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EPIGENÉTICA: UM NOVO CAMPO DA GENÉTICA
EPIGENETICS: A NEW GENETIC FIELD
HENRIQUE REICHMANN MULLER 1, KARIN BRAUN PRADO 2
1
 Acadêmico do Curso de Ciências Biológicas da Universidade Positivo, Curitiba -PR.
2
 Professora da Disciplina de Imunologia do Curso de Ciências Biológicas da Universidade
Positivo, Doutora em Genética pela UFPR.


RESUMO




                                                                                                               artigos  epigenética: um novo campo da genética
	        Epigenética é definida como modificações do genoma, herdável durante a divisão
celular, que não envolve uma mudança na sequência do DNA. Mecanismos epigenéticos atuam
para mudar a acessibilidade da cromatina para regulação transcricional pelas modificações do
DNA e pela modificação ou rearranjo de nucleossomos. Estes mecanismos são componentes
críticos no desenvolvimento normal e no crescimento das células. A regulação epigenética do
gene colabora com as alterações genéticas do desenvolvimento do câncer. Nesta revisão,
examinamos os princípios básicos dos mecanismos epigenéticos e suas contribuições para
o controle do ciclo celular, assim como as conseqüências clínicas dos erros epigenéticos.
Além disso, direcionamos nossa pesquisa para o uso das vias epigenéticas em ensaios para
tratamentos contra o câncer e para os resultados do Projeto Epigenoma Humano (PEH).
	        Palavras-chave: Metilação do DNA; Modificações das histonas; Ilhas CpG.


1 INTRODUÇÃO                                                  a divisão celular e que não estão relacionadas
                                                              com a mudança na sequência do DNA.
                                                                                                                                  63
	        O termo epigenética origina-se do pre-               	       Existem algumas características que
fixo grego epi, que significa “acima ou sobre                 distinguem a epigenética dos mecanismos
algo”(1) e estuda as mudanças herdadas nas                    da genética convencional: a reversibilidade,
funções dos genes, observadas na genéti-                      os efeitos de posicionamento, a habilidade
ca, mas que não alteram as sequências de                      de agir em distâncias não esperadas maio-
bases nucleotídicas da molécula de DNA(2).                    res do que um único gene.(4)
Os padrões epigenéticos são sensíveis a                       	       Existem dois mecanismos principais
modificações ambientais que podem causar                      envolvidos na epigenética: alterações nas
mudanças fenotípicas que serão transmitidas                   histonas e padrão de metilação do DNA,
aos descendentes.(1)                                          que envolve modificações na estrutura das
	        Segundo Tang e Ho(3), a epigenética é                ligações covalentes do DNA.(5) Esses meca-
definida como as mudanças herdáveis na ex-                    nismos atuam modificando a acessibilidade
pressão do gene que não alteram a sequência                   da cromatina para a regulação da trans-
do DNA, mas que são herdáveis pela mitose                     crição localmente ou globalmente, pelas
e ao longo das gerações.                                      modificações no DNA e pelas modificações
	        Feinberg(4) define a epigenética como mo-            ou rearranjos dos nucleossomos. (6) Além
dificações no genoma que são herdadas durante                 desses principais mediadores epigenéticos,


1
  Rua Prof. Pedro Viriato Parigot de Souza, 5300- Bloco Marrom- Laboratório de Genética
Campo Comprido, Curitiba- Paraná, CEP 81280-330. Tel: (41) 3317-3296
2
  E-mail: kbraun@up.edu.br




                                 RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
há também a presença de RNAs não codi-                   são dos genes. Verificamos também, como as
                                                   ficadores, que podem atuar interferindo na               modificações epigenéticas atuam na promo-
                                                   transcrição de genes.(3)                                 ção e/ou desencadeamento do câncer. Além
                                                   	       Esses mecanismos regulam funções                 disso, descrevemos algumas terapias que se
                                                   celulares cruciais como a estabilidade do geno-          utilizam do conhecimento da epigenética para
                                                   ma, a inativação do cromossomo X, o imprinting           o tratamento do câncer. Relatamos também
                                                   gênico, a reprogramação de genes não imprin-             os avanços nas pesquisas realizadas no es-
                                                   tados, e atuam no desenvolvimento da plastici-           tudo do Projeto Epigenoma Humano (PEH).
                                                   dade como as exposições a fatores endógenos
                                                   ou exógenos durante os períodos críticos, que
                                                   alteram permanentemente a estrutura e a função           2 DESENVOLVIMENTO
artigos  epigenética: um novo campo da genética




                                                   específica de sistemas de órgãos.(3)
                                                   	       Os nucleossomos e as histonas são                2.1 Mecanismos epigenéticos
                                                   estruturas associadas ao DNA com a função de
                                                   organização da cromatina. Tal organização está           	       Eventos epigenéticos incluindo a meti-
                                                   intimamente associada à expressão gênica. Mu-            lação do DNA e as modificações das histonas
                                                   danças na estrutura da cromatina influenciam a           apresentam um importante papel para o desen-
                                                   expressão dos genes, sendo que, estão inativos           volvimento normal e são cruciais para estabe-
                                                   quando a cromatina está condensada e os genes            lecer a programação correta da expressão dos
                                                   são expressos quando a cromatina estiver aberta,         genes.(11) Para melhor compreensão do leitor,
                                                   ou seja, não condensada.(7) Esses estados dinâ-          as Tabelas 1 e 2 descrevem as enzimas e as
                                                   micos da cromatina são controlados por padrões           regiões do genoma envolvidas nos mecanismos
                                                   epigenéticos reversíveis de metilação do DNA e           epigenéticos e um resumo de suas funções.
                                                   de modificações das histonas.(8)
                                                   	       A metilação do DNA é indispensável               2.1.1 Metilação do DNA
                                                   para as funções do genoma dos vertebra-
                 64                                dos e está relacionada com processos de                  	        Os padrões de metilação são estabe-
                                                   regulação gênica, estabilidade cromossô-                 lecidos e mantidos nos dinucleotídeos CpG
                                                   mica e imprinting parental. (9)                          (pares de Citosina-fosfato-Guanina) por uma
                                                   	       Existe uma forte correlação entre a              família de enzimas, as DNA metiltransferases
                                                   cromatina inativa com a metilação do DNA(10),            (DNMTs) que reconhecem os dinucleotídeos
                                                   ou seja, a metilação silencia a expressão dos            CpG hemimetilados, depois da replicação do
                                                   genes. Quando o DNA estiver hipometilado, a              DNA.(4) A metilação do DNA em células humanas
                                                   cromatina estará ativa, permitindo a transcri-           é restrita às adições covalentes do grupamento
                                                   ção dos genes. Porém, quando o DNA estiver               metil na posição 5´ do anel da citosina e também
                                                   hipermetilado a cromatina estará inativa, im-            nos dinucleotídeos CpG, em uma porção menor
                                                   pedindo a expressão dos genes.(5)                        no CpNpG.(12) As ilhas CpG são localizadas, em
                                                   	       Ao contrário do genoma, que é idêntico           sua maioria, nas regiões promotoras de genes
                                                   nos diferentes tipos celulares, o epigenoma é            e apresentam tamanho igual ou superior à 200
                                                   dinâmico e varia de uma célula para outra, pois,         pares de bases (pb) sendo que há pelo menos
                                                   o epigenoma corresponde à cromatina, às pro-             10 vezes mais metilação nessa região do que
                                                   teínas associadas e aos padrões de modifica-             em outras regiões do genoma com CpG.(9)
                                                   ções covalentes do DNA obtidos pela metilação            	        O processo de metilação é mediado, ao
                                                   e que permitem a organização e manutenção                menos, por três DNA metiltransferase (DNMT1,
                                                   dos programas de expressão dos genes.(5)                 DNMT3a, DNMT3b), que catalizam e transferem
                                                   	       Nesta revisão, analisamos os prin-               o grupamento metil da S-adenosyl-L-metionina
                                                   cipais mecanismos epigenéticos e o modo                  (doador de metil) para as bases de citosina ou
                                                   como esses atuam na regulação da expres-                 adenina na molécula de DNA.(13) Acredita-se




                                                                                   RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
Tabela 1 - Enzimas envolvidas no processo epigenético do DNA.

