INATIVAÇÃO DO CROMOSSOMO X Metilação como evento regulatório João Rafael Victor Schmitt João...
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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)