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ARTIGO
DE
REVISÃO
Obese
fathers
lead
to
an
altered
metabolism
and
obesity
in
their
children
in
adulthood:
review
of
experimental
and
human
studies
夽
Fernanda
Ornellas,
Priscila
V.
Carapeto,
Carlos
A.
Mandarim-de-Lacerda
∗e
Marcia
B.
Aguila
UniversidadedoEstadodoRiodeJaneiro(UERJ),CentroBiomédico,LaboratóriodeMorfometriaMetabolismoeDoenc¸as Cardiovasculares,RiodeJaneiro,RJ,Brasil
Recebidoem29dedezembrode2016;aceitoem18dejaneirode2017
KEYWORDS
Paternalobesity; Programming; Obesechild; Chronicdiseases programming; Epigenetics
Abstract
Objective: Todiscusstherecentliteratureonpaternalobesity,focusingonthepossible mecha-nismsoftransmissionofthephenotypesfromthefathertothechildren.
Sources: A non-systematic reviewin thePubMed database found fewpublications inwhich paternalobesitywasimplicatedintheadversetransmissionofcharacteristicstooffspring. Spe-cificarticlesonepigeneticswerealsoevaluated.Asthesubjectisrecentandstillcontroversial, allarticleswereconsideredregardlessofyearofpublication.
Summaryoffindings: Studiesinhumansandanimals haveestablished thatpaternalobesity impairstheirhormones,metabolism,andspermfunction,whichcanbetransmittedtotheir offspring.Inhumans,paternalobesityresultsininsulinresistance/type2diabetesandincreased levelsofcortisolinumbilicalcordblood,whichincreasestheriskfactorsforcardiovascular dise-ase.Notably,thereisanassociationbetweenbodyfatinparentsandtheprevalenceofobesity intheirdaughters.Inanimals,paternalobesityledtooffspringalterationsonglucose-insulin homeostasis, hepaticlipogenesis,hypothalamus/feedingbehavior,kidneyoftheoffspring;it alsoimpairsthereproductivepotentialofmaleoffspringwithspermoxidativestressand mito-chondrialdysfunction.Anexplanationfortheseobservations(humanandanimal)isepigenetics, consideredtheprimarytoolforthetransmissionofphenotypesfromthefathertooffspring, suchasDNAmethylation,histonemodifications,andnon-codingRNA.
DOIserefereaoartigo:
http://dx.doi.org/10.1016/j.jped.2017.02.004
夽 Comocitaresteartigo:OrnellasF,CarapetoPV,Mandarim-de-LacerdaCA,AguilaMB.Obesefathersleadtoanalteredmetabolismand obesityintheirchildreninadulthood:reviewofexperimentalandhumanstudies.JPediatr(RioJ).2017;93:551---9.
∗Autorparacorrespondência.
E-mails:[email protected],[email protected](C.A.Mandarim-de-Lacerda).
Conclusions: Paternalobesitycaninduceprogrammedphenotypesinoffspringthrough epige-netics.Therefore,itcanbeconsideredapublichealthproblem,affectingthechildren’sfuture life.
©2017SociedadeBrasileiradePediatria.PublishedbyElsevierEditoraLtda.Thisisanopen accessarticleundertheCCBY-NC-NDlicense(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/ 4.0/).
PALAVRAS-CHAVE
Obesidadepaterna; Programac¸ão; Crianc¸aobesa; Programac¸ão dedoenc¸ascrônicas; Epigenética
Paisobesoslevamametabolismoalteradoeobesidadeemseusfilhosnaidade adulta:revisãodeestudosexperimentaisehumanos
Resumo
Objetivo: Discutiraliteraturarecentesobreobesidadepaterna,focalizandoospossíveis meca-nismosdetransmissãodosfenótiposdopaiparaosfilhos.
