Epigenética em colmeias de abelhas

Autor(es)

Carlos Antônio Mendes Cardoso Júnior

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Ribeirão Preto.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto (PCARP/BC)
• Data de defesa: 2020-05-14

Membros da banca

Klaus Hartmann Hartfelder; Maurício Machaim Franco; Ester Silveira Ramos; Dario Simões Zamboni

• Orientador: Klaus Hartmann Hartfelder

Resumo

Mecanismos epigenéticos desempenham um papel importante na expressão gênica alterando a estrutura da cromatina sem alterar a sequência do DNA. Os mecanismos melhores estudados são a metilação do DNA, modificações pós-traducionais nas histonas e RNAs não-codificantes. Este trabalho teve como objetivo explorar as funções desses mecanismos epigenéticos em diversos processos do ciclo de vida de abelhas adultas da espécie Apis mellifera. Primeiramente, estudamos o papel da metilação do DNA na longevidade de operárias e rainhas. Neste contexto, nós determinamos os efeitos de estímulos sociais, como feromônios e variações demográficas sazonais em colmeias de abelhas, na expressão de genes codificadores de enzimas que promovem modificações epigenéticas no DNA, RNA e histonas. Finalmente, investigamos como o gene codificador da DNA metiltransferase 3 (DNMT3), uma enzima chave na reprogramação da metilação do DNA, é regulada durante a maior transição da vida das operárias, nomeadamente, a transição entre o cuidado da cria e o forrageamento. Nossas análises da expressão dos genes das Dnmts e ensaios funcionais de suas atividades enzimáticas mostraram que a metilação do DNA está associada a longevidade de abelhas operárias, provavelmente envolvendo a regulação da vitelogenina, uma proteína que controla as taxas de maturação comportamental desta casta. Além disso, fatores ambientais (ex: feromônio da rainha e exposição à larvas ou adultos jovens) regulam a expressão de genes que codificam modificadores epigenéticos do DNA, RNA e histonas. Esses dados sugerem que reprogramações epigenéticas controlam a expressão gênica, permitindo adaptação a novos ambientes sociais. Uma segunda parte importante deste projeto gerou dados de metilomas através do sequenciamento de bissulfito para comparar genes diferencialmente metilados nos cérebros e ovários de operárias sujeitas a contextos sociais distintos. Interessantemente, e ao contrário do esperado, esses resultados revelaram poucas alterações na metilação do DNA em resposta a um novo contexto social, apesar de alterações significativas na expressão dos genes Dnmt. Além disso, os padrões de metilação em ovários e cérebros são quase idênticos, apesar das diferenças funcionais nesses tecidos, indicando também que é improvável que a metilação do DNA regule a expressão gênica em abelhas. Isso nos leva a concluir que a maquinaria de metilação do DNA possivelmente possuem outras funções, as quais não são diretamente associadas à metilação do DNA. De acordo com essa hipótese, análises in silico e dados de microscopia confocal mostraram a localização citoplasmática da proteína DNMT3, a qual foi encontrada predominantemente associada a vesículas lipídicas de células do corpo gorduroso. Finalmente, descobrimos que o microRNA de abelhas ame-miR-29b é um regulador autêntico da expressão de Dnmt3, e essa função é conservada evolutivamente entre abelhas e mamíferos, incluindo humanos. Em conclusão, este estudo revelou um grau considerável e inesperado de complexidade nos papéis dos mecanismos epigenéticos e sua regulação da expressão gênica na vida social das abelhas. (AU)

• Processo FAPESP: 16/15881-0 - Análises epigenéticas e expressão gênica do trade-off (longevidade x reprodução) de rainhas em Apis mellifera L. (Apidae, Hymenoptera)
• Beneficiário: Carlos Antônio Mendes Cardoso Júnior
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto