INATIVAÇÃO DO INATIVAÇÃO DO CROMOSSOMO CROMOSSOMO

XXMetilação como evento regulatórioMetilação como evento regulatório

João Rafael Victor SchmittJoão Rafael Victor SchmittBaseado no seminário de Cássio SantosBaseado no seminário de Cássio Santos

Diferenciação Citológica Diferenciação Citológica entre Machos e Fêmeasentre Machos e Fêmeas

• 1921: células masculinas e femininas 1921: células masculinas e femininas com cromossomos sexuais distintos;com cromossomos sexuais distintos;

• 1949: descoberta de massa de 1949: descoberta de massa de cromatina nas células interfásicas por cromatina nas células interfásicas por Barr e Bertram;Barr e Bertram;

• Cromatina sexual: presente nas Cromatina sexual: presente nas femininas e ausentes na masculinas: femininas e ausentes na masculinas: Cromatina Sexual ou Corpúsculo Cromatina Sexual ou Corpúsculo de Barrde Barr;;

Por que a monossomia Por que a monossomia do X causa as alterações do X causa as alterações fenotípicas fenotípicas características da características da Síndrome de Turner??Síndrome de Turner??

Inativaçao do X: IntroduçãoInativaçao do X: Introdução

Mecanismo normalMecanismo normal

Mulheres normaisMulheres normais

Início durante vida embrionária.Início durante vida embrionária.

X inativo Corpúsculo de Barr.X inativo Corpúsculo de Barr.

Número de corpúsculos de Número de corpúsculos de Barr=Barr=

nº de cromossomos X por nº de cromossomos X por célula - 1célula - 1

Corpúsculo de Barr

Hipótese de LyonHipótese de Lyon

Hipótese de LyonHipótese de Lyon

Células femininas de mamíferos Células femininas de mamíferos placentários apresentam apenas um placentários apresentam apenas um cromossomo X transcricionalmente cromossomo X transcricionalmente ativo.ativo.

Compensação de dose: Compensação de dose: Iguala Iguala expressão de genes ligados ao X em expressão de genes ligados ao X em ambos os sexosambos os sexos

Processo de Inativação do XProcesso de Inativação do X

1. 1. Determinação randômica (aleatória) do Determinação randômica (aleatória) do padrão de inativação:padrão de inativação:

Tanto o X materno quanto o X paterno podem Tanto o X materno quanto o X paterno podem sofrer inativação.sofrer inativação.

Processo que ocorre na vida embrionária (13° - Processo que ocorre na vida embrionária (13° - 16° dias - blastocisto)16° dias - blastocisto)

2. 2. Manutenção do padrão de inativação Manutenção do padrão de inativação (fixado):(fixado):

Todas as células descendentes de uma mesma Todas as células descendentes de uma mesma célula, mantém o mesmo cromossomo célula, mantém o mesmo cromossomo inativado.inativado.

Mosaicismo SomáticoMosaicismo Somático

Mulheres Mulheres possuem duas possuem duas populações populações celulares distintas celulares distintas em relação ao em relação ao cromossomo X.cromossomo X.

Ex: Pelagem Ex: Pelagem malhada dos malhada dos gatosgatos

Processo de Inativação do XProcesso de Inativação do X

Xic (centro de inativação do X):Xic (centro de inativação do X):

Organiza a iniciação e a Organiza a iniciação e a

propagação do processopropagação do processo

Encontra-se em Xq13Encontra-se em Xq13

Contém o gene XISTContém o gene XIST

XISTXIST

Transcrito específico do X inativoTranscrito específico do X inativo Expresso apenas pelo alelo do X inativoExpresso apenas pelo alelo do X inativo Essencial para a função do Xic na Essencial para a função do Xic na

iniciação da inativaçãoiniciação da inativação Na ausência do XIST não há inativaçãoNa ausência do XIST não há inativação Produto do XIST: RNAm não-codificante, Produto do XIST: RNAm não-codificante,