Nome da enzima                Abreviação                      Função                       Consequências
DNA metil-transferase         DNMT                            Catalisa a transferência     Metilação do DNA-
                                                              de grupos metil para o       silenciamento de genes
                                                              DNA
                              DNMT1                           Mantêm os padrões de
                                                              metilação normais da
                                                              célula
                              DNMT3a e DNMT3b                 Promovem uma nova
                                                              metilação no DNA,




                                                                                                                       artigos  epigenética: um novo campo da genética
                                                              principalmente nas ilhas
                                                              CpG
Histona desacetilase          HDAC                            Promove a desacetilação      Retirada de grupos
                              HDAC2                           das histonas.                acetila: inativa
                                                                                           cromatina
Demetilases de histonas:      Amino-oxigenases                Retiram o grupo metil das Retira grupos metil nas
                              dependentes de FAD:             histonas através de um histonas.
                              LSD1 e JmjC                     processo oxidativo: LSD1-
                              JHDM1 (demetilase-1             reação de oxidação com
                              de histonas contendo            liberação de formaldeído;
                              domínios de demetilação)        JmjC- reação de oxidação
                                                              com α-cetoglutarato e Fe+2
                                                              com liberação de formal-
                                                              deído.
                                                              JHDM1- demetila o amino-
                                                              ácido Lisina da posição 36
                                                              da histona H3.


                                                                                                                                          65
Histona acetil-transferase    HAT                                                          Acetilação das
                                                                                           histonas: ativação da
                                                                                           cromatina
Histona Metil-transferase     HMT                             Ex: SUV39

Fonte: Adaptação de D´Alessio A C & Szyf M. 2006.

Tabela 2 - Regiões do genoma e suas funções na epigenética.

Regiões do DNA/histona                 Siglas                                   Funções
Domínio de ligação da metilação        MBD                                      Local de ligação das proteínas liga-
                                                                                doras de DNA metilado, ex; MeCp2
                                                                                e recruta proteínas modificadoras
                                                                                de histona para os genes metilados.

                                       MBD2                                     MBD2- demetila DNA “in vitro” e “in
                                                                                vivo”. Tem ação em genes demetila-
                                                                                dos endogenamente.

Membro do complexo multiproteico EZH2                                           Recrutamento de DNMTs e localizar
policomb PRC2                                                                   no DNA o ponto de metilação.
Fonte: D´Alessio A C & Szyf M. 2006.




                                RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
que os padrões de metilação do DNA são re-                com a cromatina ativa, acetilada e o DNA
                                                   lativamente baixos durante o desenvolvimento              hipermetilado é associado com a cromatina
                                                   da célula e são realizados pelas DNMT3a e                 inativa, isto é, hipoacetilada.(5)
                                                   DNMT3b, que catalizam a metilação de novo,
                                                   principalmente nas ilhas CpG.(14) Esses padrões           2.1.2 Modificações nas histonas
                                                   são mantidos nas células somáticas ao serem
                                                   copiados para as células-filhas pela DNMT1,               	       O DNA nuclear encontra-se associado
                                                   que replica os padrões de metilação de ge-                às proteínas histonas. Ambos encontram-se
                                                   rações parentais metiladas para as gerações               sob a forma da estrutura básica de conden-
                                                   seguintes ainda não metiladas.(15)                        sação do DNA, o nucleossomo. Este(20) é a
                                                   	         A metilação do DNA interfere na expres-         unidade básica da cromatina e é composto
artigos  epigenética: um novo campo da genética




                                                   são dos genes por meio de mecanismos diretos              por dois complexos idênticos, cada um cons-
                                                   e indiretos. Primeiro, a metilação de ilhas CpG           tituído de 4 proteínas histonas, que formam
                                                   presentes nas regiões promotoras dos genes                um octâmero. As proteínas histonas presentes
                                                   impede diretamente, através de uma barreira               em cada nucleossomo são: a H2A, H2B, H3
                                                   física, o seu reconhecimento pelos fatores de             e H4.(21) Duas voltas da molécula de DNA
                                                   transcrição, resultando na inativação do gene.            incorporam-se a esta estrutura, que tem tam-
                                                   (16,17)
                                                           Segundo, a metilação ocorre em uma re-            bém a proteína histona H1 associada ao DNA,
                                                   gião que apresenta domínios de ligação para               contribuindo para sua condensação.
                                                   a metilação (MBD), que se localiza ao redor               	       As modificações das histonas regu-
                                                   de um sítio de regulação da transcrição e atrai           lam as funções da cromatina alterando a
                                                   de forma indireta as proteínas de domínio de              acessibilidade do DNA aos diferentes fato-
                                                   ligação de metilação, como as MeCp2, que                  res que atuam em trans, como as enzimas
                                                   recrutam correpressores e desacetilases de                de transcrição, ou pelo recrutamento de
                                                   histonas (HDACs) inativando a configuração da             proteínas específicas que reconhecem as
                                                   cromatina ao redor do gene, desligando-o.(18,19)          modificações ocorridas nas histonas.(22)
                 66                                	         As ilhas CpG são alvos de proteínas             	       Acredita-se que a acetilação das histonas
                                                   que se combinam com os CpG não metilados                  H3 e H4 nas caudas N-terminais seja um sinal
                                                   e iniciam a transcrição do gene. Tipicamente              predominante para a ativação da cromatina,
                                                   as regiões não metiladas dos pares CpG são                aumentando a acessibilidade da maquinaria de
                                                   localizadas em genes de tecido-específico e               transcrição. Esse sinal é removido pela ação das
                                                   em genes essenciais, como os de manutenção,               desacetilases de histonas (HDAC), que promo-
                                                   que estão envolvidos na preservação da rotina             vem a condensação da cromatina.(5,23)
                                                   celular e são expressos na maioria dos tecidos.
                                                   (7)
                                                       Em contraste, as regiões CpG metiladas são            2.1.3 Acetilação de histonas e demetilação
                                                   geralmente associadas ao DNA silencioso,                  de DNA
                                                   pois apresentam as regiões MBD, que podem
                                                   bloquear as proteínas sensíveis à metilação (7)           	        O fluxo da informação epigenética
                                                   	         A metilação do DNA também é con-                pode ser realizado em ambas as direções:
                                                   trolada pela cromatina, através de uma                    da cromatina para o DNA ou vice-versa. Essa
                                                   interação bi-direcional entre ambas.(5) Os                bilateralidade é um mecanismo de autorreforço
                                                   mecanismos epigenéticos atuam na mudan-                   para a manutenção da informação epigenética.
                                                   ça da acessibilidade da cromatina para a                  (5)
                                                                                                                 A perda indevida de modificações da croma-
                                                   regulação da transcrição local e globalmen-               tina associada ao DNA metilado será rapida-
                                                   te, através de modificações na molécula de                mente corrigida pelo recrutamento de enzimas
                                                   DNA, via metilação, e também através das                  modificadoras de cromatina.(18, 19) E a perda
                                                   modificações ou rearranjos dos nucleosso-                 aberrante de metilação do DNA será corrigida
                                                   mos.(6) O DNA hipometilado está associado                 pelo recrutamento de DNMts pela cromatina