Fontes: Umarevisãonão-sistemáticanobancodedadosPubMedencontroupoucaspublicac¸ões comobesidadepaternaimplicadacomatransmissãoadversadascaracterísticasàprole. Arti-gosespecíficossobreepigenéticatambémforamavaliados.Comooassuntoérecenteeainda controverso,todosostrabalhosforamconsideradosindependentementedoanodepublicac¸ão. Resumodosachados: Estudosemsereshumanoseanimaisestabeleceramqueaobesidadedo paiprejudicaseushormônios,metabolismoefunc¸ãoespermática,quepodesertransmitidaà prole.Emhumanos,aobesidadepaternaresultaemresistênciaàinsulina/diabetestipo2e aumentodoníveldecortisolnosanguedocordãoumbilical,queaumentaosfatoresderisco paradoenc¸acardiovascular.Notavelmente,existeassociac¸ãoentreagorduracorporalnospais eaprevalênciadeobesidadeemsuasfilhas.Emanimais,paisobesoscondicionam,naprole,a homeostaseglicose-insulina,lipogênesehepática,hipotálamo/comportamentoalimentar,rim, prejudicamo potencialreprodutivo daprolemasculinacom estresseoxidativo espermático e disfunc¸ãomitocondrial. Uma explicac¸ão para estas observac¸ões (humanos eanimais) éa epigenética,consideradaaferramentabásicaparaatransmissãodefenótiposdopaiàprole, comoametilac¸ãodoDNA,modificac¸õesnashistonas,eRNAnãocodificante.
Conclusões: Aobesidadepaternapodeinduzirfenótiposprogramadosnaproleatravésda epi-genética.Portanto,aobesidadepaternapodeserconsideradaumproblemadesaúdepública, afetandoavidafuturadascrianc¸as.
©2017SociedadeBrasileiradePediatria.PublicadoporElsevierEditoraLtda.Este ´eumartigo OpenAccesssobumalicenc¸aCCBY-NC-ND(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4. 0/).
Introduc
¸ão
A obesidade tem crescido de forma desordenada, consti-tuindo uma epidemia real descrita como ‘‘globesidade’’, o que representa um grave problema de saúde pública atualmente.1
Sabemosagora que orisco dedesenvolverobesidadee síndromemetabólica(SM)naidadeadultapodeser influen-ciado pelo período devida inicial, especialmenteatravés de uma nutric¸ão inadequada disponível para o feto e o recém-nascido.2,3‘‘Programac¸ão’’écomochamamoso pro-cessopeloqualosfatoresiniciaisdavidapodeminfluenciar a saúdeda prole na idade adulta. A programac¸ão é con-sideradaummecanismo essencial parao estabelecimento daobesidadee alterac¸ões metabólicasna prole.4,5 Vários modelos são utilizados para compreender os mecanismos associados à programac¸ão, em que o ambiente hormonal e metabólico durante o período pré-natal ou pós-natal é alteradopormudanc¸asnoestadonutricionalmaterno.6---8
Amaioria dosestudosepidemiológicose experimentais centralizou-senainfluênciadamãenasaúdedaprole.No entanto,experiênciasrecentescomroedoresdemonstraram o envolvimento do pai afetando a homeostase da glicose
e a vida útil das ilhotas pancreáticasna prole feminina.9 Ostestes clínicos e em animaisdesafiaram asideias con-vencionaissobreaprogramac¸ãometabólica,sugerindoque algomaispoderiaestarenvolvidonesseprocessoatravésda programac¸ãopaterna.Estudosrecentesagora indicamque asaúdemetabólicadopainaconcepc¸ãotambémpode afe-tarasaúdedascrianc¸as,compaisobesosmaispropensosa gerarumacrianc¸aobesa.10
Nestarevisão, relatamos as descobertas recentes e os mecanismospropostosenvolvidosnaprogramac¸ãodopaina prole.
