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Modelagem molecular e imunodetecção de DNA Metiltransferases 2 de Drosofilídeos : uma abordagem evolutiva da enigmática DNMT2

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Modelagem molecular e imunodetecção de DNA Metiltransferases 2 de Drosofilídeos : uma abordagem evolutiva da enigmática DNMT2

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Título Modelagem molecular e imunodetecção de DNA Metiltransferases 2 de Drosofilídeos : uma abordagem evolutiva da enigmática DNMT2
Autor Vieira, Gilberto Cavalheiro
Orientador Gaiesky, Vera Lucia da Silva Valente
Co-orientador Sinigaglia, Marialva
Data 2015
Nível Mestrado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Biociências. Programa de Pós-Graduação em Genética e Biologia Molecular.
Assunto Drosophilidae
Epigenética
Metilação de DNA
Metiltransferases
Resumo A metilação do DNA genômico é um dos principais mecanismos de regulação epigenética nos organismos. Dentre as diferentes classes de DNA MTase, as m5C-MTase são as que se distribuem amplamente de procariotos a eucariotos. Em vertebrados existem três diferentes famílias: DNMT1, DNMT2 e DNMT3a e 3b. A DNMT1 possui atividade junto ao DNA hemimetilado. As DNMT3a e 3b são responsáveis pela metilação de novo. Já a subfamília DNMT2 possui seus sítios catalíticos altamente conservados, desde procariotos até eucariotos, possuindo propriedades que permitem executar funções tanto de metilação de novo, assim como de manutenção de metilação. Além disso, as enzimas da família DNMT2 podem atuar metilando citosinas genômicas ou de tRNAs. Em mamíferos, invertebrados e plantas a DNMT2 é classificada, prioritariamente in vivo como uma tRNA MTase. Entretanto, já foi descrita atividade de DNA MTase por parte dessas enzimas, mesmo que em baixos níveis. O que se discute são as atividades preferenciais da DNMT2 e os mecanismos que modulam sua atividade, pois se reconhece que em organismos que não possuem as MTases canônicas (DNMT1 e DNMT3), mas apresentam metilação em seu genoma, é a DNMT2 que atua como MTase em ambos os substratos. Espécies de Drosophila são conhecidas como de Dnmt2-only, justamente por possuírem apenas a DNMT2 na função de metilação de citosinas. A importância de seu papel no âmbito ecológico e evolutivo nesse grupo de espécies se reflete na presença de fenômenos peculiares, como a metilação sexo-específica presente em espécies do subgrupo willistoni de Drosophila, descrito por nosso grupo de pesquisa. No presente trabalho realizou-se a modelagem das enzimas DNMT2 de D. melanogaster, D. willistoni e Mus musculus com diferentes metodologias. A partir desses modelos realizaram-se análises comparativas com as estruturas cristalográficas de DNMT2 depositadas no banco de dados PDB, com o objetivo de estabelecer as relações evolutivas e funcionais entre as diferentes enzimas. Adicionalmente, de posse de modelos de DNMT2 - de validada qualidade - de duas espécies pertencentes a diferentes grupos evolutivos de drosofilídeos, realizaram-se estudos de caracterização evolutiva e estrutural das 22 espécies que tiveram seus genomas sequenciados e depositados no bando de dados Flybase, somando-se a essas a sequência de DNMT2 de Drosophila tropicalis (subgrupo willistoni), sequenciado por nosso grupo de pesquisa. Os resultados das análises evolutivas e estruturais sugerem propriedades diferenciais entre as DNMT2 de espécies do subgrupo willistoni em relação às demais. Estes resultados indicam que mesmo em espécies que possuem relações evolutivas próximas possam ocorrer mecanismos adaptativos que estabeleçam gradações na afinidade das DNMT2 por diferentes substratos, sem que para isso ocorram drásticas mudanças na arquitetura da enzima.
Abstract The methylation of genomic DNA is a major mechanism of epigenetic regulation in organisms. Among the different classes of DNA MTase the M5C-MTase are as widely distributed in prokaryotes to eukaryotes. In vertebrates there are three different families: DNMT1, DNMT2 and DNMT3a and 3b. The DNMT1 has activity with the hemimethylated DNA. The DNMT3a and 3b are responsible for de novo methylation. While the DNMT2 subfamily has its catalytic sites highly conserved from prokaryotes to eukaryotes, having properties that allow performing functions of both de novo and maintenance methylation. Furthermore, the DNMT2 family can act methylating cytokines, tRNAs or DNA. In mammals, invertebrates and plants, DNMT2 is classified primarily in vivo as a tRNA MTase. However,DNA-MTase activity by these enzymes has been described, even at low levels. The question is the preferred activities of DNMT2 and mechanisms that modulate its activity, because in organisms that do not have the canonical DNA-MTases (DNMT1 and DNMT3), but have cytokines methylated in its genome, the DNMT2 acts as MTase on both substrates. Drosophila species are known as Dnmt2-only. The importance of DNMT2’s role in ecological and evolutionary context in this species group is reflected by presence of a peculiar phenomenon: the sex-specific methylation described by our research group, presents in willistoni subgroup of Drosophila. In this study, DNMT2 of D. melanogaster, D. willistoni and Mus musculus were modeled by different methodologies. comparative analyzes with the crystallographic DNMT2 structures deposited in the PDB database were performed from these models, in order to establish the evolutionary and functional relationships between the different enzymes. Additionally, evolutionary and structural characterization studies of the 22 species, with the validated DNMT2 models of two species belonging to different evolutionary drosophilids groups, were conducted that have had their genomes sequenced and deposited in FlyBase data pack, adding the DNMT2 sequence of Drosophila tropicalis (willistoni subgroup) sequenced by our research group. The results of evolutionary and structural analyzes suggest differences between the DNMT2 properties of subgroup willistoni species from the other drosophilids. These results indicate that even species that have close evolutionary relationships may have adaptive mechanisms that establish gradations of DNMT2 affinity for different substrates, without the need of drastic changes in enzyme architecture.
Tipo Dissertação
URI http://hdl.handle.net/10183/117889
Arquivos Descrição Formato
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