                                                                                    RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
modificada.(5) Existe uma interação entre as               	       Os mecanismos propostos para a
enzimas DNMTs e HDAC e também entre as                     ação da acetilação das histonas atuando
DNMTs e metiltransferases de histonas para a               como fator de demetilação do DNA são
manutenção de certos padrões de metilação do               os seguintes: em uma visão mais simplis-
DNA que marcam a cromatina inativa.(24, 25)                ta do processo epigenético, as histonas
	        As enzimas DNMts interagem com as                 com caudas não acetiladas bloqueariam o
histonas metiltransferases como Suv39 e o com-             acesso das DNAs metil-transferases para
plexo multiproteico Polycomb PRC2, EZH2, que               a cromatina condensada, e assim evita-
promovem a metilação das histonas. As enzimas              riam a metilação do DNA.(29) Um segundo
DNMTs são as responsáveis pela manutenção e                mecanismo propõe que a demetilação não
geração de padrões de metilação na célula.(5) Evi-         ocorreria imediatamente após a acetilação




                                                                                                                artigos  epigenética: um novo campo da genética
dências da importância da sua função nesse pro-            das histonas, mas seria dependente da in-
cesso surgiram dos estudos em camundongos                  teração com a enzima de transcrição RNA
que apresentavam os genes EZH2 silenciados.                polimerase II com o promotor metilado do
Nestes, ocorriam a perda de metilação do DNA               gene. Para movimentação da RNA pol II
em locais que estavam marcados para serem                  ao longo do gene a ser transcrito, ocorreria
metilados e, mesmo assim, a metilação era efe-             inicialmente uma fraca interação entre RNA
tivada, devida a presença de DNMTs nos locais              pol II e a maquinaria de transcrição com o
demarcados, demonstrando que ocorria não                   promotor metilado e parcialmente acetilado.
somente a metilação de novo, mas também era                Essa interação aumentaria, à medida que
mantido o padrão da metilação pré- existente.(25)          ocorresse demetilação no DNA provocada
	        A existência da programação da expres-            pela acetilação das histonas. Na região
são de genes baseadas na alteração da estrutura            de ligação de metilação, poderá ocorrer o
da cromatina, em organismos em que o genoma                recrutamento pela enzima RNA pol II, da
não contém citosinas metiladas sugere que, em              demetilase de DNA, MBD2. Assim, a quan-
uma perspectiva evolutiva, as modificações da              tidade dessa demetilase é um fator limitante
cromatina precederam a metilação do DNA.(5)                para o processo de demetilação do DNA.(5)                               67
Essa noção de que a inativação da cromatina                	
é anterior ao processo de metilação do DNA                 2.2 Epigenética e Câncer
foi observada em estudos em mamíferos, que
demonstraram que a quebra da cromatina                     	        Eventos epigenéticos incluindo as modifi-
influencia na metilação de DNA.(5) Em camun-               cações de histonas e a metilação do DNA são cru-
dongos, a deleção do gene LSH, que codifica a              ciais para estabelecer a programação correta da
helicase SNF2, cujo produto está envolvido na              expressão dos genes e erros nestes processos
remodelagem da cromatina, produz uma perda                 podem levar a uma expressão aberrante de ge-
significativa de metilação nas ilhas CpG pelo              nes e a uma perda de check-points anticâncer.(11)
genoma(26), sugerindo que essa atividade de re-            	        O evento epigenético mais bem es-
modelação da cromatina pelo gene LSH é crucial             tudado e que afeta diretamente o DNA é a
para manter os padrões de metilação do DNA.(5)             metilação. Tanto a hipermetilação das ilhas
	        A estrutura da cromatina ativa pode pro-          CpG, localizadas nos promotores de genes de
mover a demetilação do DNA, ou seja, a remoção             supressão tumoral, e a hipometilação global
dos grupamentos metil. A acetilação das histonas           aparentam apresentar um importante papel
é uma reação catalizada pela enzima histona                no desenvolvimento de câncer.(11) Ocorre um
acetiltransferase (HAT) e é um evento primordial           padrão aberrante de metilação nos tumores
para a ocorrência da demetilação do DNA. Estu-             em relação aos tecidos normais. Os genes
dos realizados com inibidores de desacetilases,            supressores tumorais atuam normalmente
como a tricostatina, indicaram a ocorrência de de-         reprimindo o crescimento celular e metilações
metilação nos segmentos de DNA metilados.(27, 28)          nestes genes levam ao seu silenciamento




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e, por conseguinte, a sua perda de função.             2.2.1 Terapias epigenéticas para o câncer	
                                                   Os genes conhecidos como protooncogenes
                                                   atuam favorecendo o crescimento celular de             	        O câncer é um processo em que er-
                                                   forma ordenada. A hipometilação nesses ge-             ros genéticos e epigenéticos se acumulam e
                                                   nes promove o crescimento desordenado da               transformam uma célula normal em células
                                                   célula e a formação de tumores.(5)                     invasivas ou em células tumorais metastáti-
                                                   	       O balanço entre a acetilação das his-          cas. As alterações nos padrões de metilação
                                                   tonas e a sua desacetilação é fundamental              do DNA mudam a expressão de genes as-
                                                   para regulação da proliferação das células.            sociados ao câncer, entre esses, os genes
                                                   Mutações no gene que codifica a enzima HAT,            supressores tumorais e os oncogenes.(7)
                                                   ou translocações de partes cromossômicas               	        Poucas são as terapias em vigência que
artigos  epigenética: um novo campo da genética




                                                   que envolvem esse gene, estão relacionadas             se utilizam da epigenética.(2,30,31) Entre essas,
                                                   com o desenvolvimento de câncer.(5)                    tem-se aquelas que se utilizam de nucleosídeos
                                                   	       O aumento anormal da atividade                 análogos aos do DNA, como o medicamento
                                                   da HDAC pode resultar na inativação de                 Azacitidina, um análogo a nucleosídeos que
                                                   transcrição de genes supressores tumorais,             incorpora-se no DNA que está em replicação e
                                                   provocando a inibição de sua transcrição               inibe a metilação, reativando os genes silencia-
                                                   devido a desacetilação das histonas seguida            dos previamente. Essa terapia está em estudo,
                                                   da metilação do DNA, inativando o gene.(5)             principalmente para doenças em que ocorre
                                                   	       Na transformação maligna da célula             hipermetilação de genes, como as síndromes
                                                   são observadas importantes modificações,               mielodisplásicas e leucemias.(31)
                                                   como a perda da metilação em oncogenes                 	        O oligonucleotídeo antisense MG98
                                                   e em genes pro-metastáticos, hipometilação             que abaixa os níveis de DNMT1 está apre-
                                                   global dos elementos repetitivos e hipermeti-          sentando resultados promissores na fase 1
                                                   lação em um conjunto de genes, tais como:              das triagens clínicas e marcando tumores
                                                   genes supressores tumorais, genes de molé-             sólidos e células cancerosas dos rins. (32)
                 68                                culas de adesão, genes do reparo do DNA e              As análises moleculares de biópsias de
                                                   em genes inibidores de metástases.                     cânceres de cabeça e pescoço, seguidas
                                                   	       A hipometilação de genes específicos           do tratamento de MG98, revelaram a de-
                                                   talvez seja secundária para as mudanças                metilação de genes de supressão tumoral
                                                   locais da cromatina, marcadas pelos fatores            que se encontram metilados e também de
                                                   de transcrição reconhecendo sequências                 oncogenes que se encontravam metilados
                                                   específicas. As mudanças globais na croma-             anteriormente ao tratamento. (7)
                                                   tina que ocorrem no câncer são devidas à               	        Pequenas moléculas como o ácido val-
                                                   ativação das HAT, bem como da expressão                próico que reduzem os níveis de HDACs estão
                                                   acima do normal de metiltransferase das                sendo usadas para induzir a morte das células
                                                   histonas que desencadeia a demetilação                 tumorais e conter o crescimento do tumor.(7)
                                                   global do DNA nas células cancerosas.                  	        Combinações de terapias epigené-
                                                   Poderá ocorrer também um aumento na                    ticas (agentes demetiladores associados
                                                   atividade da DNA demetilase, acarretando               com inibidores de HDACs) ou terapias
                                                   uma demetilação global do DNA.(5)                      epigenéticas seguidas de quimioterapias
                                                   	       Hipometilação leva à instabilidade ge-         convencionais (ou imunoterapias), talvez
                                                   nômica, que provoca quebras cromossômicas,             sejam mais efetivas, porque elas podem
                                                   servindo como um mecanismo de ativação de              reativar genes silenciados, incluindo genes
                                                   genes prometastáticos em estágios avança-              de supressão tumoral, que favorecem a
                                                   dos de câncer. A hipermetilação serve como             ativação de células para agirem de acordo
                                                   um mecanismo para um crescimento descon-               com estas terapias, matando as células
                                                   trolado dessas células metastáticas.(5)                cancerosas. (2, 29, 33)




