Mecanismos epigeneticos da regulacao genica

Alteracao da expressao genica sem alteracoes na sequencia de DNA

alteracoes epigeneticas que afetam propriedades de pigmentacao

permanecem apos a meiose x nao permanecem apos a meiose

Mudancas epigeneneticas tipicas das plantas: tiipicamente apagadas na meiose

PGTS (post-transcriptional gene silencing mechanisms):primeiramente descoberto em plantas

Primeiro gene regulatorio para PGTS foi descoberto em Neurospora

PGTS: um poderoso meio para manipular a expressao em sistemas animais::RNAi

PGTS: mais conhecido em Drosophila e levedura (Saccharomyces)

Plantas usam as mudancas epigeneticas para se adaptar a mudancas genomicas ou ambientais::flexibilidade

Essa flexibilidade: provavel bae para a reprogramacao dos estagios de desenvol-vimento que permitem uma celula somatica a ser propagada e regenerada em umaplanta

Imprinting: a expressao de certos alelos edifere dependendo da origem do gametaExs: mamiferos, fungos e plantas

endosperma triploide de sementes milho:

bom nivel de expressao quando transmitito pelo ovulo ::cor solida da semente

alelos r (red):

baixo nivel de expressao quando transmitido pelo polem ::cor variegada:

Mecanismo epigenetico 1: imprinting

exigem a transmissao paterna para garantir o desenvolvimento do endosperma

Interacao alelica: a expressao de um alelo em um heterozigoto e alterada napresenca de outro; herdavel atraves da meioseAlelo B(booster): B-I: pigmentacao forte; B’: pigmentacao fraca

B-I: mesmo gene: heterozigot transmite somente o alelo B’B’: transcricao 10-20 vezes menor

Alelo Pl; forte pigmentacao das anteras; Pl’: cor variegada

PI e P’: mesmo gene: heterozigoto transmite somente o alelo P’

Mecanismo epigenetico 2: paramutacao

Mecanismo epigenetico 3: silenciamento

Deteccao; plantas trangenicas; Arabidopsis, Petunia e tabacoRepeticao da presenca de genes :::: silenciamento de outras sequencias

Silenciamento em cis; silenciamento em transEstrutura ou organizacao do cromossoma como causa do silenciamento

Petunia mutata: sem cor: introducao gene A1 do milho: copia simples: pigmentadaMas, uma unica copia A1: transcricao silenciada: perda do pigmento: variegado: o gene silenciado

gene silenciado A1 pode induzir silenciamento epigenetico de outro gene A1 novo,somente quando esse gene A1 expresso ‘e inserido proximo do primeiro.

Mecanismo epigenetico 4: co-supressaoTransgene pode induzir o silenciamento de um gene endogeno e homologo:fig.7.54

Experiencia da sobre-expressao da chalcone sintase

Co-supressao nao leva a uma mudanca herdavel geneticamente: atividade endogena e restabelecida quando ocorre a segregacao do transgene

Silenciamento de viroides: enxerto de planta contaminada por um virus emoutra planta contaminada com outro virus; silenciamento de outro virus: transmiss’aodo sinal por toda a planta: efeito a nivel postranscripcional.

Mecanismos da variacao epigenetica: metilacao do DNA

Mudancas no posicionamento do nucleossomaMudancas no empacotamento dos nucleossomasModificacoes covalente do nucleossomaMetilacao: mecanismo mais connhecido

Metilacao: mecanismos para garantir a heranca mitotica ou meiotica de padroes especifico de metilacao.

DNA-metil transferase; preferencia pelo motivo CpG ou Cp

TGA (transcriptional gene silencing) pela metilacao: afeta a transcricao

PTGA (post-transcriptional gene silencing) pela metilacao: nao afeta a transcricao

ddm1: afeta o reconhecimento da metilacao

met1: afeta a metilacao

mom1: TGS independente da metilacao

Eventos epigeneticos na poliploidizacao (70% angiosperma; 95% pteridofitas)

- silenciamento genes duplicados; - reduzir “infidelidade” cromossomal

Autopoliploidia; oportunidade para alterar a expressao genica (silenciamento), e criar um tampao contra o efeito de mutacoes deleterias

Vantagens dos alopoliploides: manter a natureza h[ibrida indefinidamente

Mudancas durante o estabelecimento da um autopoliploide; eliminacao de sequencias de DNA, expansao heterocromatina, rnslocacao reciproca de segmentos de cromossomas: ajudam diferenciar os cromossomas homologos dos homeologos