Estudos
humanos
queaprevalênciadaobesidadeaumenta,éresponsávelpor umaproporc¸ãocadavezmaiordofardogeraldadoenc¸a.9,11 Háevidênciasclarasdequeosfatoresnutricionaisdopai desempenhamumpapelsignificativonasaúdedaprole.Por exemplo,háumacorrelac¸ãoentrequantidadesabsolutase relativasdegorduracorporalpaternaeosmesmos parâme-trosemsuasfilhascomidadeentre4,8e8,9anos.12 Além disso,oíndicedemassacorporaldopai(IMC)podemodularo fenótipodaproledemaneirasexo-dependente.Nosquadros deumestudo decoorte familiar(899 triosconsistindo de paiseprole),oIMCpaternocorrelacionou-secomopesoao nascer,odiâmetrobiparietal,acircunferênciadacabec¸a,o diâmetroabdominal,acircunferênciaabdominaleo diâme-trotorácicoapenasnosrecém-nascidosdosexomasculino.12 Ospais13ouavôs14expostosàsobrealimentac¸ãoourestric¸ão alimentarnoperíododeidadede9a12anos predetermi-namlongevidade reduzida na prole masculina. A segunda gerac¸ãodedescendentesdessesavôsteveumriscoquatro vezesaumentadodemortalidadepordiabetes.15
No norte da Suécia, o seguimento de três gerac¸ões demonstrou que o consumo excessivo de alimentos de um avô está associado à reduc¸ão da capacidade de sobrevivência14eaoaumentodoriscodediabetes15emseus netos.Oinícioprecocedotabagismodoavôtambémestá relacionado ao aumento doIMC doneto.16 Essa evidência indicaqueosfatoresnutricionaisdopai,nãoapenasantes daconcepc¸ão,mastambématémesmonapuberdadedopai, podemafetaraproledemaneirasexo-dependente.17Além disso,existeumainterac¸ãoentregenesparentaisefatores ambientais parentaisque têm umefeito sobreo fenótipo daprole.18Ainterac¸ãogene-meioambientetorna-seainda maiscomplicada,poistambémsesabequeostatus socioe-conômicodeumindivíduopareceterefeitosopostossobre aobesidadeempaísespobresericos.19
No pai, odesequilíbrio calóricoimpostopelas escolhas deestilodevida,incluindooaltoconsumodealimentose abaixa atividadefísica,são fatoresaseremconsiderados em estudos de programac¸ão. As modificac¸ões epigenéti-cas podem ocorrer durante a vida de muitos indivíduos dentrodeumapopulac¸ãoe,assim,seremtransmitidas ime-diatamente para um grande número de descendentes na próximagerac¸ão,aocontráriodoseventosgenômicosquese espalhamlentamenteporumapopulac¸ão.20Éprovávelque mudanc¸asnascircunstânciasem dentrodoindivíduoouao longodeváriasgerac¸õespossamrecrutaralelossilenciosos de volta ao genoma ativo e contribuir para a reversibili-dade de mudanc¸as adaptativas ou adquiridas. Um estudo recenteemhomensobesosmostroualterac¸õesnomicroRNA circulante (miRNA) que têm como alvo o VEGF (fator de crescimento endotelial vascular), proteínas quinases de mitogênioativadonotecidoadiposo,quefoireversívelapós aperdadepeso.21
OIMCdopaiduranteaconcepc¸ãofoiassociadoao desen-volvimento fetal da prole masculina, mas não da prole feminina.OIMCdopaicorrelacionou-sesignificativamente comopeso aonascer eodiâmetrobiparietalperinatal,a circunferênciadacabec¸a,odiâmetroabdominal,a circun-ferênciaabdominaleodiâmetrotorácicomedidonaprole masculina.Nãohouvecorrelac¸õessignificativasentreoIMC paternoe essesparâmetrosna prole feminina.Onível de cortisoldosanguedocordãoumbilicaltambémfoi associ-adoao IMC do pai apenasna prole masculina.Os autores
concluíramqueumefeitotransgeracionalsexo-específicodo IMCdopainasecrec¸ãofetaldecortisolpoderepresentarum fatorderiscoparadoenc¸ascardiovascularesemprole mas-culinanavidaadulta.12Alémdisso,oaumentodoIMCdopai estáassociadoàdiminuic¸ãododesenvolvimentodo blasto-cistosetaxasdenascidosvivosapósafertilizac¸ãoinvitro.22 Nopai obeso (IMC> 25kg/m2),detectou-se uma elevac¸ão
nasespéciesreativasdeoxigênionoesperma,aumentodos níveis deneopterina nolíquido seminal (um marcador de ativac¸ão de macrófagos do trato reprodutor), diminuic¸ão dacontagemde espermatozoidese níveisde testosterona séricaeaumentodoestradiolsérico.23
Estudos
em
animais
Modelosanimaisdeobesidademasculinaestãosendo utiliza-dosparaavaliaroimpactodaprogramac¸ãopaternanaprole eanalisarafunc¸ãoespermáticadopaiobeso.Osmodelos animaissãoimportantesdevidoàsdificuldadesemseparar osefeitos dacomposic¸ãogenéticapaternadasexposic¸ões ambientais do pai sobre a prole,10 bem como agrupar e interpretardadosdeestudoshumanos.Amelhor compreen-sãodosmecanismosdeprogramac¸ão paternapodeajudar asintervenc¸õesparaminimizarosefeitosadversossobrea prole.24
