O conceito de estilo de vida inclui diferentes fatores como dieta, comportamento, stress, atividades físicas, hábitos de trabalho e de consumo, entre outros. O background genético e os fatores ambientais estão diretamente relacionados com o estilo de vida, e os processos epigenéticos têm sido cada vez mais relacionados com diversos fenômenos.
A palavra epigenética é bem antiga, Aristóteles já acreditava que todas as nossas características têm origem em um processo denominado “epigênese”. Então, no início dos anos 40, o biólogo Conrad Waddington passou a utilizar a palavra epigenética para se referir à maneira como os genes interagem com o meio ambiente na construção dos organismos.
É interessante pensar que temos origem a partir de um óvulo fertilizado, e conforme o desenvolvimento embrionário progride, esse óvulo se divide em milhares de células com a mesma informação genética original. No entanto, para a construção adequada do organismo, as células precisam se desenvolver em diferentes tipos, como por exemplo células sanguíneas, neurais, musculares, ósseas, e etc. Sendo assim, é necessário que haja um fator responsável por ligar e desligar os genes adequadamente, e então, direcionar a diferenciação de cada tipo celular. Esse fator “não genético” é a epigenética.
IMAGEM A EPIGENE DE ARISTOTELES
Afinal, o que é a Epigenética?
A palavra epigenética é bem antiga, Aristóteles já acreditava que todas as nossas características têm origem em um processo denominado “epigênese”. Então, no início dos anos 40, o biólogo Conrad Waddington passou a utilizar a palavra epigenética para se referir à maneira como os genes interagem com o meio ambiente na construção dos organismos.
É interessante pensar que temos origem a partir de um óvulo fertilizado, e conforme o desenvolvimento embrionário progride, esse óvulo se divide em milhares de células com a mesma informação genética original.
No entanto, para a construção adequada do organismo, as células precisam se desenvolver em diferentes tipos, como por exemplo células sanguíneas, neurais, musculares, ósseas, e etc.
Sendo assim, é necessário que haja um fator responsável por ligar e desligar os genes adequadamente, e então, direcionar a diferenciação de cada tipo celular. Esse fator “não genético” é a epigenética.
Não é sobre os genes que você tem, mas sobre o que os seus genes estão fazendo!
Regulação epigenética
A epigenética descreve eventos moleculares que ocorrem no DNA, mas não afetam a sequência de DNA em si.
De fato, hoje sabe-se que a atividade genética pode ser regulada como um interruptor de uma lâmpada: pode ser desligada ou ligada, em diferentes níveis.
Essa regulação é realizada a partir de alterações químicas na sequência de DNA dos nossos genes, sem alterar a identidade dos pares de base que compõe o DNA, atuando literalmente sobre os genes, daí o termo ‘epi’genética.
Alterações epigenéticas impactam na forma como a molécula de DNA é formatada, e consequentemente, regula quais genes permanecerão ativos, influenciando na fisiologia e no comportamento de um organismo.
Envolvendo o estudo de uma imensa diversidade de fenômenos biológicos, a epigenética abrange conceitos de:
Desenvolvimento e diferenciação celular;
Metabolismo;
Doenças;
Variabilidade fenotípica;
Herdabilidade,
Como ocorre a modulação gênica?
Diferente do que muitos acreditam, o DNA que contém a informação dos nossos genes não é capaz de ações independente, o que faz da regulação desses genes um mecanismo tão importante para o desenvolvimento como um todo.
Os genes são, de certa forma, induzidos a se expressar conforme o contexto ambiental (o que inclui diversos fatores, inclusive outros genes), fazendo com que cada gene se comporte de maneira única em cada indivíduo.
Tal fato já foi comprovado, inclusive, em estudos com gêmeos monozigóticos idênticos que têm origem a partir do mesmo óvulo e, portanto, contém a mesma sequência de DNA. Neste estudo, embora o material genético seja igual, seus genes se expressam de maneiras diferentes.
Portanto, esse estudo demonstra que experiências diferentes podem deixar “marcas” no DNA que afetam a maneira como os genes são expressos.
Epigenética e compactação do DNA
O nosso DNA é capaz de se compactar em diferentes níveis, e uma vez que está altamente compactado, os mecanismos responsáveis pela leitura desse DNA não são capazes de acessá-lo para interpretar a informação.
