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Asymptotic analysis of the Fokker-Planck Equa- Equa-tion

Stochastic mode-hopping

CHAPTER 4. STOCHASTIC MODE-HOPPING

4.6 Asymptotic analysis of the Fokker-Planck Equa- Equa-tion

Nossos resultados indicam aumento do marcador H3K9Ac com a idade em neurônios corticais de camundongo. Sabe-se que o marcador H3K9Ac está relacionado à descompactação nuclear e ativação gênica (BERGER, 2007; LI et al, 2007; STRAHL e ALLIS, 2000), estando este resultado, portanto, de acordo com as alterações estruturais da cromatina observadas com o aumento da idade. Os dados da literatura acerca desse assunto são ainda inconclusivos, dado que alguns estudos relatam diminuição de H3K9Ac com a idade (KAWAKAMI et al, 2009), enquanto outros relatam redução na atividade da SIRT1, uma desacetilase de histonas de mamíferos (CORBI et al, 2012; O’SULLIVAN e KARLSEDER, 2012), sem a qual os níveis de acetilação tendem a aumentar.

A não redução do marcador H3K9me3 com a idade é um dado inesperado. Sabe-se que esse marcador está relacionado à formação de heterocromatina e, especialmente, heterocromatina constitutiva (FISCHLE et al, 2005; LACHNER et al, 2001; LI et al, 2007; RICHARDS e ELGIN, 2002), e portanto possui função antagônica a H3K9Ac. Pelos dados de análise de imagem é impossível precisar quais áreas condensadas em animais mais jovens acabaram descondensando com a idade, áreas de heterocromatina pericentromérica (constitutiva) ou áreas de eucromatina condensada e silente (heterocromatina facultativa). Porém é possível que o motivo de não haver diferenças significativas na quantidade de H3K9me3 entre os grupos de idade seja porque a redução da compactação das regiões de heterocromatina com a idade seja de heterocromatina facultativa, pois sabe-se que H3K9me3

é um marcador específico de heterocromatina constitutiva, como as regiões de cromatina pericentromérica, sendo H3K27me o marcador de heterocromatina facultativa (DI BERNARDO et al, 2012).

Outra possível explicação para este resultado é que uma redistribuição dos marcadores epigenéticos esteja ocorrendo. Alguns trabalhos já descreveram que o mesmo marcador epigenético pode ter efeitos contrários dependendo se este está presente na região promotora ou no corpo do gene (LI et al, 2007; SHILATIFARD, 2006). Sendo assim, é possível que o marcador H3K9me3 esteja sofrendo uma redistribuição, se localizando em um ponto no genoma onde este favoreça a descompactação da cromatina e ativação gênica, o que estaria de acordo com os resultados anteriores. Porém, não é possível afirmar isso com precisão baseado na metodologia utilizada, portanto, mais experimentos devem ser realizados para podermos concluir quais regiões do genoma estão sofrendo alterações de marcadores específicos.

7 CONCLUSÃO

Os resultados encontrados neste trabalho indicam uma reorganização estrutural da cromatina de neurônios corticais de camundongos com o avanço da idade, cujas fibras sofrem descompactação e alterações epigenéticas importantes associadas com cromatina descompactada. Além disso, o aumento da idade está associado com um aumento no conteúdo total de DNA, indicando uma poliploidia dependente da idade, que pode estar associada com as alterações estruturais aqui observadas.

8 REFERÊNCIAS

ARENDT, T.; BRÜCKNER, M. K.; MOSCH, B.; LÖSCHE, A. Selective cell death of hyperploid neurons in Alzheimer’s disease. The American Journal of Pathology, v. 177, n. 1, p. 15-20, julho 2010.

ARENDT, T.; MOSCH, B.; MORAWSKI, M. Neuronal aneuploidy in health and disease: A cytomic approach to understand the molecular individuality of neurons. International Journal of Molecular Sciences, v. 10, n. 4, p. 1609-1627, abril 2009.

AVNER, P.; HEARD, E. X-chromosome inactivation: Counting, choice and initiation. Nature Reviews: Genetics, v. 2, n. 1, p. 59-67, janeiro 2001.

BANNISTER, A. J.; KOUZARIDES, T. Regulation of chromatin by histone modifications. Cell Research, v. 21, n. 3, p. 381-395, março 2011.

BERGER, S. L. The complex language of chromatin regulation during transcription. Nature, v. 447, n. 7143, p. 407-412, maio 2007.

BERKOWITZ, E. M.; SANBORN, A. C.; VAUGHAN, D. W. Chromatin structure in neuronal and neuroglial cell nuclei as a function of age. The Journal of Neurochemistry, v. 41, n. 2, p. 516-523, agosto 1983.