Umaprogramac¸ãopaterna(quandoospaisobesoslevam aodistúrbiodahomeostaseglicose-insulinana prole femi-nina) foi inicialmente descrita em animais.9 Pais obesos também programam a lipogênese e a beta-oxidac¸ão no fígado25 e ohipotálamodaprole (ainflamac¸ão do hipotá-lamofoiencontradanaprole,comoaumentodasexpressões deIL(interleucina)-6eTNF(fatordenecrosetumoral).6
Ospaisobesos tambémalteraram o rimna prole, com danostubularese perdadaborda em escovatubular,mas nãodanosglomerulares.OgeneAcat1(geneda colesterol--aciltransferase-1), envolvido na entrada de ácido graxo paraabeta-oxidac¸ãonostúbulos,mostrouup-regulac¸ãona prole.26
O desenvolvimento de células germinativas masculinas demamíferosésuscetíveladanoemdiferentesmomentos emdoenc¸asespecíficasdaprolenavidaadulta: desenvolvi-mentoembrionário,primeirainfânciae idadepré-púbere, e preconcepc¸ão e espermatogênese na idade adulta.27-29 Aobesidadedopaiafetanegativamenteopotencial repro-dutivo da prole masculina, não só alterando a func¸ão, qualidadeecomposic¸ãomoleculardoesperma,mastambém aumentandooestresseoxidativodoesperma,contribuindo paraodanoaoDNAeadisfunc¸ãomitocondrial.30
Muitosestudosem modelosanimais concentram-senos fatores adversos que influenciam a exposic¸ão do pai do períodopré-púbereàpreconcepc¸ão.Portanto,émais plau-sível considerar que o epigenoma sofre reprogramac¸ão em embriões pré-implantac¸ão e células germinativas primordiais.31
modificouaexpressão devários microRNAs,concomitante com alterac¸ões no conteúdo de microRNA do esperma e uma reduc¸ão na metilac¸ão global do DNA das células germinativas.32
Desde o momento em que o blastocisto é formado, a pré-implantac¸ão acabou, e uma nova etapa comec¸a --- o desenvolvimento dentro do útero. Depois de entrar nas gônadas, as células germinativas primordiais se conver-tem em gonócitos e em modelos de camundongos ocorre a diminuic¸ão dos níveis de metilac¸ão do DNA.33 As res-ponsabilidadesprimárias nessetempodejanelaabrangem aexpressão dogene célula-específico,a diferenciac¸ãode tecidoseosepigenomastecido-específicos.27
Pais camundongos obesos tiveram retenc¸ão de H3 e impressõesgenômicasnoespermae diferenc¸asna expres-sãodemRNAhepáticodeváriosgenesrelacionadosàsíntese degordurana prole.Observaram-sediferenc¸asna expres-são hepática de Mt1 e Mt2 (metalotioneína-1 e -2), Fasn (ácido graxo sintase), P450 citocromo oxidoredutase34 e Acaca(acetil-CoAcarboxilase-␣)comaidadede24 sema-nas.Opaiobesotambémaumentouaocupac¸ãodahistona H3nospromotoresdegenesresponsáveispelo desenvolvi-mentoembrionárioeaumentodoH3K4me1(monometilac¸ão da lisina 4 na histona H3) em genes responsáveis pela regulac¸ãodaembriogênesenosespermatozoides.Nototal, osachadossugeremqueaexposic¸ãodietéticapodemodular acomposic¸ãodehistonasemgenesenvolvidosnoprocesso dedesenvolvimento.35
Epigenética
Os mecanismos que explicam como o pai pode afetar o desenvolvimentoda prole ainda estão em debate. A epi-genética é a principal ferramenta para a transmissão de fenótipospaternosàprole,porqueosestímulosnutricionais transitóriosem estágios críticos daontogênesepodemter influêncianaexpressãodeváriosgenesatravésdemudanc¸as naconformac¸ãodacromatinaenaacessibilidadedosfatores detranscric¸ão.36
Portanto,otermoepigenético(prefixogregoepi-(´): sobre,fora de, ao redor), proposto por Conrad Wadding-ton, é descrito como um ‘‘processo de desenvolvimento dofenótipo a partir do genótipo’’.37 Em outraspalavras, aepigenéticaéqualquermodificac¸ãotransmissívele rever-sívelnaexpressãodeumgenesemalterac¸ãoestruturalna sequênciadoDNA.38Diferentedavariac¸ãogenéticadalinha germinal,quepermaneceinalteradaemtodasascélulasdo corpo,amodificac¸ãoepigenéticaé dinâmicaevariaentre ostecidosemrespostaaumasériedeestímulosambientais, incluindoaquelesquedirecionamadiferenciac¸ãotecidual duranteodesenvolvimentoeocrescimentoeosgraves ris-cosqueprovocamumarespostaadaptativadascélulas.39
Algunsmarcosepigenéticosduranteaespermatogênese podem continuar durante o desenvolvimento embrioná-rio. As exposic¸ões ambientais (dieta, estilo de vida e outrasexposic¸ões) que ocorrem na gametogênese mascu-lina podem causar alterac¸ões epigenéticas irreversíveis e consequências fenotípicas expressas na prole.40 Os pro-cessos epigenéticos também modulam os efeitos através da regulac¸ão da transcric¸ão, devido a vários processos, tais como a metilac¸ão do DNA, alterac¸ões das histonas