                                                                                 RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
O grande desafio para o futuro será limi-         tratamentos utilizando bissulfito de sódio
tar os efeitos tóxicos em células normais e asse-          e também uma ampla utilização de PCR,
gurar que os efeitos inéditos destas drogas atin-          para analisar e quantificar os padrões de
jam os genes marcados nas células tumorais.(7)             metilação do genoma. (34)

2.3 Projeto Epigenoma Humano
                                                           3 CONSIDERAÇÕES FINAIS
	       Após a concretização e término do
Projeto do Genoma Humano no ano de                         	        A epigenética desponta como uma nova
2001, foi criado no mesmo ano o Projeto                    fronteira a ser alcançada e transposta no cenário
Epigenoma Humano (HEP), de iniciativa                      médico-científico. A compreensão dos mecanis-




                                                                                                               artigos  epigenética: um novo campo da genética
pública-privada. Este tem como objetivo                    mos envolvidos no silenciamento e ativação de
identificar, catalogar e interpretar a impor-              genes, além daqueles conhecidos pela genética
tância gênica dos padrões de metilação em                  molecular, permite a criação de modelos para
todos os genes, na maioria dos tecidos. (34)               tratamento de doenças como o câncer. Sob esse
	       Em 2004, foram publicados os pri-                  aspecto, este trabalho possibilitou uma análise
meiros resultados de um estudo piloto desse                criteriosa dos mecanismos epigenéticos, dos pa-
projeto envolvendo uma região do genoma                    drões de metilação usuais do genoma e forneceu
altamente densa em genes, a região do                      informações importantes sobre essa nova face da
Complexo Principal de Histocompatibilidade                 Genética, que é a epigenética. O estudo de revi-
(MHC). Tal complexo está localizado no cro-                são permitiu reconhecer a complexidade dessa
mossomo 6, cujas funções são extremamen-                   nova área da Genética, que recentemente vem
te diversas, sendo muitas relacionadas com                 despontando como uma forma de terapia mais
o sistema imune inato e adaptativo e estão                 eficiente e menos agressiva para o tratamento
associados com a rejeição de transplantes,                 do câncer, principalmente. Além disso, permitiu
doenças autoimunes, doenças relacionadas                   vislumbrar uma nova área de aplicação dos
a imunodeficiências, entre outras.(34)                     conhecimentos da epigenética no que se refere                          69
	       Metilações diferenciadas nas cito-                 ao câncer: o diagnóstico e o acompanhamento
sinas possibilitam evidenciar as diferenças                clínico da doença, por ensaios que identifiquem
nos padrões de metilação ao longo do                       o grau de metilação de genes relacionados com
genoma, que se acreditava ser específica                   o desenvolvimento e progressão do câncer.
para as ativações de genes, para os tipos de
tecido e para os estados da doença. A iden-
tificação dessas variações nas posições de                 ABSTRACT
metilação irá melhorar de forma significativa
a compreensão sobre a biologia do genoma                   	       Epigenetics is defined as modifica-
e auxiliar nos diagnósticos de doenças.(34)                tions of the genome, heritable during cell
	       Foram identificadas posições variá-                division, that do not involve a change in the
veis de metilação (MVP) nas proximidades                   DNA sequence. Epigenetics mechanisms
dos promotores dos genes e em outras re-                   act to change the accessibility of chromatin
giões relevantes de aproximadamente 150                    to transcriptional regulation via modifica-
loci contendo o MHC em diversos tecidos                    tions of the DNA and by modification or
(cerebral, mamário, hepático, pulmonar,                    rearrangement of nucleosomes. These
muscular e prostático) de uma grande                       mechanisms are critical components in the
quantidade de indivíduos. (34)                             normal development and growth of cells.
	       Para o projeto-piloto, foram de-                   Epigenetic gene regulation collaborates with
senvolvidas tecnologias para a análise                     genetic alterations in cancer development.
dos estudos epigenéticos, envolvendo                       In this review, we had examined the basic




                              RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
principles of epigenetic mechanisms and                    10	 Razin A & Cedar H. Distribution of 5-me-
                                                   their contribution to cell cycle control, as                   thylcytosine in chromatin. Proc Nat Acad
                                                   well as, the clinical consequences of epi-                     Sci USA. 1977;74:2725-28.
                                                   genetics errors. In addition, we addressed
                                                   our approach to epigenetic pathways in the                 11	 Rothhammer T, Bosserhoff A K. Epi-
                                                   treatments against cancer and the results                      genetic events in malignat melanoma.
                                                   of the Human Epigenome Project (HEP).                          Pigment Cell Res. 2007;20:92-111.
                                                   	        Key words: DNA methylation; modifica-
                                                   tions of histones; CpG islands.                            12	 Bird A. The essentials of DNA methyla-
                                                                                                                  tion. Cell 1992:70:5-8.
artigos  epigenética: um novo campo da genética




                                                   4 REFERÊNCIAS                                              13	 Garinis G A, Patrinos G P, Spanakis N E,
                                                                                                                  Menounos P G. DNA hipermethylation:
                                                   1	 Pray L A. Epigenetics: Genome Meet your                     when tumour supressor genes go silent.
                                                      environment. The Scientist. 2004 July 5 : 14-20.            Hum Genet. 2002; 111:115-27.