BERNARD, P.; MAURE, J. F.; PARTRIDGE, J. F.; GENIER, S.; JAVERZAT, J. P.; ALLSHIRE, R. C. Requirement of heterochromatin for cohesion at centromeres. Science, v. 294, n. 5551, p. 2539-2542, dezembro 2001.

BREGNARD, A.; KNÜSEL, A.; KUENZLE, C. C. Are all the neuronal nuclei polyploid? Hystochemistry, v. 43, n. 1, p. 59-61, 1975.

BURGESS, R. C.; MISTELI, T.; OBERDOERFFER, P. DNA damage, chromatin and transcription: The trinity of aging. Current Opinion in Cell Biology, v. 24, n. 6, p. 724-730, dezembro 2012.

BUSUTTIL, R.; BAHAR, R.; VIJG, J. Genome dynamics and transcriptional deregulation in aging. Neuroscience, v. 145, n. 4, p. 1341-1347, abril 2007.

CASTRO, C. E.; SEVALL, J. S. Alteration of higher order structure of rat liver chromatin by dietary composition. The Journal of Nutrition, v. 110, n. 1, p. 105-116, 1980.

CAVALLI, G. Chromatin as a eukaryotic template of genetic information. Current Opinion in Cell Biology, v. 14, n. 3, p. 269-278, junho 2002.

CHEUNG, I.; SHULHA, H. P.; JIANG, Y.; MATEVOSSIAN, A.; WANG, J.; WENG, Z.; AKBARIAN, S. Developmental regulation and individual differences of neuronal H3K4me3 epigenomes in the prefrontal cortex. PNAS, v. 107, n. 19, p. 8824-8829, maio 2010.

CORBI, G.; CONTI, V.; SCAPAGNINI, G.; FILIPPELLI, A.; FERRARA, N. Role of sirtuins, calorie restriction and physical activity in aging. Frontiers in Bioscience, v. 4, p. 768-778, janeiro 2012.

CRUICKSHANK, M.; FENWICK, E.; ABRAHAM, L. J.; ULGIATI, D. Quantitative differences in chromatin accessibility across regulatory regions can be directly compared in distinct cell-types. Biochemical and Biophysical Research Communications, v. 367, n. 2, p. 349-355, março 2008.

DEHGHANI, H.; DELLAIRE, G.; BAZETT-JONES, D. P. Organization of chromatin in the interphase mammalian cell. Micron, v. 36, n. 2, p. 95-108, 2005.

DER, G.; BATTY, G. D.; BENZEVAL, M.; DEARY, I. J.; GREEN, M. J.; MCGLYNN, L.; MCINTYRE, A.; ROBERTSON, T.; SHIELS, P. G. Is telomere length a biomarker for aging: Cross-sectional evidence from the west of Scotland? PLoS ONE, v. 7, n. 9, p. e45166, setembro 2012.

DI BERNARDO, G.; CIPOLLARO, M.; GALDERISI, U. Chromatin modification and senescence. Current Pharmaceutical Design, v. 18, n. 13, p. 1686-1693, 2012.

DIMAURO, T.; DAVID, G. Chromatin modifications: The driving force of senescence and aging? Aging, v. 1, n. 2, p. 182-190, fevereiro 2009.

ELGIN, S. C.; GREWAL, S. I. Heterochromatin: Silence is golden. Current Biology, v. 13, n. 23, p. R895-R898, dezembro 2003.

ELLIS, D. J. P.; LAWMAN, Z. K.; BONHAM, K. Histone acetylation is not an accurate predictor of gene expression following treatment with histone deacetylase inhibitors. Biochemical and Biophysical Research Communications, v. 367, n. 3, p. 656-662, março 2008.

EPEL, E. How “reversible” is telomeric aging? Cancer Prevention Research, v. 5, n. 10, p. 1163-1168, outubro 2012.

EVERTTS, A. G.; ZEE, B. M.; DIMAGGIO, P. A.; GONZALES-COPE, M.; COLLER, H. A.; GARCIA, B. A. Quantitative dynamics of the link between cellular metabolism and histone acetylation. The Journal of Biological Chemistry, doi: 10.1074/jbc.M112.428318, março 2013.

FAGGIOLI, F.; VIJG, J.; MONTAGNA, C. Chromossomal aneuploidy in the aging brain. Mechanisms of Ageing and Development, v. 132, n. 8-9, p. 429-436, agosto 2011.

FEDOROVA, E.; ZINK, D. Nuclear architecture and gene regulation. Biochimica et Biophysica Acta, v. 1783, n. 11, p. 2174-2184, novembro 2008.

