INATIVAÇÃO DO CROMOSSOMO X Metilação como evento regulatório Cássio Santos Cromossomo x representa 5% do genoma Mulheres tem 2 cromossomos x e homens tem 1 cromossomo x Mulher tem o dobro expressão gênica do cromossomo X

Introdução Mecanismo normal Mulheres normais Início durante vida embrionária. X inativo Corpúsculo de Barr. Não ocorre em homens;

Número de corpúsculos de Barr= nº de cromossomos X por célula - 1 Corpúsculo de Barr

Hipótese de Lyon

Hipótese de Lyon Células femininas de mamíferos placentários apresentam apenas um cromossomo X transcricionalmente ativo. Compensação de dose: Iguala expressão de genes ligados ao X em ambos os sexos

Processo de Inativação do X 1. Determinação randômica (aleatória) de inativação: Tanto o X materno quanto o X paterno podem sofrer inativação. Processo que ocorre na vida embrionária (13° - 16° dias - blastocisto) 2. Manutenção do padrão de inativação (fixado): Todas as células descendentes de uma mesma célula, mantém o mesmo cromossomo inativado. Processo que ocorre na vida embrionária (13° - 16° dias - blastocisto) 1. mesma probabilidade de serem escolhidos 1. processo estável, mas em casos raros pode ocorrer um tipo preferencial de inativação

Mosaicismo Somático Mulheres possuem duas populações celulares distintas em relação ao cromossomo X. Ex: Pelagem malhada dos gatos Alelo p/ pelagem preta de um X e alelo p/ pelagem amarela em outro X Branco é autossômico

Processo de Inativação do X Xic (centro de inativação do X): Organiza a iniciação e a propagação do processo Encontra-se em Xq13 Contém o gene XIST

XIST Transcrito específico do X inativo Expresso apenas pelo alelo do X inativo Essencial para a função do Xic na iniciação da inativação Na ausência do XIST não há inativação Produto do XIST: RNAm não-codificante, que fica associado ao X inativo 2. transcricionalmente silencioso no X ativo tanto feminino quanto masculino 3. mas não é capaz de manter esse processo 4. RNA é transcrito mas não é traduzido 4. formação do complexo RNA de XIST/Corpúsculo de Barr

Expressão do XIST Determina o silenciamento dos outros genes do cromossomo X Tsix: região presente no XIC, que regula o gene XIST Xce: age na escolha de qual cromossomo X permanecerá ativo 1. XIST não age sozinho na iniciação da inativação, sofre influência de outros genes

Manutenção da Inativação do X XIST é essencial na iniciação da inativação, mas não é capaz de manter esse processo Para que os genes inativados pelo XIST sejam assim mantidos, eles sofrem um processo de metilação

Epigenética A herança das informações com base na expressão do gene e não na seqüência de bases do DNA É o estudo das mudanças funcionais dos genes que são mitótica ou meioticamente herdáveis, mas não ocasionam uma mudança na seqüência do DNA. Ao contrario das alterações cromossômicas estruturais, na qual há variação na expressão dos genes por mudanças na seqüência do DNA

Compactação da Cromatina Relação inversa entre compactação e transcrição Acetilação: contribui para a descondensação Metilação: contribui para a condensação Etapa inicial do controle da expressão gênica 1. quanto mais condensada a cromatina, menos acessível a fatores de transcrição

Cromatina Ativa Cromatina Inativa Acetilação de Histonas Histonas acetiladas Histonas desacetiladas Metilação do DNA Não-metilado Metilado

Cromatina Inativa Metilado Cromatina Ativa Acetilação de Histonas Histonas acetiladas Histonas desacetiladas Metilação do DNA Não-metilado Metilado

Metilação Processo primariamente normal de inativação de diversos tipos de genes. Feito nas citosinas do DNA pela enzima DNA metiltransferase, sendo restrita ao dinucleotídeo CpG. Algumas histonas também participam do processo de manutenção da inativação associadas a metilação.

Metilação - Acetilação

A metilação também está relacionada com a expressão do XIST Cromossomo X ativo XIST hipermetilado Ausência de expressão

Genes que escapam à inativação Cerca de 25% dos genes escapam da inativação e expressam-se pelos cromossomos X ativo e inativo 15% encontram-se ativos em de todas as células 10 % encontram-se ativos apenas em alguns grupos de células Maioria estão em Xp Cerca de 16 genes escapam da inativação 12 deles tem homólogos no cromossomo Y

Síndrome de Turner Se todos os genes do X inativado estivessem metilados , esses pacientes não teriam nenhuma característica clínica diferente da população normal. Monossomia do X (45,x_) Baixa estatura, pescoço alado, deficit neuromotor

Falha na inativação do X Em células embrionárias após o 13º-16º dia, a não inativação de um dos cromossomos X é um evento letal. Em células somáticas é um evento raro, podendo ocorrer em células normais ou neoplásicas.

Inativação não-aleatória do X LYONIZAÇÃO SELETIVA: Inativação preferencialmente do cromossomomo X que tem uma mutação. Efeito benéfico Anomalias do X são melhores toleradas que as anomalias similares dos autossomos. Exceções a normalidade, casos raros

LYONIZAÇÃO NEGATIVA: Inativação preferencial do cromossomo X normal, permanecendo o X mutado na maioria dos cromossomos X ativos. Efeito negativo Heterozigotas desenvolvem doenças recessivas ligadas ao X (Hemofilia , Distrofia Muscular de Duchenne, Daltonismo) – (Heterozigotas manifestantes)

Fenótipo desde normal até amplamente afetado. Inativação não aleatória gera expressividade variável de doenças ligadas ao cromossomo X em mulheres heterozigotas. Fenótipo desde normal até amplamente afetado. dependendo da porcentagem de X ativo alterado e de X ativo não alterado por mutação, translocação ou doença recessiva ligada ao X.

GAMETOGÊNESE Reativação do cromossomo X previamente inativado na oocitogênese Enzima 5-azacitidina inibe a metilação da citosina Expressão do gene XIST diminui Reativação do X é fundamental para a manutenção da vida cada gameta formado possua o seu cromossomo X ativo 4. embriões masculinos não sobreviveriam, pq pelo menos um X deve ser ativo para que o embrião se desenvolva.

Evolução Inativação do X por imprinting: mamíferos primitivos Inativação aleatória do X: mamíferos placentários

Evolução Força evolutiva por trás da inativação aleatória do X Hemizigotos (machos) são mais propensos a efeitos adversos do X mutante Inativação aleatória do X é uma vantagem seletiva Fêmeas obtiveram um benefício na proteção contra potenciais mutações K Ng et al; Xist and the order of silencing; EMBO reports VOL 8, N°1, 2007

Retomando – Inativação do X Mecanismo normal em mulheres Hipótese de Lyon – compensação de dose Aleatório e fixo XIST – essencial na inativação do X Manutenção: METILAÇÃO Alterações na inativação aleatória (escape, falha, não-aleatória) Reversibilidade - gametogênese

Inativação do X Expressão/silenciamento Ç Ã O E X P R S Ã O XIST Metilação XIST Cromossomo Inativo Cromossomo Ativo