíveis.

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O mecanismo mais simples de como a metilação do DNA pode atuar no controle da expressão gênica é por meio do bloqueio do sítio promotor ao acesso de fatores de transcrição, havendo silenciamento do alelo metilado, ou seja, a metilação do DNA interfere diretamente na sequência de ligação de fatores. Outro mecanismo proposto se baseia na possibilidade da metilação do DNA influenciar enzimas que afetam modificações de histonas. Por exemplo, a metilação pode interagir com proteínas que apresentam domínios de ligação à metilação e modular a expressão gênica através da interação com histonas deacetilalases (HDACs) ou H3K4 metiltransferases. O processo de metilação de histonas ocorre com a adição de um grupo metil em resíduos de lisina ou arginina das histonas H3 e H4 (XU; ANDREASSI, 2011). Resíduos de lisina, incluindo H3K4, H3K9, H3K27 e H3K36 podem ser mono, di ou trimetilados, sendo que o número de metilações e o local onde elas ocorrem proporcionam diferentes conformações da cromatina e, consequentemente, diferentes padrões de expressão gênica. A metilação e a desmetilação de histonas são processos catalisados por HMTs e HDMTs, respectivamente, sendo que sua expressão ocorre de uma maneira tecido-específica (XU; ANDREASSI, 2011). A fosforilação de histonas tem sido associada à condensação e a segregação cromossômica, transcrição e reparo de danos ao DNA e ativação do apoptose. Desta forma, a fosforilação da histona H3 está envolvida em dois processos estruturalmente opostos: ativação transcricional que requer a fibra de cromatina descondensada durante a interfase, e condensação cromossômica durante a divisão celular. A modificação de histonas por fosforilação pode ocorrer em todas as classes das histonas, em resíduos de serina e treonina. Quatro sítios de fosforilação na serina são identificados: serina 10 e 28 da H3, serina 1 da H4, serina 1 da H2A e serina 14 da H2B. Entre essas modificações, destaca-se a fosforilação do resíduo serina 10 da histona H3 (H3S10f). A acetilação das histonas, ou mais precisamente de seus aminoácidos lisina, faz com que a carga positiva das mesmas seja neutralizada, e ocorra o enfraquecimento da interação da cauda da histona com o DNA local carregado negativamente, induzindo abertura local das estruturas da cromatina. Desta forma, o DNA local é exposto, aumentando o acesso de fatores de transcrição e promovendo aumentos significativos na transcrição gênica. O grupo acetil na acetilação da histona é retirado da Acetil-Coenzima A, e na desacetilação da histona o grupo acetil é transferido para a Coenzima A. Estudos mostraram um envolvimento da acetilação na formação da memória de longa duração e que o uso de inibidores de HDACs durante a consolidação facilita a memória. MicroRNAs (miRNAs) constituem uma classe de pequenos RNAs endógenos de aproximadamente 22 nucleotídeos, que atuam como silenciadores pós-transcricionais, inibindo a tradução de RNAs mensageiros alvo. Descobertos há pouco mais de uma década os miRNAs são atualmente reconhecidos como reguladores fundamentais da expressão gênica em plantas e animais. Eles encontram-se distribuídos no genoma em regiões intergênicas, intrônicas ou exônicas. Apesar da biologia dos miRNAs não estar ainda completamente esclarecida, essas moléculas já foram relacionadas a diversos processos biológicos, tais como, apoptose, proliferação, diferenciação, metástase, entre outros (ALMEIDA et al., 2011) e em células de mamíferos desempenham papéis importantes no desenvolvimento humano, na diferenciação celular, homeostase, na adaptação ao meio ambiente, ontogênese, e nas interações das células hospedeiras com agentes patogênicos (HA, 2011; MA et al., 2011). Imprinting As marcações epigenéticas são estabelecidas ainda durante o desenvolvimento embrionário, e no embrião, elas distinguem os cromossomos herdados do pai e da mãe. As marcações dos genes imprinted, são inativados ou no cromossomo materno ou no cromossomo paterno, passando a ser expresso monoalelicamente, ou seja, somente um alelo continua ativo. Estas regiões de imprinting são vulneráveis a mutações recessivas e mudanças epigenéticas, pois são efetivamente haploides. Muitas desordens de desenvolvimento e algumas outras doenças, inclusive o câncer, estão ligados com genes imprinted, como esses genes geralmente estão