que fica associado ao X inativoque fica associado ao X inativo

Expressão do XISTExpressão do XIST

Determina o silenciamento dos Determina o silenciamento dos

outros genes do cromossomo Xoutros genes do cromossomo X

Tsix:Tsix: região presente no XIC, que região presente no XIC, que

regula o gene XISTregula o gene XIST

Xce:Xce: age na escolha de qual age na escolha de qual

cromossomo X permanecerá ativocromossomo X permanecerá ativo

Manutenção da Inativação Manutenção da Inativação do Xdo X

XIST é essencial na iniciação da XIST é essencial na iniciação da

inativação, mas não é capaz de manter inativação, mas não é capaz de manter

esse processoesse processo

Para que os genes inativados pelo XIST Para que os genes inativados pelo XIST

sejam assim mantidos, eles sofrem um sejam assim mantidos, eles sofrem um

processo de processo de metilaçãometilação

EpigenéticaEpigenética

A herança das informações com A herança das informações com

base na expressão do gene e não base na expressão do gene e não

na seqüência de bases do DNAna seqüência de bases do DNA

Compactação da CromatinaCompactação da Cromatina

Relação inversa entre Relação inversa entre compactação e transcrição compactação e transcrição

Acetilação: contribui para a Acetilação: contribui para a descondensaçãodescondensação

Metilação: contribui para a Metilação: contribui para a condensaçãocondensação

Cromatina Cromatina AtivaAtiva

Cromatina Cromatina InativaInativa

Acetilação Acetilação de Histonasde Histonas

Histonas Histonas acetiladasacetiladas

Histonas Histonas desacetiladasdesacetiladas

Metilação Metilação do DNAdo DNA

Não-Não-metiladometilado

Metilado Metilado

Cromatina Cromatina AtivaAtiva

Cromatina Cromatina InativaInativa

Acetilação Acetilação de Histonasde Histonas

Histonas Histonas acetiladasacetiladas

Histonas Histonas desacetiladasdesacetiladas

Metilação Metilação do DNAdo DNA

Não-Não-metiladometilado

MetiladoMetilado

MetilaçãoMetilação

Processo primariamente normal de Processo primariamente normal de inativação de diversos tipos de genes.inativação de diversos tipos de genes.

Feito nas citosinas do DNA pela Feito nas citosinas do DNA pela enzima enzima DNA metiltransferaseDNA metiltransferase, sendo , sendo restrita ao dinucleotídeo CpG.restrita ao dinucleotídeo CpG.

Algumas histonas também participam Algumas histonas também participam do processo de manutenção da do processo de manutenção da inativação associadas a metilação.inativação associadas a metilação.

Metilação - AcetilaçãoMetilação - Acetilação

A metilação também está A metilação também está relacionada com a expressão do relacionada com a expressão do XISTXIST

Cromossomo X ativo Cromossomo X ativo

XIST hipermetiladoXIST hipermetilado

Ausência de expressãoAusência de expressão

Genes que escapam à Genes que escapam à inativaçãoinativação

Cerca de Cerca de 25%25% dos genes escapam dos genes escapam da inativação e expressam-se da inativação e expressam-se pelos cromossomos X ativo e pelos cromossomos X ativo e inativoinativo

15% encontram-se ativos em de 15% encontram-se ativos em de todas as célulastodas as células

10 % encontram-se ativos apenas 10 % encontram-se ativos apenas em alguns grupos de célulasem alguns grupos de células

Maioria estão em XpMaioria estão em Xp

The DNA sequence of the human X chromosomeThe DNA sequence of the human X chromosome NatureNature 434434, 325-337 (17 March 2005), 325-337 (17 March 2005)

Síndrome de TurnerSíndrome de Turner

Se todos os genes do Se todos os genes do X inativado X inativado estivessem estivessem metilados , esses metilados , esses pacientes não teriam pacientes não teriam nenhuma nenhuma característica clínica característica clínica diferente dadiferente da população população normal.normal.

Falha na inativação do XFalha na inativação do X

Em células embrionárias após o Em células embrionárias após o 13º-16º dia, a não inativação de 13º-16º dia, a não inativação de um dos cromossomos X é um um dos cromossomos X é um evento evento letalletal..

Em células somáticas é um evento Em células somáticas é um evento raro, podendo ocorrer em células raro, podendo ocorrer em células normais ou neoplásicas.normais ou neoplásicas.

Inativação não-aleatória do X Inativação não-aleatória do X

1)1) LYONIZAÇÃO SELETIVA:LYONIZAÇÃO SELETIVA: Inativação preferencialmente do Inativação preferencialmente do

cromossomomo X que tem uma cromossomomo X que tem uma mutação. mutação.