FESER, J.; TRUONG, D.; DAS, C.; CARSON, J. J.; KIEFT, J.; HARKNESS, T.; TYLER, J. K. Elevated histone expression promotes life span extension. Molecular Cell, v. 39, n. 5, p. 724-735, setembro 2010.

FESER, J. TYLER, J. Chromatin structure as a mediator of aging. FEBS Letters, v. 585, n. 13, p. 2041-2048, julho 2011.

FISCHLE, W.; TSENG, B. S.; DORMANN, H. L.; UEBERHEIDE, B. M.; GARCIA, B. A.; SHABANOWITZ, J.; HUNT, D. F.; FUNABIKI, H.; ALLIS, D. Regulation of HP1- chromatin binding by histone H3 methylation and phosphorylation. Nature, v. 438, n. 7071, p. 1116-1122, dezembro 2005.

GHIRALDINI, F. G.; SILVA, I. S.; MELLO, M. L. S. Polyploidy and chromatin remodeling in hepatocytes from insulin-dependent diabetic and normoglycemic aged mice. Cytometry A, v. 81, n. 9, p. 755-764, setembro 2012.

GIBNEY, E. R.; NOLAN, C. M. Epigenetics and gene expression. Heredity, v. 105, n. 1, p. 4-13, julho 2010.

GILBERT, N.; BOYLE, S.; FIEGLER, H.; WOODFINE, K.; CARTER, N. P.; BICKMORE, W. A. Chromatin architecture of the human genome: Gene-rich domains are enriched in open chromatin fibers. Cell, v. 118, n. 5, p. 555-566, setembro 2004.

GREWAL, S. I.; ELGIN, S. C. Heterochromatin: New possibilities for the inheritance of structure. Current Opinion in Genetics & Development, v. 12, n. 2, p. 178-187, abril 2002.

GREWAL, S. I.; MOAZED, D. Heterochromatin and epigenetic control of gene expression. Science, v. 301, n. 5634, p. 798-802, agosto 2003.

GUARENTE, L. Sir2 links chromatin silencing, metabolism, and aging. Genes & Development, v. 14, n. 9, p. 1021-1026, maio 2000.

GUPTA, S. Hepatic polyploidy and liver growth control. Seminars in Cancer Biology, v. 10, n. 3, p. 161-171, junho 2000.

GUIDOTTI, J. E.; BRÉGERIE, O.; ROBERT, A.; DEBEY, P.; BRECHOT, C.; DESDOUETS, C. Liver cell polyploidization: A pivotal role for binuclear hepatocytes. The Journal of Biological Chemistry, v. 278, n. 21, p. 19095-19101, maio 2003.

HALL, I. M.; NOMA, K.; GREWAL, S. I. RNA interference machinery regulates chromosome dynamics during mitosis and meiosis in fission yeast. PNAS, v. 100, n. 1, p. 193-198, janeiro 2003.

HAN, S.; BRUNET, A. Histone methylation marks its mark on longevity. Trends in Cell Biology, v. 22, n. 1, p. 42-49, janeiro 2012.

HARALICK, R. M.; SHANMUGAN, K.; DINSTEIN, I. Textural features for image classification. IEEE Transact Syst Man Cybernet, v. 3, p. 610–621, 1973.

HARRIES, L. W.; HERNANDEZ, D.; HENLEY, W.; WOOD, A.; HOLLY, A. C.; BRADLEY-SMITH, R. M.; YAGHOOTKAR, H.; DUTTA, A.; MURRAY, A.; FRAYLING, T. M.; GURALNICK, J. M.; BANDINELLI, S.; SINGLETON, A.; FERRUCCI, L.; MELZER, D. Human aging is characterized by focused changes in gene expression and deregulation of alternative splicing. Aging Cell, v. 10, n. 5, p. 868-878, outubro 2011.

HENNEKAM, R. C. Hutchinson-Gilford progeria syndrome: Review of the phenotype. American Journal of Medical Genetics: Part A, v. 140, n. 23, p. 2603-2624, dezembro 2006.

HUIDOBRO, C.; FERNANDEZ, A. F.; FRAGA, M. F. Aging epigenetics: Causes and consequences. Molecular Aspects of Medicine, julho 2012.

JENUWEIN, T.; ALLIS, C. D. Translating the histone code. Science, v. 293, n. 5532, p. 1074-1080, agosto 2001.

KAUSHAL, D.; CONTOS, J. J. A.; TREUNER, K.; YANG, A. H.; KINGSBURY, M. A.; REHEN, S. K.; MCCONNELL, M. J.; OKABE, M.; BARLOW, C.; CHUN, J. Alterations of gene expression by chromosome loss in the postnatal mouse brain. The Journal of Neuroscience, v. 23, n. 13, p. 5599-5606, 2003.