                                                   2	 Egger G, Liang G, Aparicio A et al. Epigenetics         14	 Okamo M, Bell D W, Haber D A, Li E.
                                                      in human disease and prospects for epigenetic               DNA methyltransferases Dnmt3a e
                                                      therapy. Nature. 2004;429:457-63.                           Dnmt3b are essential for de novo me-
                                                                                                                  thylation and mammalian development.
                                                   3	 Tang W Y, Ho S M. Epigenetic reprogramming                  Cell. 1999; 99:247-57.
                                                      and imprinting in origins of disease. Rev
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                                                                                                              17	 Prendergast G C, Law D, Ziff E B. As-
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                                                                                     RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
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                                                                                                                   artigos  epigenética: um novo campo da genética
    acetyltransferases and deacetylases in gene
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26	 Yan Q, Huang J, Fan T, Zhu H, Muegge K.
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    J. 2003;22:5154-62.                                         methylation profiling of the human major
                                                                histocompatibility complex: a pilot study for
27	 Cervoni N, Szyf M. Demethylase activity is                  the human Epigenome Project Plos Biology.
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                               RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008

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Epigenética: Um Novo Campo da Genética

  • 1. EPIGENÉTICA: UM NOVO CAMPO DA GENÉTICA EPIGENETICS: A NEW GENETIC FIELD HENRIQUE REICHMANN MULLER 1, KARIN BRAUN PRADO 2 1 Acadêmico do Curso de Ciências Biológicas da Universidade Positivo, Curitiba -PR. 2 Professora da Disciplina de Imunologia do Curso de Ciências Biológicas da Universidade Positivo, Doutora em Genética pela UFPR. RESUMO artigos epigenética: um novo campo da genética Epigenética é definida como modificações do genoma, herdável durante a divisão celular, que não envolve uma mudança na sequência do DNA. Mecanismos epigenéticos atuam para mudar a acessibilidade da cromatina para regulação transcricional pelas modificações do DNA e pela modificação ou rearranjo de nucleossomos. Estes mecanismos são componentes críticos no desenvolvimento normal e no crescimento das células. A regulação epigenética do gene colabora com as alterações genéticas do desenvolvimento do câncer. Nesta revisão, examinamos os princípios básicos dos mecanismos epigenéticos e suas contribuições para o controle do ciclo celular, assim como as conseqüências clínicas dos erros epigenéticos. Além disso, direcionamos nossa pesquisa para o uso das vias epigenéticas em ensaios para tratamentos contra o câncer e para os resultados do Projeto Epigenoma Humano (PEH). Palavras-chave: Metilação do DNA; Modificações das histonas; Ilhas CpG. 1 INTRODUÇÃO a divisão celular e que não estão relacionadas com a mudança na sequência do DNA. 63 O termo epigenética origina-se do pre- Existem algumas características que fixo grego epi, que significa “acima ou sobre distinguem a epigenética dos mecanismos algo”(1) e estuda as mudanças herdadas nas da genética convencional: a reversibilidade, funções dos genes, observadas na genéti- os efeitos de posicionamento, a habilidade ca, mas que não alteram as sequências de de agir em distâncias não esperadas maio- bases nucleotídicas da molécula de DNA(2). res do que um único gene.(4) Os padrões epigenéticos são sensíveis a Existem dois mecanismos principais modificações ambientais que podem causar envolvidos na epigenética: alterações nas mudanças fenotípicas que serão transmitidas histonas e padrão de metilação do DNA, aos descendentes.(1) que envolve modificações na estrutura das Segundo Tang e Ho(3), a epigenética é ligações covalentes do DNA.(5) Esses meca- definida como as mudanças herdáveis na ex- nismos atuam modificando a acessibilidade pressão do gene que não alteram a sequência da cromatina para a regulação da trans- do DNA, mas que são herdáveis pela mitose crição localmente ou globalmente, pelas e ao longo das gerações. modificações no DNA e pelas modificações Feinberg(4) define a epigenética como mo- ou rearranjos dos nucleossomos. (6) Além dificações no genoma que são herdadas durante desses principais mediadores epigenéticos, 1 Rua Prof. Pedro Viriato Parigot de Souza, 5300- Bloco Marrom- Laboratório de Genética Campo Comprido, Curitiba- Paraná, CEP 81280-330. Tel: (41) 3317-3296 2 E-mail: kbraun@up.edu.br RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
  • 2. há também a presença de RNAs não codi- são dos genes. Verificamos também, como as ficadores, que podem atuar interferindo na modificações epigenéticas atuam na promo- transcrição de genes.(3) ção e/ou desencadeamento do câncer. Além Esses mecanismos regulam funções disso, descrevemos algumas terapias que se celulares cruciais como a estabilidade do geno- utilizam do conhecimento da epigenética para ma, a inativação do cromossomo X, o imprinting o tratamento do câncer. Relatamos também gênico, a reprogramação de genes não imprin- os avanços nas pesquisas realizadas no es- tados, e atuam no desenvolvimento da plastici- tudo do Projeto Epigenoma Humano (PEH). dade como as exposições a fatores endógenos ou exógenos durante os períodos críticos, que alteram permanentemente a estrutura e a função 2 DESENVOLVIMENTO artigos epigenética: um novo campo da genética específica de sistemas de órgãos.(3) Os nucleossomos e as histonas são 2.1 Mecanismos epigenéticos estruturas associadas ao DNA com a função de organização da cromatina. Tal organização está Eventos epigenéticos incluindo a meti- intimamente associada à expressão gênica. Mu- lação do DNA e as modificações das histonas danças na estrutura da cromatina influenciam a apresentam um importante papel para o desen- expressão dos genes, sendo que, estão inativos volvimento normal e são cruciais para estabe- quando a cromatina está condensada e os genes lecer a programação correta da expressão dos são expressos quando a cromatina estiver aberta, genes.(11) Para melhor compreensão do leitor, ou seja, não condensada.(7) Esses estados dinâ- as Tabelas 1 e 2 descrevem as enzimas e as micos da cromatina são controlados por padrões regiões do genoma envolvidas nos mecanismos epigenéticos reversíveis de metilação do DNA e epigenéticos e um resumo de suas funções. de modificações das histonas.(8) A metilação do DNA é indispensável 2.1.1 Metilação do DNA para as funções do genoma dos vertebra- 64 dos e está relacionada com processos de Os padrões de metilação são estabe- regulação gênica, estabilidade cromossô- lecidos e mantidos nos dinucleotídeos CpG mica e imprinting parental. (9) (pares de Citosina-fosfato-Guanina) por uma Existe uma forte correlação entre a família de enzimas, as DNA metiltransferases cromatina inativa com a metilação do DNA(10), (DNMTs) que reconhecem os dinucleotídeos ou seja, a metilação silencia a expressão dos CpG hemimetilados, depois da replicação do genes. Quando o DNA estiver hipometilado, a DNA.(4) A metilação do DNA em células humanas cromatina estará ativa, permitindo a transcri- é restrita às adições covalentes do grupamento ção dos genes. Porém, quando o DNA estiver metil na posição 5´ do anel da citosina e também hipermetilado a cromatina estará inativa, im- nos dinucleotídeos CpG, em uma porção menor pedindo a expressão dos genes.(5) no CpNpG.(12) As ilhas CpG são localizadas, em Ao contrário do genoma, que é idêntico sua maioria, nas regiões promotoras de genes nos diferentes tipos celulares, o epigenoma é e apresentam tamanho igual ou superior à 200 dinâmico e varia de uma célula para outra, pois, pares de bases (pb) sendo que há pelo menos o epigenoma corresponde à cromatina, às pro- 10 vezes mais metilação nessa região do que teínas associadas e aos padrões de modifica- em outras regiões do genoma com CpG.(9) ções covalentes do DNA obtidos pela metilação O processo de metilação é mediado, ao e que permitem a organização e manutenção menos, por três DNA metiltransferase (DNMT1, dos programas de expressão dos genes.(5) DNMT3a, DNMT3b), que catalizam e transferem Nesta revisão, analisamos os prin- o grupamento metil da S-adenosyl-L-metionina cipais mecanismos epigenéticos e o modo (doador de metil) para as bases de citosina ou como esses atuam na regulação da expres- adenina na molécula de DNA.(13) Acredita-se RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
