O QUE É NEUROGENÉTICA?

A neurogenética estuda o papel da genética no desenvolvimento e função do sistema nervoso. Considera as características neurais como fenótipos (ou seja, manifestações, mensuráveis ou não, da constituição genética de um indivíduo), e se baseia principalmente na observação de que o sistema nervoso dos indivíduos, mesmo aqueles pertencentes à mesma espécie, pode não ser idêntico. Como o nome indica, ele extrai aspectos tanto dos estudos da neurociência quanto da genética, focalizando em particular como o código genético que um organismo carrega afeta seus traços expressos.

As mutações nessa sequência genética podem ter uma ampla gama de efeitos na qualidade de vida do indivíduo. Doenças neurológicas, comportamento e personalidade são estudados no contexto da neurogenética. O campo da neurogenética surgiu em meados de 1900 com os avanços seguindo de perto os avanços feitos na tecnologia disponível. Atualmente, a neurogenética é o centro de muitas pesquisas que utilizam técnicas de ponta.

O campo da neurogenética surgiu de avanços feitos em biologia molecular, genética e um desejo de compreender a ligação entre genes, comportamento, o cérebro e distúrbios e doenças neurológicas. O campo começou a se expandir na década de 1960 com a pesquisa de Seymour Benzer, considerado por alguns o pai da neurogenética. Seymour Benzer em seu escritório na Caltech em 1974 com um grande modelo de Drosophila Seu trabalho pioneiro com Drosophila ajudou a elucidar a ligação entre ritmos circadianos e genes, o que levou a novas investigações sobre outros traços de comportamento. Ele também começou a conduzir pesquisas em neurodegeneração em moscas de fruta na tentativa de descobrir maneiras de suprimir doenças neurológicas em humanos. Muitas das técnicas que ele usou e as conclusões que tirou levariam o campo adiante.

A análise inicial baseou-se na interpretação estatística por meio de processos como LOD (logaritmo de probabilidades), pontuações de linhagens e outros métodos de observação, como pares de irmãos afetados, que examinam o fenótipo e a configuração IBD (identidade por descendência). Muitos dos distúrbios estudados no início, incluindo Alzheimer, Huntington e esclerose lateral amiotrófica (ELA), ainda estão no centro de muitas pesquisas até hoje.

No final da década de 1980, novos avanços na genética, como a tecnologia do DNA recombinante e a genética reversa, permitiram o uso mais amplo de polimorfismos de DNA para testar a ligação entre DNA e defeitos genéticos. Este processo é referido às vezes como análise de ligação.

Os avanços no campo da genética e da biologia molecular permitindo inúmeras descobertas com inovação tecnológica assim como em decorrência do conhecimento da epigenética.

EPIGENÉTICA? O QUE É ISSO?

É a área da biologia que estuda mudanças no funcionamento de um corpo que não são causadas por momentos na sequência de DNA e que se perpetuam nas divisões celulares, meióticas ou mitóticas. É denominado um caráter epigenético quando o fenótipo é causado por tais mudanças.

No entanto, o termo foi originalmente cunhado por Waddington em 1942 e se referia a estudos sobre as interações causais entre os genes e seus respectivos produtos que levam ao fenótipo e ao longo dos anos, o termo foi alterado até a definição atual.

A herança epigenética não e a transmissão de carácteres epigenéticos entre diferentes gerações. Ela é dividida em três tipos:

I) Herança Epigenética Mitótica: ocorrendo entre gerações celulares (de célula mãe a célula filha);

 

II) Herança Epigenética Meiótica: ocorrendo de geração entre indivíduos (de progenitores a prole);

 

III) Herança Epigenética Transgeracional: ocorrendo de uma geração de organismo para, pelo menos, duas gerações de prole.

MODIFICAÇÕES EPIGENÉTICAS:

As modificações epigenéticas, ou seja, mudanças genéticas herdáveis que não alteram sequência de DNA são processos de alterações altamente coordenados que não são restritos a uma fase especifica da vida, ou seja, são modificações que ocorrem desde da fecundação e continuam a acontecer durante a vida toda. As mudanças epigenéticas são divididas em: Metilação do DNA; Modificação nas histonas e expressão de RNAs não codificantes.

Metilação do DNA:

A metilação do DNA é a modificação epigenética mais bem estudada até agora. Dentre as modificações possíveis, a principal de todas é a metilação da citosina, ou seja, adição de um grupo metil (CH3) ao carbono 5 da citosina por uma enzima metiltransferase, a transformando em 5-metilcitosina (5mC).