KAWAKAMI, K.; NAKAMURA, A.; ISHIGAMI, A.; GOTO, S.; TAKAHASHI, R. Age- related difference of site-specific histone modifications in rat liver. Biogerontology, v. 10, n. 4, p. 415-421, agosto 2009.

KENYON, C. J. The genetics of aging. Nature, v. 464, n. 7288, p. 504-512, março 2010.

KINGSBURY, M. A.; FRIEDMAN, B.; MCCONNELL, M. J.; REHEN, S. K.; YANG, A. H.; KAUSHAL, D.; CHUN, J. Aneuploid neurons are functionally active and integrated into brain circuitry. PNAS, v. 102, n. 17, p. 6143-6147, abril 2005.

KOSIK, K. S.; RAPP, P. R.; RAZ, N.; SMALL, S. A.; SWEATT, J. D.; TSAI, L. H. Mechanisms of age-related cognitive change and targets for intervention: Epigenetics. The Journals of Gerontology, v. 67, n. 7, p. 741-746, junho 2012.

KOUZARIDES, T. Chromatin modifications and their functions. Cell, v. 128, n. 4, p. 693- 705, fevereiro 2007.

KREILING, J. A.; TAMAMORI-ADACHI, M.; SEXTON, A. N.; JEYAPALAN, J. C.; MUNOZ-NAJAR, U.; PETERSON, A. L.; MANIVANNAN, J.; ROGERS, E. S.; PCHELINTSEV, N. A.; ADAMS, P. D.; SEDIVY, J. M. Age-associated increase in heterochromatic marks in murine and primate tissues. Aging Cell, v. 10, n. 2, p. 292-304, abril 2011.

LACHNER, M.; O’CARROLL, D.; REA, S.; MECHTLER, K.; JENUWEIN, T. Methylation of histone H3 lysine 9 creates a binding site for HP1 proteins. Nature, v. 410, n. 6824, p. 116- 120, março 2001.

LAEMMLI, U K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, v. 227, n. 5259, p. 680-685, agosto 1970.

LAPHAM, L. W. Tetraploid DNA content of Purkinje neurons of human cerebellar cortex. Science, v. 159, n. 3812, p. 310-312, janeiro 1968.

LI, B.; CAREY, M.; WORKMAN, J. L. The role of chromatin during transcription. Cell, v. 128, n. 4, p. 707-719, fevereiro 2007.

LONGO, V. D.; KENNEDY, B. K. Sirtuins in aging and age-related disease. Cell, v. 126, n. 2, p. 257-268, julho 2006.

LU, Q.; RICHARDSON, B. DNaseI hypersensitivity analysis of chromatin structure. Methods in Molecular Biology, v. 287, p. 77-86, 2004.

LUGER, K.; DECHASSA, M. L.; TREMETHICK, D. J. New insights into nucleosome and chromatin structure: An ordered state or a disordered affair? Nature Reviews on Molecular Cell Biology, v. 13, n. 7, p. 436-447, janeiro 2013.

MIYOSHI, N.; FUKUDA, M. Quantitative detection of DNA damage in the neuronal cells of the cerebellum and cerebrum by the analysis of Feulgen hydrolysis curves. Histochemistry, v. 84, n. 4-6, p. 561-565, 1986.

MORAES, A. S.; GUARALDO, A. M. A.; MELLO, M. L. S. Chromatin supraorganization and extensibility in mouse hepatocytes with development and aging. Cytometry part A, v. 71, n. 1, p. 28-37, janeiro 2007.

MORAES, A. S.; VIDAL, B. C.; GUARALDO, A. M. A.; MELLO, M. L. S. Chromatin supraorganization and extensibility in mouse hepatocytes following starvation and refeeding. Cytometry part A, v. 63, n. 2, p. 94-107, fevereiro 2005.

MOSCH, B.; MORAWSKI, M.; MITTAG, A.; LENZ, D.; TARNOK, A.; ARENDT, T. Aneuploidy and DNA replication in the normal human brain and Alzheimer’s disease. The Journal of Neuroscience, v. 27, n. 26, p. 6859-6867, junho 2007.

NOTTKE, A.; COLAIÁCOVO, M. P.; SHI, Y. Developmental roles of the histone lysine demethylases. Development, v. 136, n. 6, p. 879-889, março 2009.

O’SULLIVAN, R. J.; KARLSEDER, J. The great unraveling: Chromatin as a modulator of the aging process. Trends in Biochemical Sciences, v. 37, n. 11, p. 466-476, novembro 2012.