  • 3. Tabela 1 - Enzimas envolvidas no processo epigenético do DNA. Nome da enzima Abreviação Função Consequências DNA metil-transferase DNMT Catalisa a transferência Metilação do DNA- de grupos metil para o silenciamento de genes DNA DNMT1 Mantêm os padrões de metilação normais da célula DNMT3a e DNMT3b Promovem uma nova metilação no DNA, artigos epigenética: um novo campo da genética principalmente nas ilhas CpG Histona desacetilase HDAC Promove a desacetilação Retirada de grupos HDAC2 das histonas. acetila: inativa cromatina Demetilases de histonas: Amino-oxigenases Retiram o grupo metil das Retira grupos metil nas dependentes de FAD: histonas através de um histonas. LSD1 e JmjC processo oxidativo: LSD1- JHDM1 (demetilase-1 reação de oxidação com de histonas contendo liberação de formaldeído; domínios de demetilação) JmjC- reação de oxidação com α-cetoglutarato e Fe+2 com liberação de formal- deído. JHDM1- demetila o amino- ácido Lisina da posição 36 da histona H3. 65 Histona acetil-transferase HAT Acetilação das histonas: ativação da cromatina Histona Metil-transferase HMT Ex: SUV39 Fonte: Adaptação de D´Alessio A C & Szyf M. 2006. Tabela 2 - Regiões do genoma e suas funções na epigenética. Regiões do DNA/histona Siglas Funções Domínio de ligação da metilação MBD Local de ligação das proteínas liga- doras de DNA metilado, ex; MeCp2 e recruta proteínas modificadoras de histona para os genes metilados. MBD2 MBD2- demetila DNA “in vitro” e “in vivo”. Tem ação em genes demetila- dos endogenamente. Membro do complexo multiproteico EZH2 Recrutamento de DNMTs e localizar policomb PRC2 no DNA o ponto de metilação. Fonte: D´Alessio A C & Szyf M. 2006. RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
  • 4. que os padrões de metilação do DNA são re- com a cromatina ativa, acetilada e o DNA lativamente baixos durante o desenvolvimento hipermetilado é associado com a cromatina da célula e são realizados pelas DNMT3a e inativa, isto é, hipoacetilada.(5) DNMT3b, que catalizam a metilação de novo, principalmente nas ilhas CpG.(14) Esses padrões 2.1.2 Modificações nas histonas são mantidos nas células somáticas ao serem copiados para as células-filhas pela DNMT1, O DNA nuclear encontra-se associado que replica os padrões de metilação de ge- às proteínas histonas. Ambos encontram-se rações parentais metiladas para as gerações sob a forma da estrutura básica de conden- seguintes ainda não metiladas.(15) sação do DNA, o nucleossomo. Este(20) é a A metilação do DNA interfere na expres- unidade básica da cromatina e é composto artigos epigenética: um novo campo da genética são dos genes por meio de mecanismos diretos por dois complexos idênticos, cada um cons- e indiretos. Primeiro, a metilação de ilhas CpG tituído de 4 proteínas histonas, que formam presentes nas regiões promotoras dos genes um octâmero. As proteínas histonas presentes impede diretamente, através de uma barreira em cada nucleossomo são: a H2A, H2B, H3 física, o seu reconhecimento pelos fatores de e H4.(21) Duas voltas da molécula de DNA transcrição, resultando na inativação do gene. incorporam-se a esta estrutura, que tem tam- (16,17) Segundo, a metilação ocorre em uma re- bém a proteína histona H1 associada ao DNA, gião que apresenta domínios de ligação para contribuindo para sua condensação. a metilação (MBD), que se localiza ao redor As modificações das histonas regu- de um sítio de regulação da transcrição e atrai lam as funções da cromatina alterando a de forma indireta as proteínas de domínio de acessibilidade do DNA aos diferentes fato- ligação de metilação, como as MeCp2, que res que atuam em trans, como as enzimas recrutam correpressores e desacetilases de de transcrição, ou pelo recrutamento de histonas (HDACs) inativando a configuração da proteínas específicas que reconhecem as cromatina ao redor do gene, desligando-o.(18,19) modificações ocorridas nas histonas.(22) 66 As ilhas CpG são alvos de proteínas Acredita-se que a acetilação das histonas que se combinam com os CpG não metilados H3 e H4 nas caudas N-terminais seja um sinal e iniciam a transcrição do gene. Tipicamente predominante para a ativação da cromatina, as regiões não metiladas dos pares CpG são aumentando a acessibilidade da maquinaria de localizadas em genes de tecido-específico e transcrição. Esse sinal é removido pela ação das em genes essenciais, como os de manutenção, desacetilases de histonas (HDAC), que promo- que estão envolvidos na preservação da rotina vem a condensação da cromatina.(5,23) celular e são expressos na maioria dos tecidos. (7) Em contraste, as regiões CpG metiladas são 2.1.3 Acetilação de histonas e demetilação geralmente associadas ao DNA silencioso, de DNA pois apresentam as regiões MBD, que podem bloquear as proteínas sensíveis à metilação (7) O fluxo da informação epigenética A metilação do DNA também é con- pode ser realizado em ambas as direções: trolada pela cromatina, através de uma da cromatina para o DNA ou vice-versa. Essa interação bi-direcional entre ambas.(5) Os bilateralidade é um mecanismo de autorreforço mecanismos epigenéticos atuam na mudan- para a manutenção da informação epigenética. ça da acessibilidade da cromatina para a (5) A perda indevida de modificações da croma- regulação da transcrição local e globalmen- tina associada ao DNA metilado será rapida- te, através de modificações na molécula de mente corrigida pelo recrutamento de enzimas DNA, via metilação, e também através das modificadoras de cromatina.(18, 19) E a perda modificações ou rearranjos dos nucleosso- aberrante de metilação do DNA será corrigida mos.(6) O DNA hipometilado está associado pelo recrutamento de DNMts pela cromatina RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