e a transcric¸ão do RNA não-codificante (miRNA, por exemplo).41,42
As modificac¸õesepigenéticas que atuamsobre a capa-cidadedeplasticidadecelular,preparamoindivíduoparao ambienteextrauterinoepodempotencializarumavantagem desobrevivência,regulandoosgenesdiferenciaisque codi-ficamproteínasenvolvidasnometabolismoenergéticoena adipogênese.43 Noentanto,diantedeumacondic¸ão meta-bólicadeletériacomoaobesidadeealterac¸õesmetabólicas relacionadas,essasmodificac¸õespodemserexacerbadasou silenciadas,especialmenteaprogramac¸ãodascélulas ger-minativas,que constituem aperpetuac¸ão e atransmissão fenotípicadaespécie.44
Hipóteses recentes consideram que alguns padrões alimentares paternos residem em espermatozoides car-reando informac¸ões epigenéticas.27 O ‘‘epigenoma’’ do esperma era tradicionalmente considerado insignificante, pois postulava-se que seu perfilde metilac¸ão do DNAera apagado imediatamente após a fertilizac¸ão. No entanto, nos últimosanos, houveumaumentononúmerodecasos relatadosdeaparenteheranc¸aepigenéticaatravésdalinha germinal masculina, sugerindo que este epigenoma pode transmitirinformac¸õesentregerac¸ões.28,40
O desenvolvimento de embriões de rã derivados de espermatozoides e espermátides permite observar que o esperma,alémdatransferênciadoDNA,tambémcontribui paraainformac¸ãoepigenéticanecessáriaparaaexpressão adequadadogeneembrionário,representandoachavepara ainformac¸ãoepigenética.45
Metilac¸ão
Ametilac¸ãodoDNAéumadasreac¸õesquímicasqueocorrem maisfrequentementeemeucariotas,comoplantas,fungos, invertebradosevertebrados.34 Estamodificac¸ãoquímicaé caracterizada pela adic¸ão de um grupo metil na posic¸ão C5 do anel de citosina, catalisada pelas metiltransfera-ses deDNA, levandoà formac¸ão de5-metilcitosina.46,47 A frequênciade5-metilcitidinaéinferiora1%donúmerototal de nucleotídeosnogenoma.48 Esse processo demetilac¸ão atuanodesenvolvimentoembrionárionormal,inativac¸ãodo cromossomoX, regulac¸ãogenética,impressão genômicae modificac¸õesdacromatina.49
Amaiorpartedasmetilac¸õesdoDNAocorreemregiões chamadasilhasCpG,quecorrespondemàsregiões genômi-cascommaisde1.000paresdebasesdecomprimentoecom muitos dinucleotídeos CG, com cerca de 55% dessas ilhas localizadas nas regiões promotoras de aproximadamente 40% dos genes de mamíferos. Estas ilhas CpG (citosina--fosfato-guanina) são mantidas não-metiladas, exceto em genes deimpressãoouquandolocalizadasnocromossomo X inativo.50,51 Portanto,asilhasCpGlocalizadas naregião promotora de genes constitutivos(housekeeping) e genes reguladoresdodesenvolvimentocomdistribuic¸ãodensade citosina e guanina são resistentes à metilac¸ão do DNA.52 AsilhasCpG,que permitemaligac¸ãodeproteínase enzi-mas, iniciam a cascata de transcric¸ão. Em contraste, as ilhas CpG metiladas estão relacionadas ao silenciamento transcricional.53
Modificações da epigenética paterna
Metilação do DNA Metilação e desmetilação da histona
Acetilação e desacetilação da histona
Gene inativo Gene ativo Transcrição inativada Transcrição ativada
Metilação
Expressão de gene bloqueado
Expressão de gene ativado
Transcrição ativada
Transcrição inativada
Desmetilação Desacetilação
Acetilação
RNA polimerase RNA
polimerase
CH3
CH3 CH3
CH3
DNA DNA
CH3
Fatores de transcrição não se ligam ao promotor metilado
Fatores de transcrição se ligam ao promotor metilado
Oócito de informação epigenética paternaEspermatozoides portadores
Figura1 Epigenéticadaprogramac¸ãodopaisobreaprole.Asalterac¸õesmetabólicasdopairelacionadasàobesidade,podem resultaremmodificac¸õesnainformac¸ãogenéticacontidanoespermatozoide.Ametilac¸ãodoDNAemregiõespromotorasespecíficas frequentementeevitaatranscric¸ãogenéticaaoinativarogeneemquestão.Quantoàsmodificac¸õesdashistonas,ahipermetilac¸ão (dependendodahistonaedoaminoácido)favoreceacondensac¸ãodacromatina,dificultandooacessoàsproteínasreguladorasque promovematranscric¸ão.Noentanto,ashistonasnão-metiladasgarantemacromatinadescondensada,apoiandoatranscric¸ãodo gene.Emcontraste,aacetilac¸ãodehistonasabreacromatina,permitindooacoplamentodamaquinariatranscricional.
