Visão Geral da Epigenética

O que é Epigenética

A epigenética investiga o domínio das alterações genéticas reversíveis dentro do genoma relacionadas à expressão gênica. Isso serve como um meio de controle gênico que opera independentemente das modificações na sequência do gene.

Esses processos reguladores podem ser realizados através da metilação, ajustes de histonas, reconfiguração cromossômica e supervisão de RNA não codificante. Esses mecanismos influenciam principalmente as características e funcionalidades dos genes, orquestrando seus processos de transcrição ou tradução.

Ao utilizar essas metodologias, os cientistas podem mapear a extensão da metilação e das modificações da cromatina em uma escala genômica, descobrindo assim variações epigenéticas entre diferentes categorias celulares, variedades de tecidos, fases de desenvolvimento e estados de doença.

Técnicas de Sequenciamento Epigenético

No domínio da pesquisa molecular, compreender a interação dinâmica entre genética e regulação da expressão gênica nunca foi tão crítico. Várias técnicas inovadoras surgiram, cada uma iluminando o intricado mundo das modificações epigenéticas. Neste artigo, exploramos três metodologias proeminentes: ATAC-seq, m6A-seq e técnicas de sequenciamento de metilação de DNA, incluindo WGBS, RRBS e TBS.

• ATAC-seq: Revelando a Acessibilidade da Cromatina
  Uma inovação pioneira, o Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing (ATAC-seq), concebido pelo Prof. William Greenleaf na Universidade de Stanford em 2013, marca um avanço significativo no estudo da acessibilidade da cromatina. Através da união sinérgica de transposases de DNA e tecnologia de sequenciamento de alto rendimento, ATAC-seq facilita a investigação da acessibilidade dos cromossomos. Ao empregar estrategicamente transposases, regiões específicas da cromatina nuclear são abertas em níveis espaciais e temporais definidos. Este acesso sem precedentes revela as sequências regulatórias que governam os transcritos ativos dentro do genoma no nível espacial-temporal correspondente.
  Por favor, leia nosso artigo ATAC-Seq – Um Método para Estudar a Cromatina Aberta para mais informações.
• m6A-seq: Decifrando a Dinâmica da Metilação de RNA
  A N6-metiladenosina (m6A), uma modificação de metilação prevalente nas sequências de mRNA eucariótico, exerce uma influência substancial sobre o transcriptoma eucariótico. m6A-seq elucida essa dinâmica complexa ao delinear seu papel funcional no splicing de mRNA, nucleação, localização, tradução e estabilização. Com a participação do RNA m6A em processos celulares vitais, seu impacto ressoa em diferenciação de células-tronco, biorritmos e no espectro de doenças que abrangem tumores, obesidade e infertilidade.
• WGBS: Mapeamento da Metilação de DNA em Todo o Genoma
  O sequenciamento de bisulfito de todo o genoma (WGBS) constitui uma poderosa via para obter insights abrangentes sobre metilação que abrangem Ilhas CpG e regiões não Ilhas CpG. Ao examinar as variações de metilação em amostras distintas, os pesquisadores descobrem o papel crucial da metilação de DNA na regulação gênica e no início da doença. Notável por sua cobertura de alta resolução e alta precisão em todo o genoma, o WGBS fornece dados inestimáveis. No entanto, sua natureza custosa e o complexo pipeline de análise de dados apresentam desafios, especialmente em empreendimentos que envolvem tamanhos de amostra consideráveis e conjuntos de dados extensos.
  Leia nosso artigo Princípios e Fluxo de Trabalho do Sequenciamento de Bisulfito de Todo o Genoma.
• RRBS: Sequenciamento de Metilação de Precisão
  O Sequenciamento de Bisulfito de Representação Reduzida (RRBS) destaca-se como uma abordagem eficaz voltada para o sequenciamento de metilação em setores do genoma ricos em CpG. Este método enriquece fragmentos ricos em CCGG através da digestão com enzimas de restrição, seguido por sequenciamento de metilação com resolução de base única via tratamento com bisulfito e tecnologia de sequenciamento de alto rendimento. Em contraste com o WGBS, RRBS oferece uma solução econômica com volume de sequenciamento significativamente reduzido, tornando-se uma opção preferida para investigações clínicas em larga escala.
  Consulte Uma Introdução ao Sequenciamento de Bisulfito de Representação Reduzida (RRBS).
• Sequenciamento de Bisulfito Direcionado: Insight Epigenético Direcionado
  O Sequenciamento de Bisulfito Direcionado (TBS) utiliza captura de PCR multiplex de sulfito e sequenciamento de alta profundidade NGS como sua tecnologia base. Projetado para detectar uma gama seletiva de genes ou locais CpG, o TBS possui uma precisão notável, alto rendimento e custo-eficiência. Seu tempo de ciclo rápido eleva ainda mais sua utilidade, particularmente em triagens de biomarcadores de metilação em múltiplos locos, validação e tradução clínica envolvendo amostras clínicas.
• hMeDIP-Seq
  hMeDIP-Seq (imunoprecipitação de DNA hidroximetilado seguida de sequenciamento) é uma técnica de biologia molecular utilizada para estudar a distribuição de modificações de 5-hidroximetilcitosina (5hmC) no DNA genômico. A 5hmC é uma modificação epigenética que desempenha um papel crucial em vários processos biológicos, incluindo regulação da expressão gênica, diferenciação celular e desenvolvimento. O hMeDIP-Seq baseia-se nos princípios do MeDIP-Seq (Imunoprecipitação de DNA Metilado seguida de sequenciamento), um método utilizado para estudar modificações de 5-metilcitosina (5mC).

Aplicações do Sequenciamento Epigenético

• Biologia do Desenvolvimento Revelada
  A exploração epigenética revelou as contribuições fundamentais das modificações de histonas no domínio do desenvolvimento embrionário e organogênese. Investigar as mudanças nas modificações de histonas ilumina as complexidades moleculares subjacentes aos processos embrionários, incluindo a diferenciação de células-tronco e a determinação do destino celular.
• Iluminando a Pesquisa de Doenças
  No domínio da pesquisa de doenças, o foco recai sobre as modificações de histonas como jogadores significativos na gênese e avanço de várias condições. Modificações de histonas aberrantes, abrangendo irregularidades em acetilação, metilação e ubiquitinação, estão intimamente ligadas ao início e progressão de certos tipos de câncer. Examinar essas anomalias abre caminho para novas percepções na identificação de novos marcadores tumorais, oferecendo assim avenidas inovadoras para a detecção precoce e tratamento do câncer.
• Pioneirismo no Desenvolvimento de Medicamentos
  A área de desenvolvimento de medicamentos foi revolucionada pela utilização de modificações de histonas como alvos moduladores. Notavelmente, medicamentos projetados para influenciar modificações de histonas encontraram seu lugar no tratamento de diversas doenças. Um exemplo primordial é a aplicação de inibidores de histona desacetilase, amplamente utilizados no combate ao câncer e a distúrbios neurodegenerativos. Da mesma forma, inibidores de metilase demonstram eficácia no tratamento de leucemias específicas. O estudo das modificações de histonas e a busca por alvos de modificação inexplorados estão prontos para revitalizar conceitos inovadores no desenvolvimento de medicamentos.
• Revelando Insights Evolutivos:
  A importância da herança epigenética na grande tapeçaria da evolução vem à tona através da análise de modificações de histonas em diferentes espécies. Ao comparar padrões de modificação de histonas entre diversos organismos, obtemos uma compreensão mais profunda das disparidades entre espécies e das reverberações dessas disparidades na formação de adaptações aos seus ambientes e trajetórias evolutivas abrangentes.