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2. Existe uma identidade antero-posterior na sequência de somitos.
COMO QUE A IDENTIDADE ANTERO-POSTERIOR INICIAL É TRADUZIDA durante a organogênese?
Não percam! No próximo capítulo do dia 24 de Maio – Episódio HOX – a família que veio
da tumba
Assim como em invertebrados, em vertebrados o LIMITE ANTERIOR do domínio de expressão de cada gene Hox é mais claro do que o limite posterior
Somitos
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Del
eção
de
Hox
10D
eleç
ão d
e H
ox11
Perda de genes Hox específicos geram perdas de segmentos vertebrais específicos
O que são genes HOX/Homeobox/Homeóticos?
Codificam proteínas que causam HOMEosis
HOMEO: similarSis: transformação
Mutações homeóticas trocam segmentos corporais
Ultrabithorax
Antennapedia
O que são genes HOX/Homeobox/Homeóticos?
Codificam fatores de transcrição
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Propriedades das Proteínas Homeóticas
1. São fatores de transcrição com um domínio ligante a DNA (domínio homeobox ou homeótico)
2. O domínio homeobox tem cerca de 60 aminoácidos
E. B. Lewis, Nature 276, 1978, 565.
3. As proteínas Homeobox estão agrupadas no genoma, i.e. são genes vizinhos
3. A ordem dos genes homeóticos no cromossomo corresponde à ordem temporal e espacial em que são expressos -> colinearidade
Mudanças no número de genes
Mudanças no padrão de Expressão
Mudanças no genes-alvo
COMO QUE AS DIVERSIDADES DE PLANO CORPORAL PODEM SER GERADAS?
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HIPÓTESE: Os genes homeobox/homeóticos definem os segmentos corporais
Normal
Expressão mutante de Antp
Anterior Posterior
T1T1T2
AntpT3
Ubx
Segmentos torácicos
CC
Segmento cefálico
Normal
Expressão mutante de Antp
Anterior Posterior
T1T1T2
AntpT3
Ubx
Segmentos torácicos
CC
Segmento cefálico
T1T1T2
AntpT3
UbxT2
Antp
HIPÓTESE: Os limite dos genes homeobox/homeóticos definem as fronteiras dos segmentos corporais
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Normal
Deleção para Ubx
Anterior Posterior
T1T1T2
AntpT3
Ubx
Segmentos torácicos
Normal
T1T1T2
AntpDeleção para Ubx
T2
Antp
T1T1T2
AntpT3
Ubx
Segmentos torácicos
Anterior Posterior
RESULTADO: A mutação/ inativação de Ultrabithorax (ubx) extende o limite posterior do segmento torácico, OU
regride o limite anterior do segmento abdominal
O LIMITE ANTERIOR DO DOMÍNIO DE EXPRESSÃO DO
Ultrabithorax DETERMINA O FIM DOS SEGMENTOS ANTERIORES
HIPÓTESE: Os genes homeobox/homeóticos definem os segmentos corporais
COMO ISTO PODE GERAR DIVERSIDADE?
O LIMITE ANTERIOR DO DOMÍNIO DE EXPRESSÃO DE UM
CONJUNTO DE HOX DETERMINA O FIM DOS SEGMENTOS ANTERIORES A ESTES
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A combinação de perfis de expressão gênicas resulta na diferenciação dos segmentos corporais
O que determina o número de pataslocomotoras vs. Maxilipídeos?
maxilepídeo Pata locomotora
T1
T1 T2 T3
T1 T2 T3 T4
Mysidium
Perielimenes
Triops
(Averof e Patel, 1997)
Mysidium
T1
T1
T1
T2
T2
T2
T3
T3
T3
Tórax
Perielimenes
Os segmentos torácicos variam na expressão de Ubx+Abd
Averof, 1997
T4
Ubx+abd
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T1
T1 T2 T3
T1 T2 T3 T4
O primeiro segmento a desenvolver uma pata locomotora é a que expressa Ubx+Abd
A segmentação da espécie varia de acordo com a expressão de Ubx e abdA
O TRONCO DE VERTEBRADOS É SEGMENTADO E EXPRESSA
GENES HOX
OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE
SEGMENTOS/somitos em VERTEBRADOS?
Assim como em invertebrados, em vertebrados o LIMITE ANTERIOR do domínio de expressão de cada gene Hox é mais claro do que o limite posterior
Somitos
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Em vertebrados, o LIMITE ANTERIOR do domínio de expressão de cada gene Hox é mais claro do que o limite posterior
Del
eção
de
Hox
10D
eleç
ão d
e H
ox11
Perda de genes Hox específicos geram perdas de segmentos vertebrais específicos
O LIMITE ANTERIOR DO DOMÍNIO DE EXPRESSÃO DO Ultrabithorax
DETERMINA O FIM DOS SEGMENTOS ANTERIORES
O LIMITE ANTERIOR DO DOMÍNIO DE EXPRESSÃO DE UM
CONJUNTO DE HOX DETERMINA O FIM DOS SEGMENTOS ANTERIORES A ESTES
Mudanças no número de genes
Mudanças no padrão de Expressão
Mudanças no genes-alvo
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O que gera a diferença de asas em Diptera e Lepidoptera?
Normal
T1T1T2
AntpDeleção para Ubx
T2
Antp
Anterior Posterior
T1T1T2
AntpT3
Ubx
Segmentos torácicos
A mutação/ inativação de Ultrabithorax (ubx) extende o limite posterior do segmento torácico
OU, a ausência de Ubx permite crescimento de asas
O que pode ter acontecido em borboletas?
