Como a função cerebral pode mudar o DNA

1. Modificações epigenéticas

Alterações epigenéticas são alterações nas moléculas de DNA que não alteram o código genético subjacente. Mas essas mudanças podem afetar a expressão gênica. A função cerebral pode ser afetada por mudanças epigenéticas de várias maneiras, incluindo estresse, fatores ambientais e experiência. Por exemplo, estudos mostraram que o estresse no início da vida pode levar a mudanças epigenéticas que alteram a expressão de genes relacionados ao estresse e à regulação emocional.

A função cerebral pode afetar as alterações do DNA por meio da ação de certas enzimas conhecidas como DNA metiltransferases (DNMTs). Essas enzimas adicionam um grupo químico chamado grupo metil a locais específicos na molécula de DNA, o que pode afetar a expressão gênica.

Estudos demonstraram que a atividade da DNMT pode ser afetada por uma variedade de fatores relacionados à função cerebral, incluindo estresse, aprendizado e memória, drogas ou outros estímulos ambientais. Por exemplo, foi demonstrado que o estresse aumenta a atividade da DNMT em certas regiões do cérebro, levando a mudanças na expressão gênica que podem contribuir para a ansiedade ou depressão.

Além dos DNMTs, outros efeitos epigenéticos também podem desempenhar um papel nas alterações do DNA pela função cerebral. Isso inclui modificações de histonas, que envolvem alterações nas proteínas que empacotam o DNA nas células e moléculas de RNA não codificantes, que podem interagir com o DNA ou outras moléculas de RNA para regular a expressão gênica.

2. Atividade neuronal

A atividade neuronal também pode afetar o DNA. Por exemplo, estudos mostraram que a atividade neuronal pode levar a mudanças na estrutura da cromatina, o que pode afetar a expressão e a função do gene. Além disso, pesquisas recentes sugeriram que os neurônios também podem transferir material genético, como microRNAs, para outras células do cérebro, o que pode afetar a expressão gênica e a função nessas células.

Estudos demonstraram que a atividade neuronal pode estimular a atividade de enzimas chamadas histonas acetiltransferases (HATs). Eles adicionam grupos acetil às proteínas histonas ligadas ao DNA. Essa modificação pode levar a um aumento na expressão gênica. Em contraste, outras enzimas, como as histonas desacetilases (HDACs), podem remover os grupos acetil das histonas. Isso leva a uma diminuição na expressão gênica. Estudos demonstraram que a atividade de HDAC pode ser inibida por neurotransmissores como a dopamina e a serotonina.

Além das modificações das histonas, a atividade neuronal também pode afetar a metilação do DNA. Nesse processo, grupos metil são adicionados ao DNA, que podem reprimir a expressão gênica. Estudos demonstraram que a atividade neuronal pode afetar a atividade das DNA metiltransferases (DNMTs), que catalisam a metilação do DNA.

3. Plasticidade neuronal

A plasticidade neuronal é a capacidade do cérebro de mudar em resposta a experiências e fatores ambientais. Esse processo envolve mudanças na expressão e função gênica, que podem ser afetadas por modificações no DNA.

Estudos têm mostrado que a atividade neuronal pode ativar o fator de transcrição CREB (cAMP response element-binding protein), o que pode levar a mudanças na expressão gênica importantes para a formação da memória de longo prazo. O CREB pode se ligar a sequências específicas de DNA conhecidas como elementos de resposta ao cAMP (CREs) e regular a expressão de genes envolvidos na plasticidade sináptica e na consolidação da memória.

Além do CREB, outros fatores de transcrição, como BDNF (fator neurotrófico derivado do cérebro) e NF-kB (fator nuclear kappa B), também demonstraram influenciar a plasticidade neuronal e podem induzir alterações na expressão gênica que levam à estrutura do DNA. mudado.

Modificações epigenéticas, como modificações de histonas e metilação do DNA, também podem ser afetadas pela plasticidade neuronal, levando a mudanças na expressão gênica que alteram a função e o comportamento do cérebro. Por exemplo, estudos mostraram que mudanças na acetilação e metilação de histonas podem ocorrer em resposta à atividade neuronal. Eles alteram a expressão gênica que é importante para a plasticidade sináptica e a formação da memória.

4. Células-tronco neurais

As células-tronco neurais são responsáveis por gerar novos neurônios no cérebro e podem ser afetadas por modificações no DNA. Por exemplo, estudos mostraram que a metilação do DNA pode regular a diferenciação de células-tronco neurais em diferentes tipos de neurônios. As células-tronco neurais são um tipo de célula-tronco que pode se diferenciar em diferentes tipos de células neurais, incluindo neurônios e células gliais. Essas células têm a capacidade de alterar seu DNA por meio de um processo chamado regulação epigenética.

doadores de metila

Os doadores de metila, como a S-adenosilmetionina (SAM), estão envolvidos no processo de metilação do DNA, que adiciona grupos metil às bases de citosina do DNA. Esta modificação pode alterar a expressão gênica.

Enzimas modificadoras de histonas

As enzimas que modificam as proteínas histonas, que estão ligadas ao DNA nas células, também estão envolvidas na modificação do DNA. Por exemplo, as histonas acetiltransferases (HATs) adicionam grupos acetil às histonas, levando a alterações na expressão gênica, enquanto as histonas desacetilases (HDACs) removem grupos acetil, levando a alterações na repressão gênica.

Pequenos RNAs não codificantes

Pequenos RNAs não codificantes, como microRNAs (miRNAs) e pequenos RNAs interferentes (siRNAs), estão envolvidos na regulação da expressão gênica por meio de suas interações com o RNA mensageiro (mRNA). Essas interações podem levar à degradação do mRNA ou à inibição da tradução, resultando em alterações na expressão gênica.

Toxinas ambientais

Várias toxinas ambientais também podem modificar a estrutura e a função do DNA. Por exemplo, a exposição à fumaça do tabaco pode causar danos ao DNA que podem alterar a expressão gênica e contribuir para o desenvolvimento do câncer.

Drogas epigenéticas

Uma série de drogas foram desenvolvidas que têm como alvo os mecanismos epigenéticos e podem modificar a estrutura e a função do DNA. Estes incluem inibidores da metilação do DNA, como 5-azacitidina e inibidores da histona desacetilase, como o vorinostat.