  • 5. modificada.(5) Existe uma interação entre as Os mecanismos propostos para a enzimas DNMTs e HDAC e também entre as ação da acetilação das histonas atuando DNMTs e metiltransferases de histonas para a como fator de demetilação do DNA são manutenção de certos padrões de metilação do os seguintes: em uma visão mais simplis- DNA que marcam a cromatina inativa.(24, 25) ta do processo epigenético, as histonas As enzimas DNMts interagem com as com caudas não acetiladas bloqueariam o histonas metiltransferases como Suv39 e o com- acesso das DNAs metil-transferases para plexo multiproteico Polycomb PRC2, EZH2, que a cromatina condensada, e assim evita- promovem a metilação das histonas. As enzimas riam a metilação do DNA.(29) Um segundo DNMTs são as responsáveis pela manutenção e mecanismo propõe que a demetilação não geração de padrões de metilação na célula.(5) Evi- ocorreria imediatamente após a acetilação artigos epigenética: um novo campo da genética dências da importância da sua função nesse pro- das histonas, mas seria dependente da in- cesso surgiram dos estudos em camundongos teração com a enzima de transcrição RNA que apresentavam os genes EZH2 silenciados. polimerase II com o promotor metilado do Nestes, ocorriam a perda de metilação do DNA gene. Para movimentação da RNA pol II em locais que estavam marcados para serem ao longo do gene a ser transcrito, ocorreria metilados e, mesmo assim, a metilação era efe- inicialmente uma fraca interação entre RNA tivada, devida a presença de DNMTs nos locais pol II e a maquinaria de transcrição com o demarcados, demonstrando que ocorria não promotor metilado e parcialmente acetilado. somente a metilação de novo, mas também era Essa interação aumentaria, à medida que mantido o padrão da metilação pré- existente.(25) ocorresse demetilação no DNA provocada A existência da programação da expres- pela acetilação das histonas. Na região são de genes baseadas na alteração da estrutura de ligação de metilação, poderá ocorrer o da cromatina, em organismos em que o genoma recrutamento pela enzima RNA pol II, da não contém citosinas metiladas sugere que, em demetilase de DNA, MBD2. Assim, a quan- uma perspectiva evolutiva, as modificações da tidade dessa demetilase é um fator limitante cromatina precederam a metilação do DNA.(5) para o processo de demetilação do DNA.(5) 67 Essa noção de que a inativação da cromatina é anterior ao processo de metilação do DNA 2.2 Epigenética e Câncer foi observada em estudos em mamíferos, que demonstraram que a quebra da cromatina Eventos epigenéticos incluindo as modifi- influencia na metilação de DNA.(5) Em camun- cações de histonas e a metilação do DNA são cru- dongos, a deleção do gene LSH, que codifica a ciais para estabelecer a programação correta da helicase SNF2, cujo produto está envolvido na expressão dos genes e erros nestes processos remodelagem da cromatina, produz uma perda podem levar a uma expressão aberrante de ge- significativa de metilação nas ilhas CpG pelo nes e a uma perda de check-points anticâncer.(11) genoma(26), sugerindo que essa atividade de re- O evento epigenético mais bem es- modelação da cromatina pelo gene LSH é crucial tudado e que afeta diretamente o DNA é a para manter os padrões de metilação do DNA.(5) metilação. Tanto a hipermetilação das ilhas A estrutura da cromatina ativa pode pro- CpG, localizadas nos promotores de genes de mover a demetilação do DNA, ou seja, a remoção supressão tumoral, e a hipometilação global dos grupamentos metil. A acetilação das histonas aparentam apresentar um importante papel é uma reação catalizada pela enzima histona no desenvolvimento de câncer.(11) Ocorre um acetiltransferase (HAT) e é um evento primordial padrão aberrante de metilação nos tumores para a ocorrência da demetilação do DNA. Estu- em relação aos tecidos normais. Os genes dos realizados com inibidores de desacetilases, supressores tumorais atuam normalmente como a tricostatina, indicaram a ocorrência de de- reprimindo o crescimento celular e metilações metilação nos segmentos de DNA metilados.(27, 28) nestes genes levam ao seu silenciamento RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
  • 6. e, por conseguinte, a sua perda de função. 2.2.1 Terapias epigenéticas para o câncer Os genes conhecidos como protooncogenes atuam favorecendo o crescimento celular de O câncer é um processo em que er- forma ordenada. A hipometilação nesses ge- ros genéticos e epigenéticos se acumulam e nes promove o crescimento desordenado da transformam uma célula normal em células célula e a formação de tumores.(5) invasivas ou em células tumorais metastáti- O balanço entre a acetilação das his- cas. As alterações nos padrões de metilação tonas e a sua desacetilação é fundamental do DNA mudam a expressão de genes as- para regulação da proliferação das células. sociados ao câncer, entre esses, os genes Mutações no gene que codifica a enzima HAT, supressores tumorais e os oncogenes.(7) ou translocações de partes cromossômicas Poucas são as terapias em vigência que artigos epigenética: um novo campo da genética que envolvem esse gene, estão relacionadas se utilizam da epigenética.(2,30,31) Entre essas, com o desenvolvimento de câncer.(5) tem-se aquelas que se utilizam de nucleosídeos O aumento anormal da atividade análogos aos do DNA, como o medicamento da HDAC pode resultar na inativação de Azacitidina, um análogo a nucleosídeos que transcrição de genes supressores tumorais, incorpora-se no DNA que está em replicação e provocando a inibição de sua transcrição inibe a metilação, reativando os genes silencia- devido a desacetilação das histonas seguida dos previamente. Essa terapia está em estudo, da metilação do DNA, inativando o gene.(5) principalmente para doenças em que ocorre Na transformação maligna da célula hipermetilação de genes, como as síndromes são observadas importantes modificações, mielodisplásicas e leucemias.(31) como a perda da metilação em oncogenes O oligonucleotídeo antisense MG98 e em genes pro-metastáticos, hipometilação que abaixa os níveis de DNMT1 está apre- global dos elementos repetitivos e hipermeti- sentando resultados promissores na fase 1 lação em um conjunto de genes, tais como: das triagens clínicas e marcando tumores genes supressores tumorais, genes de molé- sólidos e células cancerosas dos rins. (32) 68 culas de adesão, genes do reparo do DNA e As análises moleculares de biópsias de em genes inibidores de metástases. cânceres de cabeça e pescoço, seguidas A hipometilação de genes específicos do tratamento de MG98, revelaram a de- talvez seja secundária para as mudanças metilação de genes de supressão tumoral locais da cromatina, marcadas pelos fatores que se encontram metilados e também de de transcrição reconhecendo sequências oncogenes que se encontravam metilados específicas. As mudanças globais na croma- anteriormente ao tratamento. (7) tina que ocorrem no câncer são devidas à Pequenas moléculas como o ácido val- ativação das HAT, bem como da expressão próico que reduzem os níveis de HDACs estão acima do normal de metiltransferase das sendo usadas para induzir a morte das células histonas que desencadeia a demetilação tumorais e conter o crescimento do tumor.(7) global do DNA nas células cancerosas. Combinações de terapias epigené- Poderá ocorrer também um aumento na ticas (agentes demetiladores associados atividade da DNA demetilase, acarretando com inibidores de HDACs) ou terapias uma demetilação global do DNA.(5) epigenéticas seguidas de quimioterapias Hipometilação leva à instabilidade ge- convencionais (ou imunoterapias), talvez nômica, que provoca quebras cromossômicas, sejam mais efetivas, porque elas podem servindo como um mecanismo de ativação de reativar genes silenciados, incluindo genes genes prometastáticos em estágios avança- de supressão tumoral, que favorecem a dos de câncer. A hipermetilação serve como ativação de células para agirem de acordo um mecanismo para um crescimento descon- com estas terapias, matando as células trolado dessas células metastáticas.(5) cancerosas. (2, 29, 33) RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