Esta modificação é tão importante que cerca de 60-80% dos sítios CpG do genoma de um mamífero estão modificados. Em efeitos práticos a metilação do DNA ocasiona o silenciamento da região. Há duas hipóteses que tentam explicar como funciona o silenciamento gênico a partir da adição do grupo metil, uma delas seria que o metil esconderia o sitio de ligação de ativadores da transcrição e na outra o grupo metil recrutaria complexos repressores da transcrição a essa região.

Modificações nas Histonas:

Histonas são proteínas de carga positiva que interagem entre si formando um octâmero proteico que se associa ao DNA(que possui carga negativa) estabilizando a estrutura e permitindo assim compactação do DNA. Além disso as histonas são importantes no processo de regulação gênica, pois a cauda amino terminal possui resíduos de aminoácidos que são sítios para modificações como fosforilação, metilação e acetilação.

A acetilação das histonas resulta na abertura da cromatina na região, possibilitando assim que fatores de transcrição possam acessar o DNA da região, por outro lado a desacetilação ocasiona a compactação da cromatina e consequentemente a repressão da transcrição. Já a metilação pode tanto ativar, quanto reprimir, dependendo da posição na cauda do resíduo de aminoácido que foi modificado e de quantos metil foram adicionados, deste modo, a metilação das caudas de histonas pode ter efeito oposto.

RNAs Não Codificantes:

Diversas modificações epigenéticas são mediadas por RNAs, influenciando nos processos transcricionais e alterando quimicamente em processos pós transcricionais. Pequenos RNAs podem reprimir a transcrição em fungos, plantas e animais, e também podem regular a transcrição atuando em sua maquinaria.

RNAs nucleares pequenos como pequenos RNAs interferentes (siRNA) e RNAs que interagem com PIWI, participam de processos nucleares como formação da heterocromatina, estabilidade genômica, regulação de genes do desenvolvimento e regulamento dos transposons. Em mamíferos, RNAs mensageiro e RNAs longos não codificantes também atuam em processos pós transcripcionais.

EPIGENÉTICA NO DESENVOLVIMENTO:

A epigenética no desenvolvimento pode ser de dois tipos, a epigênese predeterminada e a epigênese probabilística. A predeterminada sustenta que a atividade genética dá origem a estruturas somáticas, que por sua vez só irão desempenhar uma função quando estiverem maduros, portanto, sendo um processo unidirecional. Já a probabilística defende que esse processo apresenta influências bidirecionais, intra e entre os níveis, portanto as estruturas começam a funcionar antes mesmo de seu amadurecimento. Tal atividade pode ser tanto intrínseca, portanto, espontânea, ou extrínseca, evocada, desenvolvendo um papel relevante no desenvolvimento.

A herança epigenética mitótica é fundamental para o desenvolvimento de organismos multicelulares eucarióticos. E as mudanças epigenéticas no genoma são um processo dinâmico que possuem papel fundamental na diferenciação e especialização celular, participando desde o desenvolvimento das células germinativas embrionária até o resto da vida.

Após a fecundação, o zigoto inicialmente apresenta dois pronúcleos distintos, contendo o material genético do espermatozoide e do óvulo. Após a fusão em um só núcleo e a divisão para duas células, o processo de “ativação gênica zigótica” se inicia, não só desencadeando a transcrição e tradução do genoma do zigoto recém formado como também a extinção de todos os mRNAs e proteínas maternas, e a deleção de todos as marcações epigenéticas dos genomas parentais, afim de estabelecer uma totipotencialidade. Em seguida, o zigoto vai continuar a embriogênese até formar o embrião.

As células tronco embrionárias e células germinativas primordiais são células pluripotentes, portanto podem originar qualquer tipo celular do organismo. E algumas células tronco persistem em muitos tecidos ao longo da vida, após o desenvolvimento do indivíduo, podendo ser multi ou unipotentes, tendo a capacidade de se diferenciar em tipos específicos de linhagens celulares. Ao longo do desenvolvimento, a diferenciação dessas células se dá por uma expressão gênica diferencial, que são mantidas e/ou iniciadas, por um programa epigenético único que inclui modificações covalentes de DNA e cromatina, assim como regulação gênica pré e pós transcricional mediadas por pequenos RNAs não codificantes.

As modificações epigenéticas podem ser decorrentes tanto como parte do desenvolvimento, quanto por influências externas. Fatores externos como fome, estresse, infecções e outros que desequilibram a homeostase do organismo também podem resultar em mudanças epigenéticas e, portanto, influenciar no desenvolvimento.

RESPONSÁVEL PELO DEPARTAMENTO:

  • Profa. Dra. Ândrea Kelly Ribeiro dos Santos

MEMBROS DO DEPARTAMENTO:

  • Prof. Dr. Rommel Mário Rodrigues Burbano
  • Prof. Dr. Sidney Emanuel dos Santos