Efeito benéficoEfeito benéfico Anomalias do X são melhores Anomalias do X são melhores

toleradas que as anomalias toleradas que as anomalias similares dos autossomos.similares dos autossomos.

2)2) LYONIZAÇÃO NEGATIVA:LYONIZAÇÃO NEGATIVA: Inativação preferencial do Inativação preferencial do

cromossomo X normal, cromossomo X normal, permanecendo o X mutado na permanecendo o X mutado na maioria dos cromossomos X ativos. maioria dos cromossomos X ativos.

Efeito negativoEfeito negativo Heterozigotas desenvolvem Heterozigotas desenvolvem

doenças recessivas ligadas ao X doenças recessivas ligadas ao X ((Hemofilia , Distrofia Muscular de Hemofilia , Distrofia Muscular de Duchenne, Daltonismo) – Duchenne, Daltonismo) – ((Heterozigotas manifestantes)Heterozigotas manifestantes)

Inativação não aleatória gera Inativação não aleatória gera expressividade variável de expressividade variável de doenças ligadas ao cromossomo doenças ligadas ao cromossomo X em mulheres heterozigotas. X em mulheres heterozigotas.

Fenótipo desde normal até Fenótipo desde normal até amplamente afetado.amplamente afetado.

GAMETOGÊNESEGAMETOGÊNESE

Reativação do cromossomo X Reativação do cromossomo X previamente inativado na previamente inativado na oocitogêneseoocitogênese

Enzima Enzima 5-azacitidina5-azacitidina inibe a inibe a metilação da citosina metilação da citosina

Expressão do gene XIST diminuiExpressão do gene XIST diminui Reativação do X é fundamental para Reativação do X é fundamental para

a manutenção da vidaa manutenção da vida

EvoluçãoEvolução

Inativação do X Inativação do X por imprinting: por imprinting: mamíferos mamíferos primitivosprimitivos

Inativação Inativação aleatória do X: aleatória do X: mamíferos mamíferos placentáriosplacentários

Evolução Evolução

Força evolutiva por trás da inativação Força evolutiva por trás da inativação aleatória do Xaleatória do X

Hemizigotos (machos) são mais Hemizigotos (machos) são mais propensos a efeitos adversos do X propensos a efeitos adversos do X mutantemutante

Inativação aleatória do X é uma Inativação aleatória do X é uma vantagem seletiva vantagem seletiva

Fêmeas obtiveram um benefício na Fêmeas obtiveram um benefício na proteção contra potenciais mutaçõesproteção contra potenciais mutações

K Ng et al; Xist and the order of silencing; EMBO reports VOL 8, N°1, 2007

Retomando – Inativação do Retomando – Inativação do XX

Mecanismo normal em mulheresMecanismo normal em mulheres Hipótese de Lyon – compensação de Hipótese de Lyon – compensação de

dosedose Aleatório e fixoAleatório e fixo XIST – essencial na inativação do XXIST – essencial na inativação do X Manutenção: METILAÇÃOManutenção: METILAÇÃO Alterações na inativação aleatória Alterações na inativação aleatória

(escape, falha, não-aleatória)(escape, falha, não-aleatória)

Reversibilidade - gametogêneseReversibilidade - gametogênese

Inativação do X Inativação do X Expressão/silenciamentoExpressão/silenciamento

XISTMETILAÇÃO

CromossomoInativo

CromossomoAtivo

EXPRESSÃO

XIST

Metilação

a, 624 genes were tested in nine Xi hybrids. Each gene is linearly displayed. Blue denotes significant Xi gene expression, yellow shows silenced genes, pseudoautosomal genes are purple, and untested hybrids remain white. Positions of the centromere (cen) and XIST are indicated.

b, To determine whether heterogeneity is largely a property of a specific chromosome, three independently derived hybrids from one Xi chromosome (denoted 10 a, b, c) and two hybrids carrying another Xi chromosome (11 a, b) were isolated, and results for 19 genes are shown adjacent to results for the original nine Xi chromosomes.

X-inactivation profile reveals extensive variability in X-linked gene expression in females Nature 434, 400-404 (17 March 2005)