gênica.54 Normalmente, a hipometilac¸ão do DNA desen-cadeia um aumento na expressão gênica, enquanto a hipermetilac¸ãodiminuiaexpressãodosgenes-alvo.55Além disso,osfatoresdetranscric¸ãonãoreconhecemeseligam aoslocaisdeiníciodatranscric¸ãodevidoàmodificac¸ãoda citosinaem 5-metilcitidina.TaléocasodeAP-2(proteína adipócita2),cMYC/MYN(cMYC/homólogomurinodemax), CREB(proteínadeligac¸ãoaoelementoderespostade mono-fosfatodeadenosinacíclica),E2F(fatorE2)eNF-KB(fator nuclear- B). No entanto, esses locais de ligac¸ão podem serocupados poroutrasproteínastaiscomo MeCP-2 (pro-teínadeligac¸ãodemetil-CpG2),MBD(proteínadedomínio de ligac¸ão de metil-CpG) 1, MBD2, MBD3 e MBD4, que se ligamacitosinasmetiladase estimulamacondensac¸ãoda cromatina,inativandoogene.46,56
As enzimas responsáveis pela adic¸ão de um grupo metila às moléculas de citosina pertencem à família de metiltransferases de DNA (DNMTs), incluindo DNMT (DNA metiltransferase) -1, DNMT3A, DNMT3B e suas isoformas, e DNMT3L.47,57 DNMT1 é a principal responsável pela manutenc¸ão dos padrões de metilac¸ão do DNA durante a mitose.Além disso,DNMT(regiõesdiferencialmente meti-ladas)-s3éresponsávelpelametilac¸ãodenovodemoléculas deDNArecém-sintetizadaseémaisimportanteduranteos primeirosestágiosdodesenvolvimentoembrionárioepode
ser o processo envolvido na programac¸ão paterna para a transmissãofenotípica.58,59Umavisãoesquemáticadas prin-cipaismodificac¸õesepigenéticaspaternaspodeservistana
figura1.