Quando isso acontece, esse segmento de DNA altamente compactado será impossibilitado de ser lido, e então, as proteínas normalmente produzidas a partir daquele fragmento de DNA não serão processadas.
Um exemplo disso são as histonas, que são grandes proteínas associadas ao DNA e que auxiliam na compactação e descompactação do DNA, podendo ser modificadas por diversos processos.
Os processos epigenéticos fazem com que o DNA fique mais ou menos acessível à sua leitura e processamento.
Por exemplo, a acetilação do DNA faz com que o mesmo fique mais acessível, levando ao aumento da expressão gênica (transcrição).
Por outro lado, a metilação, ou seja, adição de grupamentos metil –CH3 , faz com que o segmento de DNA fique mais compactado, levando à diminuição da expressão dos genes naquele segmento.
Implicações e estudos sobre epigenética
Os eventos epigenéticos estão acontecendo no nosso corpo a todo momento. Por exemplo, atividades físicas, o que comemos ou bebemos, podem alterar o padrão epigenético das nossas células. A partir do entendimento de como a expressão dos nossos genes é controlada, é possível imaginar como os eventos genéticos e epigenéticos colaboram para produzir nossas características.
Atualmente, técnicas de epigenômica têm permitido aos pesquisadores investigar as alterações epigenéticas em todo o genoma, em um único experimento. Essa abordagem tem sido amplamente utilizada, principalmente, na investigação de alterações relacionadas a um grande número de doenças humanas, como câncer, autismo e doenças auto-imunes, entre outros. Além disso, pesquisadores clínicos estão em uma constante busca pelo desenvolvimento de terapias com possíveis alvos epigenéticos.
A primeira doença humana a ser relacionada ao processo epigenético foi o câncer, em 1983. Pesquisadores descobriram que tecidos tumorais de pacientes com câncer colorretal apresentavam uma menor quantidade de DNA metilado do que os tecidos normais do mesmo paciente. Uma vez que genes metilados estão tipicamente desligados, a perda da metilação pode levar ao aumento de expressão gênica. Por outro lado, o aumento da metilação pode silenciar funções de importantes genes supressores tumorais.
Esse balanço fino entre “ligar e desligar” os genes tem sido observado em diversos processos tumorais, assim como é observado também durante o desenvolvimento embrionário. Dessa forma, somos capazes de mensurar a importância do processo epigenético para o funcionamento preciso e saudável dos organismos, e quais impactos que as alterações nesse processo podem causar.
Compreendendo como o contexto ambiental influencia a epigenética, pesquisas relacionadas às alterações pós-transcricionais terão consequências extremamente abrangentes.
Estudos epigenéticos podem ser aplicados a diversos campos, e auxiliar em diversas questões que permanecem sem resposta. O conhecimento que se tem sobre o processo epigenético avança na medida em que novas tecnologias são disponibilizadas, mas ainda carece de muitos estudos futuros, e quanto mais respostas tivermos, novas perguntas surgirão.
Estamos diante apenas da ponta de um iceberg, de toda uma rede de interações que envolve esse processo tão fundamental e intrigante.
Fonte do artigo
Bruna Mascaro
Bióloga especializada em biologia molecular e sequenciamento de nova geração aplicados à oncologia na prática clínica, com Mestrado e Doutorado pela Universidade Federal de São Paulo. Atualmente é vinculada ao laboratório clínico do Hospital Israelita Albert Einstein e escreve para o blog Varstation.
Autora(s): Brona McVittie
Tendemos a pensar que a nossa informação genética está codificada no ADN – nos nossos genes. Brona McVittie da Epigenome NoE, Reino Unido, descreve porque é que isto é apenas parte da história.
Como a epigenética molda a vida
… é tentador imaginar se esse cordão torcido de açúcar feito de contas à base de purina e pirimidina é, de fato, Deus.
James Watson
Mais de 50 anos se passaram desde que James Watson e Francis Crick publicaram pela primeira vez a estrutura 3D da dupla hélice do DNA. Com a teoria evolucionista darwiniana agora tão difundida, a descoberta de que o ADN codifica características hereditárias revelou-se popular.
Quando Crick faleceu em 2004, a ampla cobertura da mídia demonstrou o quanto esses conceitos são aceitos além da comunidade científica. No entanto, estamos começando a perceber que as teorias da evolução centradas nos genes são limitadas em seu escopo. O projeto genético, como uma partitura musical complexa, permanece sem vida sem uma orquestra de células (tocadores) e epigenótipos (instrumentos) para expressá-lo.
A ciência está agora a descobrir o que influencia a nossa pontuação genética e parece que este desempenho pode mudar drasticamente entre gerações sem qualquer alteração na sequência do ADN.
O campo da epigenética procura determinar como a função do genoma é afetada por mecanismos que regulam a forma como os genes são processados. Os fatores epigenéticos incluem padrões especiais, como o arranjo do DNA em torno de proteínas histonas (cromatina), e marcação bioquímica.
Existem centenas de tipos diferentes de células em nosso corpo. Embora cada um derive do mesmo ponto de partida, as características de um neurônio são muito diferentes daquelas de uma célula do fígado.
Com cerca de 30 000 genes no genoma humano, a importância do silêncio, como em qualquer actuação orquestral, não deve ser subestimada. À medida que as células se desenvolvem, o seu destino é governado pelo silenciamento seletivo dos genes. Este processo está sujeito a fatores epigenéticos.
Os padrões de metilação do DNA, a adição de um grupo metil, desempenham um papel em todos os tipos de fenômenos nos quais os genes são ativados ou desativados, desde o toque roxo em uma pétala de petúnia até o crescimento de tumores cancerígenos.
A falha em silenciar os genes pode produzir uma cacofonia perigosa. Padrões anormais de metilação do DNA podem alterar o arranjo espacial da cromatina. Isto, por sua vez, afeta quais genes são silenciados após a divisão celular. A hipermetilação pode inibir o trabalho realizado pelos genes supressores de tumor protetores e pelos genes de reparo do DNA. Tais epimutações foram observadas em uma ampla gama de cânceres. Esses insights epigenéticos estão oferecendo novos caminhos terapêuticos para exploração.
A epigenética também fornece um meio pelo qual o material genético pode responder às mudanças nas condições ambientais. Embora as plantas não tenham sistema nervoso ou cérebro, suas células têm a capacidade de memorizar as mudanças sazonais. Em algumas espécies bienais, esta capacidade está ligada à sua capacidade de florescer na primavera, quando são detectadas temperaturas ambientes mais quentes. A pesquisa mostrou como a exposição ao frio durante o inverno desencadeia mudanças estruturais na cromatina que silenciam os genes de floração no agrião-orelha-de-rato. Esses genes são reativados na primavera, quando os dias mais longos e o calor são mais propícios à reprodução.
O ambiente também pode provocar mudanças epigenéticas que afetarão as gerações futuras.
Estudos laboratoriais recentes em ratos endogâmicos demonstraram como as mudanças na sua dieta podem influenciar a sua prole. Seu pelo pode ser marrom, amarelo ou mosqueado, dependendo de como o gene agouti é metilado durante o crescimento embrionário. Quando as mães grávidas eram alimentadas com suplementos ricos em metila, como ácido fólico e vitamina B12, seus filhotes desenvolviam principalmente pelagem marrom. A maioria dos bebês nascidos dos ratos de controle (que não receberam os suplementos) tinha pelo amarelo.
Tal como o maestro de uma orquestra controla a dinâmica de uma performance sinfónica, os factores epigenéticos governam a interpretação do ADN dentro de cada célula viva. A compreensão destes factores poderia revolucionar a biologia evolutiva e do desenvolvimento e, assim, afectar práticas desde a medicina até à agricultura.
Perfis gêmeos - Diferenças e Semelhanças
Os gêmeos Gavin e Jason, com seus 29 anos, proporcionam uma intrigante visão dos mistérios ocultos no genoma humano. Apesar de serem gêmeos idênticos, eles nos desafiam com uma pergunta profunda: até que ponto somos verdadeiramente moldados pelos nossos genes e quanto o ambiente pode alterar nossa trajetória de vida? Este é um olhar cativante no mundo dos gêmeos monozigóticos, que ocorrem com uma raridade impressionante de apenas 1 em cada 250 nascimentos em todo o mundo.
Aparentemente, os dois irmãos são indiscutivelmente semelhantes, o que é esperado em gêmeos idênticos, mas uma investigação mais aprofundada revela que suas jornadas de vida se desenrolam de maneira notavelmente distinta. A raiz desse mistério genético começa no início de suas vidas, quando um óvulo fertilizado misteriosamente se clona e dá origem a dois embriões distintos. Isso resulta em gêmeos com a mesma composição genética inicial, mas à medida que crescem e interagem com seu ambiente, experimentam transformações que podem afetar tanto sua aparência quanto comportamento.