Ubx DSRF ASC Wg
Genes-alvo de Ubx na asa
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Sean Carroll
A diferença entre as asas está nos genes-alvo regulados por Ubx
Sean Carroll
A diferença entre as asas está nos genes-alvo regulados por Ubx
COMO QUE A FUNÇÃO DE UM FATOR DE TRANSCRIÇÃO PODE VARIAR?
1) Alteração na proteína
2) Alteração na região genômica-alvo
A diferença estrutural entre o Ubx de Onychophora e de Drosophila afeta a sua capacidade de regulação gênica –GENES ALVOS DIFERENTES
a) O Ubx de Onychophora não transforma torácico em abdominal
b) O Ubx de Onycophora não reprime Distal-less
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O domínio repressor de Ubx de insetos surgiu como repetições de ALAninas.
Gallant e Carroll, Nature 2002Grenier, 2000
a) O Ubx de Artemia transforma torácico em abdominalb) O Ubx de Artemia não reprime apêndices torácicos
O Ubx de crustácoes tem um domínio na região C-terminal que “ameniza” a capacidade repressora
Espécie Conversão de Toracico para
Abdominal
Repressão de apêndices torácicos
Drosophila SIM SIM
Artemia SIM NÃO
Onychophora NÃO NÃO
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COMO QUE A FUNÇÃO DE UM FATOR DE TRANSCRIÇÃO PODE VARIAR?
1) Alteração na proteína
2) Alteração na região genômica-alvo
Gasterosteus aculeatus
Shapiro e tal., Nature 2004
A “versão”de água doce do Gasterosteus sp. não apresenta espiculas ventrais
Gasterosteus aculeatus
Kingsley et al.
Houve uma modificação genômica no enhancer O “restauro” desta região em populações de água doce estimula formação das espículas
Chan et al., Science 2010
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Mudanças no número de genes
Mudanças no padrão de Expressão
Mudanças no genes-alvo
Critérios para Hox:1. Homologia2. Grupamento no Genoma
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** Evento de duplicação
Ancestral
Hox conservadosHox Novos
Padrão conservadoPadrão modificado
Efeito ajuzantemodificado
Modificado deThe Shape of Life Rudolf A. Raff
Duplicação genômica
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3. A ordem dos genes homeóticos no cromossomo corresponde à ordem temporal e espacial em que são expressos -> colinearidade
COMO É REGULADO A EXPRESSÃO DE GENES HOX?
molecularmente
Tradução Degradação do RNAm
REGULAÇÃO A NÍVEL DE TRANSCRIÇÃO
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GCR= Região de controle globalEnhancer Inicial(contém elementos sensíveis a Ac. Retinoico)
O modelo atual para controle da transcrição no grupamento Hox: A expressão anterior de Hoxc 6 está sempre correlacionada com a formação do membro superior, independente do somito.
Hoxc 8 está sempre no segmento torácico entre os membros
HIPÓTESE:
Hoxc8 DETERMINA A REGIÃO DO FLANCO e o Hoxc6 O
MEMBRO ANTERIOR
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PORQUÊ AS COBRAS NÃO TÊM PERNAS?
Hoxc6
Hoxc8
Hoxc8 DETERMINA A REGIÃO DO FLANCO
PORQUÊ SEU PADRÃO DE EXPRESSÃO VARIOU NA
EVOLUÇÃO?
O HOXC8 em aves tem um domínio de expressão mais curto
Belting et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 (1998)
Comparação do Enhancer Imediato de camudongo e galinha
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O Enhancer imediato de Camudongo confere ao gene LacZ (sob seu controle) uma expressão mais anterior
COMPARAÇÃO DO CONTROLE ESPACIAL DE ENCHANCER IMEDIA TO DE CAMUDONGO X AVES
PNAS 100 (26): 15666-9, 2003Anand et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003 Dec 23;100(26):15666-9.
Comparação do Enhancer Inicial de Hoxc8 entre diferentes espécies
REGULAÇÃO A NÍVEL DE TRADUÇÃO
miRNA ou microRNA
Nature Review Genetics. Outubro 2002
O miRNA é gerado pela transcrição de uma região não-codificante e interfere na expressão do gene-alvo
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Nature Reviews Molecular Cell Biology 5, 827-835 (October 2004
O Anelamento de miRNA a região 3´não-traduzida do RNAm pode interferir na sua tradução
O RNAm para Ubx tem regiões passíveis de regulação por miRNA
No estádio 10, o miRNA e o Ubx estão em células diferentes e o 3´UTR do Ubx tem poucos sítios para miRNA
No estádio 15, o miRNA e o Ubx estão nas mesma célulasE o Ubx contém um 3´UTR com mais sítios para miRNA
PORTANTO o miRNA pode modular a tradução de Ubx
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Nature Review Genetics, Outubro 2008
Existem sítios para regulação por miRNA nos Hox de vertebrados também
Ribossomos são constituídos de rRNA+ proteínas
A proteína Ribosomal RPL38:
1)tem expressão restrita em alguns segmentos
2)Controla a expressão de alguns genes Hox
Camudongos Heterozigotos para a deleção da proteína ribossomal RPL38 apresentam transformações homeóticas
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Ancestral
Hox conservadosHox Novos
Padrão conservadoPadrão modificado
Efeito ajuzantemodificado
Modificado deThe Shape of Life Rudolf A. Raff
•Modificação de enhancers•Sítios-alvo de microRNA•Disponibilidade de proteína ribossomal (!)
Duplicação genômica