Emumprocessocontrário,adesmetilac¸ãodoDNAé tam-bémumimportantecomponenteepigenéticodatranscric¸ão gênicae programac¸ão epigenética, queocorre atravésde váriasreac¸õesenzimáticasquefazemmediac¸ãodaoxidac¸ão da5-metilcitosina em 5-hidroximetilcitosina.60 Apresenc¸a de5-hidroximetilcitosinaemregiõespromotorasresultaem aumentodatranscric¸ão,indicando umpapel na regulac¸ão emlongoecurtoprazodaexpressãogênica.61
Modificac¸õesdahistona
nucleossomos.64Outrasmodificac¸õesquímicastambém alte-ram as histonas, tais como a glcNAcilac¸ão de histona lisina (acilac¸ão da glucosamina),butirizac¸ão, malonilac¸ão ecrotonilac¸ão.65,66
Ashistonas3e4(H3eH4,respectivamente)são comu-mente estudadase a acetilac¸ãoé a principalmodificac¸ão epigenética considerada que ocorrena lisina e arginina e neutraliza a carga positiva de resíduos básicos. As enzi-mashistonaacetilaseadicionamgrupos acetilaosresíduos de histona lisina, e acredita-se que as histonas acetila-dastenhamumaafinidade reduzidaentreDNAehistonas, deixandoacromatinaemestadorelaxado(eucromatina)e transcricionalmenteativa.66
Em contraste,a histonadesacetilaseremove osgrupos acetil,maiscondensadoseevitaaexpressãogênica.67Essas modificac¸õesquímicasalteramainterac¸ãoentreDNAe his-tonas, alterando o grau de dobragem da cromatina e a atividadegênica.68Portanto,aheterocromatinaestá relaci-onadacomhipoacetilac¸ãoparaH3eH4,edioutrimetilac¸ão dononoresíduodelisinaemH3(H3K9me2ouH3K9me3).69
RNAnãocodificante(microRNA)
Alémdametilac¸ão doDNAedamodificac¸ãodashistonas, oRNA doespermapodeserumreguladorepigenético. Os espermatozoidescontêm umarraydeambos osmRNA70 e RNA não codificante, incluindo o miRNA.71 A maior parte deste RNA é entregue ao oócito. No entanto, o papel do miRNAnafaseinicialdapré-implantac¸ãoembrionáriaainda estásendodebatido.
A evidência do efeito biológico direto dos miRNAs no período pré-implantac¸ão é apoiada por observac¸ões de camundongos com lesão cromossômica no gene Dicer. Aperdadeprocessamento enzimáticodomiRNADicer em oócitoslevaàletalidadenoiníciododesenvolvimento,onde oszigotosnãoconseguemsobreviveràdivisãoemprimeiro lugar.72 Portanto,isso sugerea interferênciadomiRNA no desenvolvimentodozigoto.
O miRNA é umaparte importante dogrupo não codifi-cantetãopequeno.Essescomponentespossuemmoléculas de RNA de aproximadamente 21nt de comprimento que reprimemseu mRNAalvo.73 Nosexomasculino,elesestão nonúcleodosespermatozoides,mantendooDNAconectado àshistonasduranteaespermiogêneseenodesenvolvimento embrionárioprecoce.74 OmiRNAregulaváriasfunc¸ões bio-lógicas,demonstrandoinfluêncianainativac¸ãoepigenética degenesenaprotec¸ãodoDNAcontravírusetransposons.75 Deumamaneirageral, o miRNA em animaisestá loca-lizadoprincipalmentedentrodos intronsdegenesdeRNA codificantesounãocodificantesdeproteínas,76 sendo pro-duzidos por transcric¸ão da RNA polimerase II. Nos seres humanos,omiRNAparecesersintetizadopelaRNA polime-raseIII.77 Nosúltimosanos,asuper-ouasub-expressãodo miRNAtemsidoassociadaaodesenvolvimentodedoenc¸as, masosmecanismoseac¸õesaindasãoambíguos.78
Epigenéticanaprogramac¸ãopaterna
Vários estudos em animais e humanos demonstraram a influênciadadietadopaisobreofenótipodaproleatravés doepigenoma.
Camundongos machos alimentados com umadieta rica em gordura geraramumaprole femininacom homeostase glicose-insulina deficiente, associadaà expressãoalterada em um dos 642 genes de ilhotas pancreáticas e ao gene hipometiladoIL13ra2(receptordeinterleucina13alfa2).9 As alterac¸õesforamencontradasrecentemente nos trans-criptomasdetecidosadipososretroperitoneaisedeilhotas pancreáticas na prole feminina. No tecido adiposo retro-peritoneal, 5.108genes foramdiferencialmenteexpressos devido à dieta ricaem gordura de umpai, cujas func¸ões estão relacionadas à resposta mitocondrial e celular ao estresse,sinalizac¸ãodatelomerase,morteesobrevivência celular,ciclo celular,crescimentocelulare proliferac¸ãoe câncer.79