O fascínio aumenta quando observamos que, apesar de compartilharem exatamente o mesmo DNA, é possível encontrar diferenças significativas entre eles. Nossas células são governadas por um intrincado sistema epigenético, onde a expressão de genes pode variar sutilmente de um gêmeo para o outro. Isso é evidenciado pela ativação de genes em um gêmeo que permanecem inativos no outro. Eles podem ser geneticamente idênticos, mas essa epigenética complexa os distingue de maneira única.
Essas diferenças epigenéticas são percebidas quando olhamos para a organização dos cromossomos dentro das células. A forma como as moléculas de DNA são embrulhadas ao redor de proteínas chamadas histonas, juntamente com modificações bioquímicas, influencia significativamente a função dos genes. Surpreendentemente, nosso ambiente desempenha um papel crucial na determinação de como essas moléculas interagem com o DNA. A dieta, por exemplo, pode afetar profundamente essa interação.
O ajuste bioquímico do genoma é crucial, pois determina quais genes são ativados em resposta ao ambiente. Pesquisas recentes, como o estudo de Fraga et al. em cerca de 80 pares de gêmeos monozigóticos, revelaram que o DNA deles é marcado de maneira diferente por uma molécula chamada metila. Isso destaca que, embora sejam geneticamente gêmeos, suas diferenças são mais profundas do que parecem.
Intrigantemente, essas divergências são mais pronunciadas em gêmeos mais velhos do que nos mais novos, sugerindo que o ambiente exerce um papel cada vez mais significativo com o tempo.
Esse é um tema que reacende o antigo debate sobre a influência do ambiente em relação aos genes. A semelhança entre gêmeos idênticos é inegável, mas essas desigualdades podem fornecer insights valiosos para a pesquisa de doenças e o tratamento personalizado.
Por exemplo, apesar de ambos os gêmeos estarem em risco de desenvolver diabetes tipo II, um deles enfrentou uma infecção pancreática que exigiu tratamento com insulina. Melhores ferramentas de diagnóstico, impulsionadas pelos avanços na pesquisa epigenética, podem abrir novos horizontes para entender o que está errado e como tratar indivíduos como Gavin e Jason de maneira mais precisa. É uma jornada emocionante pelos mistérios do genoma humano, onde os genes e o ambiente dançam em um intricado dueto que molda nossas vidas.
Referências:FragaMF et al. (2005) As diferenças epigenéticas surgem durante a vida de gêmeos monozigóticos. Anais da Academia Nacional de Ciências dos EUA
Análise
Tradicionalmente, os gémeos idênticos são considerados idênticos em todos os aspectos da sua constituição, até à forma como o seu ADN funciona. O debate sobre natureza versus criação persiste há muitos anos, com muitos estudos analisando gêmeos idênticos que foram separados no nascimento e criados em ambientes diferentes para ver como eles diferem. Finalmente, parece haver provas concretas de que as pressões ambientais ou de criação influenciam a forma como o ADN é metilado ou silenciado no genoma, levando a alterações mínimas na expressão genética. Estas alterações epigenéticas, que afectam a disposição do ADN em torno das proteínas histonas e a sua marcação bioquímica, podem ser influenciadas por algo tão simples como a dieta ou, nas plantas, por mudanças sazonais. A descoberta deste fenómeno significa que gémeos idênticos podem, por exemplo, reagir de forma diferente ao mesmo medicamento.
Embora o controle da expressão gênica em termos do operon ' lac ' esteja incluído em alguns programas, a metilação do DNA como um modo de controle gênico não é considerada no programa de biologia de nível A do Reino Unido. É mencionado em livros didáticos no contexto da metilação do DNA bacteriano para evitar que suas próprias endonucleases de restrição cortem o DNA endógeno. A ideia de silenciar genes por metilação poderia ser introduzida nas aulas de genética como 'quão idênticos são os gêmeos idênticos?' A maioria dos estudantes deveria estar ciente do debate natureza versus criação na educação de gêmeos, mas isso agora pode ser ampliado. Também pode ser possível introduzir o conceito de metilação do DNA inativando um dos cromossomos X nas mulheres.
Shelley Goodman, Reino Unido