Silenciamento nos alopoliploides: metilacao: uso do aza-dC

Duplicacao genica

Duplicacao genica

HibridoF1

AutopoliploideAutopoliploide

AlopoliploideAlopoliploide

Diferencas no numero de cormossomas ou organiza;ao

Inicio da formacao de um poliploide: “choque”:

podem romper o pareamento e distribuicao

: duplicacao dos cromossomas

Modelo explicativo do silenciamento em poliploidesModelo explicativo do silenciamento em poliploides

Causas potencias da origem da variabilidade em poliploides

DNA metilado: proteinas ligantes ao DNA metilado enzimas modificadoras das histonas

fatores remodeladores da cromatina

Mecanismo da paramutacao;

Mecanismo 1

Interacao dos cromossomas Transferencia direta de elementos da cromatina

Mecanismo 2

formacao da heterocromatina

RNAaberrante

Promotor 1

Promotor 2

Sinal difusivel: RNA

Citosinas metiladas podem ser mantidas na replicacao

Mutantes com alteracoes no mecanismo epigenetico da regulacao genica

Milho: mop1: mediator of paramutation 1: bloqueia a paramutacao do gene B e de outros pigmentos

Introducao de novos genes PAI nao metilados tornam-se metilados

ambos genes PAI tornam-se entao metilados

Arabidopsis: o caso dos genes PAI: sintese triptofano:

so 2genes, em 2 cromos.

PAI: Phosphoribosilanathranilate isomerase

Estrategia de selecao de mutacoes que afetam as mudancas epigeneticas em PAIEstrategia de selecao de mutacoes que afetam as mudancas epigeneticas em PAI

metilacoes

[ ] XXPlanta transgenica

utilizado na selecao genetica

10 mutante isolado

20 mutante isolado

metilacaoreducao nafluorescencia

Nivel de metilacao = reostatoNivel de metilacao = reostato

controle do nivel de controle do nivel de expressao genicaexpressao genica

intermediario fluorescenteReacao catalizada pela enzima PAI

TriptofanoTriptofano……….

Unica sequencia PAI que pode ser expressa no

cromossoma 1 foi mutada

Met1 e CMT3: codificam paraduas diferentes

metil-transferases deDNA

Selecao de mutacoes que afetam o controle das alteracoes epigeneticasSelecao de mutacoes que afetam o controle das alteracoes epigeneticas

ddm1: mutacao no gene (SNW/SNF2) para o fator de remodelacao da cromatina;

Mamiferos mudancas na estrutura da cromatina devem anteceder a metilacao

Sem fenotipo visivel; autofecundacao: progenia anormal::desestabilizacao da programacao epigenetica

paradoxo? reduzido nivel de metilacao :: nova metilacao e silenciamento de genes que sao normalmente expressos e nao metilados (SUPERMAN): flores anormais

Problema para a obtencao de plantas transgenicas: - subito silenciamento do transgenes

1a defesa para superar este problema: selecionar planta transgenica com copia unica

Plantas antisenso para MET1;reducao em 30% no nivel de metilacao

Hipermetilacaodo gene SUPERMAN

Hipermetilacaodo gene SUPERMAN

e do gene AG

Genes do florescimento precoce: genes silenciadores epigeneticos ou repressores epigeneticos

Genes do florescimento precoce: genes de proteinas associadas a cromatina

Mutantes tfl2, emf, : florescem precocemente, florescem sob DC, flor terminal,proteinas de reserva da semente sao expressas antes

35S:TFL135S:TFL1

4 sepalasnova influorescencia

35S:EMF1 + DL35S:EMF1 + DL

duas folhas caulinaresflor terminal (2 siliquas)

novo broto terminal

35S:EMF1 + DC35S:EMF1 + DC

flores e brotosoriginados na mesma

regiao

Importancia da remodelagem da cromatina no controle da expressao genicae dos processos de desenvolvimento

Pouco compeendido como esses fatores de remodelagem da cromatina funcionam em plantas

Fatores epigeneticos controlando o desenvolvimento da semente

Box 1. A guide to 21–25nt RNAs.Short interfering (si)RNADouble stranded with 3 overhangs of two nucleotidesPerfectly complementary to target RNADirects endonucleolytic cleavagePrecursor:Perfect or nearly perfect RNA duplexChromosomal or cytoplasmic25 base pairs in lengthMicro (mi)RNASingle strandedPartially complementary to target RNAUnknown mechanism of actionOften conserved between species or even across phylaPrecursor:Bulged, partially double-stranded RNAChromosomal (IGR)70 nucleotides in lengthShort temporal (st)RNASingle strandedPartially complementary to target RNAInhibits translation initiationHighly conserved between species and across phylaPrecursor:Bulged, partially double-stranded RNAChromosomal (IGR)70 nucleotides in length