Emummodelodecamundongodedietadopai ricaem proteínas,aprolemostrouumametilac¸ãoelevadaemPPAR (receptor ativado por proliferador de peroxissoma)-alpha no fígado, um gene envolvido na formac¸ão das primei-rasenzimasparaaoxidac¸ãodelipídeosnasmitocôndrias, sendoumreguladorlipídicoessencial.80Alémdisso,a resis-tência à insulina do pai alterou o estado de metilac¸ão de vários genessinalizadores deinsulina na prole aumen-tando a susceptibilidade ao diabetes na prole através de alterac¸õesepigenéticasnogameta.Taisalterac¸õesincluem os genes Pik3r1 (subunidade 1 reguladora de fosfoinosi-tídeo 3-quinase), Pik3ca (polipeptídio alfa catalítico de fosfinosideto-3-quinase),Ptpn1(proteínatirosinafosfatase, nãoreceptoradotipo1)ePik3canoesperma.81Adietarica em gordura dopai em camundongoslevou a umaumento noRNAtransportador(tRNA)noespermacomoumachave epigenética hereditária influenciada pela dieta do pai e relacionada à insuficiência metabólicana prole, causando intolerânciaàglicoseeresistênciaàinsulina.82
A obesidade paterna inicia distúrbios metabólicos em duas gerac¸ões de camundongos, alterando o perfil trans-cricionaldotestículoeoconteúdodemiRNAdoesperma. O conteúdo diferencial de miRNAs canônicos no esperma sugeriudesregulac¸ãonaespermatogênese,desenvolvimento embrionárioefunc¸ãometabólica.Além disso,adietarica emgorduradopaiafetouostatusmetabólicodaprole atra-vés de alterac¸ões epigenéticasnos genes daadiponectina eleptinaporduasgerac¸ões.83 Dignodenota,umaumento no miR-29 (microRNA 29) foi associado à uma diminuic¸ão na metilac¸ão de elementos repetidos na linha germinal masculina.32 Além disso, 13 miRNAs espermáticos foram modulados peladieta ricaem gordura de umpai e trans-feriram essa carga de miRNA alteradapara o embrião na fertilizac¸ão,alterandosuatrajetóriadecrescimentoe afe-tandoofenótipodaproleadulta.84
Nosrecém-nascidos,haviaumaassociac¸ãoentrea obe-sidadepré-concepc¸ãoe os perfisde metilac¸ão doDNAna prole,particularmentenasDMRs(regiõesdiferencialmente metiladas)dogenedofatordecrescimentosemelhanteà insulina-2 (IGF-2)imprintado. A hipometilac¸ão na DMRdo IGF2naprolefoiassociadaàobesidadedopai.85
hereditário, com descendentesexibindo danosao DNA do espermademaneirasimilar.86
A modificac¸ão epigenética é um processo contínuo, e algumasmudanc¸aspodemserreversíveis.20 Estesdadosem conjuntorevelamoimpactodaprogramac¸ãopaterna (par-ticularmenteatravésdemanipulac¸õesnutricionais)sobrea vidafuturadaprole,influenciadaprincipalmentepela trans-missãodofenótipoatravésdoprocessoepigenético.
Considerac
¸ões
finais
Dados deestudosepidemiológicose emanimaisfornecem evidências de que a alimentac¸ão paterna e as condic¸ões de saúde do pai podem programar as gerac¸ões posterio-res. Assim, a mãe não é a única responsável pela saúde da prole. O pai compartilha a responsabilidade de forne-cer umaimpressão epigenética esperma-específicaparao oócito,afetandoatrajetóriadodesenvolvimento embrioná-rioeasaúdedaproleadulta.Emboraopapeldainfluência paternapossaser claramente identificado,nosso conheci-mento de reprogramac¸ão, alterac¸ão e possível prevenc¸ão deefeitospaternospermanecelimitado.
Até à presente data, os estudos humanos não estão progredindo da mesma forma que nos animais; há pouca informac¸ão sobre o mecanismo e a contribuic¸ão da programac¸ão paterna na saúde da crianc¸a, uma vez que oshomenssãoamplamente utilizadoscomo controle para pesquisas em mulheres. Sendoassim, considerando que a obesidadedopaitambémpodeserumproblemadesaúde pública,éimportantemelhorarosestudosepidemiológicos paraavaliaropapelexatodasaúdedopainoespermaena saúdedascrianc¸asafimdepropornovasintervenc¸õespara arestaurac¸ão.
Conflitos
de
interesse
Osautoresdeclaramnãohaverconflitosdeinteresse.
Agradecimentos
Nosso laboratório(www.lmmc.uerj.br) é patrocinado pelo ConselhoNacionaldeDesenvolvimento Científicoe Tecno-lógico(CNPq, subsídion◦ 302.154/2011-6paraCAMLen◦
306.077/2013-2paraMBA)eFundac¸ãoCarlosChagasFilho deAmparoàPesquisadoRiodeJaneiro(FAPERJ,subsídion◦
102.944/2011paraCAML,#103.062/2011paraMBA).
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