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agrupados e são controlados pelos Centros de Imprinting, uma única alteração epigenética ou genética na região pode perturbar muitos genes. Exposição a agentes químicos: influência na epigenética e consequentes riscos à saúde A vulnerabilidade do material genético às agressões impostas pelo ambiente motivou um aumento no número de estudos sobre as lesões e alterações induzidas por substâncias químicas, físicas e biológicas e sobre os possíveis agentes causadores das mesmas, que podem ser de diferentes origens, incluindo medicamentos (EL-ZEIN et al., 2005; BRAMBILLA; MARTELLI, 2009). Dentre as principais fontes de exposição do homem a agentes mutagênicos e/ou carcinogênicos pode-se citar a dieta, seja pela própria composição dos alimentos ou pelo seu preparo, uso de tempero, corantes ou de contaminantes presentes nos mesmos. Além disso, o consumo de determinadas drogas possui potencial danoso, como no hábito de fumar, na ingestão de bebidas alcoólicas, no consumo de drogas ilícitas e de medicamentos. Com relação ao ambiente em que está inserido, vários fatores ambientais podem afetar o material genético humano, como a radiação solar, os efluentes industriais, os agrotóxicos, alguns produtos químicos industriais e os derivados de petróleo. Riscos à saúde humana Pequenas falhas no estabelecimento ou manutenção dos processos epigenéticos podem alterar a fisiologia normal da célula e desencadear o desenvolvimento de doenças. Além das síndromes com alterações epigenéticas clássicas, essas modificações têm sido cada vez mais relacionadas com inúmeras doenças humanas e afetam diferentes tecidos corporais, como em doenças neurodegererativas, autoimune, cardiovasculares, entre outras. A importância dos processos epigenéticos tem sido fortemente enfatizada pelo crescente número de trabalhos relatando falhas tanto nos processos de metilação DNA quanto de modificações de histona em diversos tipos tumorais. Sendo o câncer uma doença genética e epigenética, têm sido descritas alterações epigenéticas em praticamente todos os tipos tumorais, entre eles, câncer de colón, endométrio, hepáticos, do sistema nervoso, de mama, esôfago, bexiga, de pele, leucemias, etc. CONCLUSÃO Com base nesta revisão bibliográfica, pode-se entender que a epigenética é um fenômeno que ocorre naturalmente no organismo, mas também pode ser influenciada por vários fatores, incluindo a idade, o meio ambiente, estilo de vida, estado de uma doença e pela influência de agentes químicos. Pode-se compreender que os agentes químicos influenciam no surgimento de várias doenças comuns. Já o surgimento do câncer pode ser favorecido por mutações no DNA provocadas pela presença de algumas substâncias em determinados alimentos. Agentes químicos encontrados no ambiente, como gases produzidos pelos motores dos veículos à combustão que contêm diversos poluentes sabidamente genotóxicos, também podem causar efeito danoso ao organismo como o câncer de pulmão, que demostrou ter alta prevalência em áreas urbanas, em que a população está exposta a esses poluentes. Uma das principais consequências das alterações epigenéticas é sem dúvida o desenvolvimento de câncer pois evidenciou-se que muitas falhas na metilação do DNA e nas modificações de histonas estão associadas ao surgimento de diversos tipos tumorais, entre eles o câncer de colón, endométrio, hepáticos, do sistema nervoso, de mama, esôfago, bexiga, de pele, leucemias, entre outros. O estudo acerca de epigenética pode ajudar a compreender o desenvolvimento de diversas doenças, inclusive o câncer, e evoluir para descobertas de terapias de tratamento e prevenção. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALMEIDA, M. I.; REIS, R. M.; CALIN, G. A. MicroRNA history: discovery, recent applications, and next frontiers. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 2011.

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BAEV V, DASKALOVA E, MINKOV I. Computational identification of novel microRNA homologs in the chimpanzee genome. Comput Biol Chem., 33:62-70, 2009. DUPONT, C.; ARMANT, D. R.; BRENNER, C. A. Epigenetics: definition, mechanisms and clinical perspective. Semin Reprod Med, v. 27, n. 5, p. 351-7, Sep 2009. EGLEN, R. M.; REISINE, T. Screening for compunds that modulate epigenetic regulation of the transcriptome: an overview. Journal of Biomolecular Screening. New York, v.16, n. 10, p.1137-1152. 2011. GILBERT, S. F. Ageing and cancer as diseases of epigenesis. Journal of biosciences, Karnataka, v. 34, n. 4, p. 601-604, 2009. HA, T. Y. MicroRNAs in Human Diseases: From Lung, Liver and Kidney Diseases to Infectious Disease, Sickle Cell Disease and Endometrium Disease. Immune Network, v. 11, n. 6, p. 309, 2011. HEIKKINEN L, ASIKAINEN S, WONG G. Identification of phylogenetically conserved sequence motifs in microRNA 5' flanking sites from C. elegans and C. briggsae. BMC Mol Biol., 9:105, 2008. JINTARIDTH, P.; MUTIRANGURA, A. Distinctive patterns of age-dependent hypomethylation in interspersed repetitive sequences. Physiological Genomics, Bethesda, v. 41, p. 194-200, 2010. LOU, J.; CHU, G.; ZHOU, G.; JIANG, J.; HUANG, F.; XU, J.; ZHENG, S.; CHEN, Z.; JIANG, W.; LU, Y.; LI, X.; HE, J. Assessing cytogenotoxicity of cigarette smoke condensates using three in vitro assays. Mutation Research, Amsterdam, v. 677, n.1-2, p. 21-26, 2009. SONG, Y.; WU, K.; DHAUBHADEL, S.; AN, L.; TIAN, L. Arabidopsis DNA methyltransferase AtDNMT2 associates with histone deacetylase AtHD2s activity. Biochemical and biophysical research communications, San Diego, v. 396, n. 2, p. 187-192, 2010.