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Mecanismos epigeneticos da regulacao genica Alteracao da expressao genica sem alteracoes na sequencia de DNA alteracoes epigeneticas que afetam propriedades.

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1 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

2 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 uma planta

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4 Imprinting: a expressao de certos alelos edifere dependendo da origem do gameta Exs: 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

5 Interacao alelica: a expressao de um alelo em um heterozigoto e alterada na presenca de outro; herdavel atraves da meiose Alelo B(booster): B-I: pigmentacao forte; B: pigmentacao fraca B-I: mesmo gene: heterozigot transmite somente o alelo B B: transcricao 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

6 Mecanismo epigenetico 3: silenciamento Deteccao; plantas trangenicas; Arabidopsis, Petunia e tabaco Repeticao da presenca de genes :::: silenciamento de outras sequencias Silenciamento em cis; silenciamento em trans Estrutura ou organizacao do cromossoma como causa do silenciamento Petunia mutata: sem cor: introducao gene A1 do milho: copia simples: pigmentada Mas, 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.

7 Mecanismo epigenetico 4: co-supressao Transgene 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 em outra planta contaminada com outro virus; silenciamento de outro virus: transmissao do sinal por toda a planta: efeito a nivel postranscripcional.

8 Mecanismos da variacao epigenetica: metilacao do DNA Mudancas no posicionamento do nucleossoma Mudancas no empacotamento dos nucleossomas Modificacoes covalente do nucleossoma Metilacao: 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

9 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

10 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 Hibrido F1 Autopoliploide Alopoliploide Diferencas no numero de cormossomas ou organiza;ao Inicio da formacao de um poliploide: choque: podem romper o pareamento e distribuicao : duplicacao dos cromossomas

11 Modelo explicativo do silenciamento em poliploides

12 Causas potencias da origem da variabilidade em poliploides

13 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 RNA aberrante Promotor 1 Promotor 2 Sinal difusivel: RNA

14 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

15 Estrategia de selecao de mutacoes que afetam as mudancas epigeneticas em PAI metilacoes [ ]X Planta transgenica utilizado na selecao genetica 1 0 mutante isolado 2 0 mutante isolado metilacao reducao na fluorescencia Nivel de metilacao = reostato controle do nivel de expressao genica intermediario fluorescente Reacao catalizada pela enzima PAITriptofano ………. Unica sequencia PAI que pode ser expressa no cromossoma 1 foi mutada Met1 e CMT3: codificam para duas diferentes metil-transferases deDNA

16 Selecao 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 1 a defesa para superar este problema: selecionar planta transgenica com copia unica Plantas antisenso para MET1; reducao em 30% no nivel de metilacao Hipermetilacao do gene SUPERMAN Hipermetilacao do gene SUPERMAN e do gene AG

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18 Genes do florescimento precoce: genes silenciadores epigeneticos ou repressores epigeneticos Genes do florescimento precoce: genes de proteinas associadas a cromatina

19 Mutantes tfl2, emf, : florescem precocemente, florescem sob DC, flor terminal, proteinas de reserva da semente sao expressas antes 35S:TFL1 4 sepalas nova influorescencia 35S:EMF1 + DL duas folhas caulinares flor terminal (2 siliquas) novo broto terminal 35S:EMF1 + DC flores e brotos originados na mesma regiao Importancia da remodelagem da cromatina no controle da expressao genica e dos processos de desenvolvimento Pouco compeendido como esses fatores de remodelagem da cromatina funcionam em plantas

20 Fatores epigeneticos controlando o desenvolvimento da semente

21 Box 1. A guide to 21–25nt RNAs. Short interfering (si)RNA Double stranded with 3 overhangs of two nucleotides Perfectly complementary to target RNA Directs endonucleolytic cleavage Precursor: Perfect or nearly perfect RNA duplex Chromosomal or cytoplasmic 25 base pairs in length Micro (mi)RNA Single stranded Partially complementary to target RNA Unknown mechanism of action Often conserved between species or even across phyla Precursor: Bulged, partially double-stranded RNA Chromosomal (IGR) 70 nucleotides in length Short temporal (st)RNA Single stranded Partially complementary to target RNA Inhibits translation initiation Highly conserved between species and across phyla Precursor: Bulged, partially double-stranded RNA Chromosomal (IGR) 70 nucleotides in length

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