  • 7. O grande desafio para o futuro será limi- tratamentos utilizando bissulfito de sódio tar os efeitos tóxicos em células normais e asse- e também uma ampla utilização de PCR, gurar que os efeitos inéditos destas drogas atin- para analisar e quantificar os padrões de jam os genes marcados nas células tumorais.(7) metilação do genoma. (34) 2.3 Projeto Epigenoma Humano 3 CONSIDERAÇÕES FINAIS Após a concretização e término do Projeto do Genoma Humano no ano de A epigenética desponta como uma nova 2001, foi criado no mesmo ano o Projeto fronteira a ser alcançada e transposta no cenário Epigenoma Humano (HEP), de iniciativa médico-científico. A compreensão dos mecanis- artigos epigenética: um novo campo da genética pública-privada. Este tem como objetivo mos envolvidos no silenciamento e ativação de identificar, catalogar e interpretar a impor- genes, além daqueles conhecidos pela genética tância gênica dos padrões de metilação em molecular, permite a criação de modelos para todos os genes, na maioria dos tecidos. (34) tratamento de doenças como o câncer. Sob esse Em 2004, foram publicados os pri- aspecto, este trabalho possibilitou uma análise meiros resultados de um estudo piloto desse criteriosa dos mecanismos epigenéticos, dos pa- projeto envolvendo uma região do genoma drões de metilação usuais do genoma e forneceu altamente densa em genes, a região do informações importantes sobre essa nova face da Complexo Principal de Histocompatibilidade Genética, que é a epigenética. O estudo de revi- (MHC). Tal complexo está localizado no cro- são permitiu reconhecer a complexidade dessa mossomo 6, cujas funções são extremamen- nova área da Genética, que recentemente vem te diversas, sendo muitas relacionadas com despontando como uma forma de terapia mais o sistema imune inato e adaptativo e estão eficiente e menos agressiva para o tratamento associados com a rejeição de transplantes, do câncer, principalmente. Além disso, permitiu doenças autoimunes, doenças relacionadas vislumbrar uma nova área de aplicação dos a imunodeficiências, entre outras.(34) conhecimentos da epigenética no que se refere 69 Metilações diferenciadas nas cito- ao câncer: o diagnóstico e o acompanhamento sinas possibilitam evidenciar as diferenças clínico da doença, por ensaios que identifiquem nos padrões de metilação ao longo do o grau de metilação de genes relacionados com genoma, que se acreditava ser específica o desenvolvimento e progressão do câncer. para as ativações de genes, para os tipos de tecido e para os estados da doença. A iden- tificação dessas variações nas posições de ABSTRACT metilação irá melhorar de forma significativa a compreensão sobre a biologia do genoma Epigenetics is defined as modifica- e auxiliar nos diagnósticos de doenças.(34) tions of the genome, heritable during cell Foram identificadas posições variá- division, that do not involve a change in the veis de metilação (MVP) nas proximidades DNA sequence. Epigenetics mechanisms dos promotores dos genes e em outras re- act to change the accessibility of chromatin giões relevantes de aproximadamente 150 to transcriptional regulation via modifica- loci contendo o MHC em diversos tecidos tions of the DNA and by modification or (cerebral, mamário, hepático, pulmonar, rearrangement of nucleosomes. These muscular e prostático) de uma grande mechanisms are critical components in the quantidade de indivíduos. (34) normal development and growth of cells. Para o projeto-piloto, foram de- Epigenetic gene regulation collaborates with senvolvidas tecnologias para a análise genetic alterations in cancer development. dos estudos epigenéticos, envolvendo In this review, we had examined the basic RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
  • 8. principles of epigenetic mechanisms and 10 Razin A & Cedar H. Distribution of 5-me- their contribution to cell cycle control, as thylcytosine in chromatin. Proc Nat Acad well as, the clinical consequences of epi- Sci USA. 1977;74:2725-28. genetics errors. In addition, we addressed our approach to epigenetic pathways in the 11 Rothhammer T, Bosserhoff A K. Epi- treatments against cancer and the results genetic events in malignat melanoma. of the Human Epigenome Project (HEP). Pigment Cell Res. 2007;20:92-111. Key words: DNA methylation; modifica- tions of histones; CpG islands. 12 Bird A. The essentials of DNA methyla- tion. Cell 1992:70:5-8. artigos epigenética: um novo campo da genética 4 REFERÊNCIAS 13 Garinis G A, Patrinos G P, Spanakis N E, Menounos P G. DNA hipermethylation: 1 Pray L A. Epigenetics: Genome Meet your when tumour supressor genes go silent. environment. The Scientist. 2004 July 5 : 14-20. Hum Genet. 2002; 111:115-27. 2 Egger G, Liang G, Aparicio A et al. Epigenetics 14 Okamo M, Bell D W, Haber D A, Li E. in human disease and prospects for epigenetic DNA methyltransferases Dnmt3a e therapy. Nature. 2004;429:457-63. Dnmt3b are essential for de novo me- thylation and mammalian development. 3 Tang W Y, Ho S M. Epigenetic reprogramming Cell. 1999; 99:247-57. and imprinting in origins of disease. Rev Endocr Metab Disord. 2007;8:173-82. 15 Razin A, Szyf M. DNA methylation patterns. Formation and function. Bio- 4 Feinberg A P. Cancer epigenetics take chem Biophys Acta. 1984;782:331-42. center stage. PNAS. 2001;98(2):392-94. 70 16 Comb M, Goodman H M. CpG Me- 5 D´Alessio A C, Szyf M. Epigenetic thylation inhibts proenkephdin gene tête-à_tête: the bilateral relantionship expression and binding of the trans- between chromatin modifications and criptional factor AP-2. Nucleic Acids DNA methylation. Biochem Cell Biol. Res.1990;18:3975-82. 2006;84:463-76. 17 Prendergast G C, Law D, Ziff E B. As- 6 Lund A H, Lohuizen M V. Epigenetics and sociation of myn, the murine homolog cancer. Genes Dev. 2004;18:2315-35. of max, with c-myc stimulates methyla- tion- sensitive DNA binding and ras 7 Rodenhiser D, Mann M. Epigenetics cotransformation. Cell.1991;65:395-07. and human disease: translating basic biology into clinical applications. CAMJ. 18 Nan X, Cross S, Bird A. Gene silencing 2006:174(3);341-48. by methyl-CpG-binding proteins. Novar- tis Found Symp.1998a;214:6-16. 8 Feinberg A P, Tycko B. The history of cancer epigenetics. Nat Rev Cancer. 19 Nan X, Ng H H, Johnson C A, Laherty 2004;4: 143-53. C D, Turner B M, Eisenman R N, et al. Transcriptional repression by the 9 Bird A. DNA methylation patterns methyl-CpG-binding protein MeCp2 in- and epigenetic memory. Genes Dev. volves a histone deacetylase complex. 2002;16:6-21. Nature. 1998b;393:386-89. RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008
  • 9. 20 Peterson C L, Lainel MA. Histones and histones 29 Balch C, Mongomery J S, Paik H H, Kim S, modifications. Curr Biol. 2004;14: 546-51. Huang IHM. New anti – cancer strategies: epigenetic therapies and biomarkers. Front 21 Pruss D, Hayes JJ & Wolffe A P. Nucleossomal Biosci. 2005101897-31. anatomy – where are the histones? Bioessays. 1995;17:161-70. 30 Laird P W. Cancer epigenetics. Hum Mol. Genet. 2005;14(Supl I):R65-76. 22 Strahl B D, Allis C D. The language of covalent histone modifications. Nature. 2000; 403: 41-45. 31 Esteller M. DNA methylation and cancer therapy: new developments and expectations. 23 Kuo M H, Allis C D. Role of hisone Curr Opin Oncol. 2005;17:55-60. artigos epigenética: um novo campo da genética acetyltransferases and deacetylases in gene regulation. Bioessays. 1998; 20:615-26. 32 Davis A J, Gelmon K A, Siu LL, et al. Phase I and pharmacologic study of the 24 Rountree M R, Bachman K E, Baylin S human DNA methyltransferase antisense B. DNMT1 binds HDAC2 and a new co- oligodeoxynucleotide MG98 given as a 21- repressor, DMAP1, to form a complex at day continuous infusion every 4 weeks. Invest replication foci. Nat Genet. 2000;25:269-77. New Drugs. 2003;21:85-97. 25 Fuks F, Hurd P J, Deplus R & Kouzarides T. The 33 Mongan N P, Gudas L J. Valproic acid in DNA methyltransferases associate with HP-1 combination with all - trans retinoic acid and 5 and SUV39H1 histone methyltransferases. – aza – 2´- deoxycytidine, restores expression Nucleic Acids Res. 2003;31: 2305-12. of silenced RAR beta 2 in breast cancer cells. Mol Cancer Ther. 2005;4:477-86. 26 Yan Q, Huang J, Fan T, Zhu H, Muegge K. Lsh, a modulator of CpG methylation, is 34 Raykan V K, Hildmann T, Novik K L, crucial for normal histone methylation. EMBO Lewin J, Tost J, Cox A V, et al. DNA 71 J. 2003;22:5154-62. methylation profiling of the human major histocompatibility complex: a pilot study for 27 Cervoni N, Szyf M. Demethylase activity is the human Epigenome Project Plos Biology. directed by histone acetylation. J Biol Chem. 2004;2(12):2170-82. 2001;276:40778-87. 28 Detich N, Bovenzi V, Szyf M. Valproate induces replication: independent active DNA demethylation. J. Biol Chem. 2003;278:27586-92. RUBS, Curitiba, v.1, n.3, p.61-69, set./dez. 2008