OBERDOERFFER, P.; MICHAN, S.; MCVAY, M.; MOSTOSLAVSKY, R.; VANN, J.; PARK, S. K.; HARTLERODE, A.; STEGMULLER, J.; HAFNER, A.; LOERCH, P.; WRIGHT, S. M.; MILLS, K. D.; BONNI, A.; YANKNER, B. A.; SCULLY, R.; PROLLA, T. A.; ALT, F. W.; SINCLAIR, D. A. SIRT1 redistribution on chromatin promotes genomic stability but alters gene expression during aging. Cell, v. 135, n. 5, p. 907-918, novembro 2008.

OBERDOERFFER, P.; SINCLAIR, D. A. The role of nuclear architecture in genomic instability and ageing. Nature Reviews: Molecular Cell Biology, v. 8, n. 9, p. 692-702, setembro 2007.

PACK, S. D.; WEIL, R. J.; VORTMEYER, A. O.; ZENG, W.; LI, J.; OKAMOTO, H.; FURUTA, M.; PAK, E.; LUBENSKY, I. A.; OLDFIELD, E. H.; ZHUANG, Z. Individual adult human neurons display aneuploidy: Detection by fluorescence in situ hybridization and single neuron PCR. Cell Cycle, v. 4, n. 12, p. 1758-1760, dezembro 2005.

PASSOS, J. F.; SIMILLION, C.; HALLINAN, J.; WIPAT, A.; VON ZGLINICKI, T. Cellular senescence: Unravelling complexity. Age, v. 31, n. 4, p. 353-363, julho 2009.

PEARSON, E. C.; BUTLER, P. J. G.; THOMAS, G. O. Higher-order structure of nucleosome oligomers from short repeat chromatin. The EMBO journal, v. 2, n. 8, p. 1367-1372, 1983.

PEGORARO, G.; MISTELI, T. The central role of chromatin maintenance in aging. Aging, v. 1, n. 12, p. 1017-1022, dezembro 2009.

PENNER, M. R.; ROTH, T. L.; BARNES, C. A.; SWEATT, J. D. An epigenetic hypothesis of age-related cognitive dysfunction. Frontiers in Aging Neuroscience, v. 2, n. 9, março 2010.

REHEN, S. K.; MCCONNELL, M. J.; KAUSHAL, D.; KINGSBURY, M. A.; YANG, A. H.; CHUN, J. Chromossomal variations in neurons of the developing and adult mammalian nervous system. PNAS, v. 98, n. 23, p. 13361-13366, 2001.

RICHARDS, E. J.; ELGIN, S. C. Epigenetic codes for heterochromatin formation and silencing: Rounding up the usual suspects. Cell, v. 108, n. 4, p. 489-500, fevereiro 2002.

ROSZELL, J. A.; FREDI, J. L.; IRVING, C. C. The development of polyploidy in two classes of rat liver nuclei. Biochimica et Biophysica Acta, v. 519, n. 2, p. 306-316, julho 1978.

SEDIVY, J. M.; BANUMATHY, G.; ADAMS, P. D. Aging by epigenetics – a consequence of chromatin damage? Experimental Cell Research, v. 314, n. 9, p. 1909-1917, junho 2008.

SHILATIFARD, A. Chromatin modifications by methylation and ubiquitination: Implications in the regulation of gene expression. Annual Review of Biochemistry, v. 75, p. 243-269, 2006.

SHIN, D. M.; KUCIA, M.; RATAJCZAK, M. Z. Nuclear and chromatin reorganization during cell senescence and aging – a mini-review. Gerontology, v. 57, n. 1, p. 76-84, 2011. SIKORA, E.; ARENDT, T.; BENNETT, M.; NARITA, M. Impact of cellular senescence signature on ageing research. Aging Research Reviews, v. 10, n. 1, p. 146-152, janeiro 2011.

STRAHL, B. D.; ALLIS, C. D. The language of covalent histone modifications. Nature, v. 403, n. 6765, p. 41-45, janeiro 2000.

THAKUR, M. K. Age-related changes in the structure and function of chromatin: A review. Mechanisms of Ageing and Development, v. 27, n. 3, p. 263-286, outubro 1984.

THAKUR, M. K.; ASAITHAMBI, A.; MUKHERJEE, S. Sex-specific alterations in chromatin conformation of the brain of aging mouse. Molecular Biology Reports, v. 26, n. 4, p. 239-247, dezembro 1999.

THOMPSON, R. J. Studies on RNA synthesis in two populations of nuclei from the mammalian cerebral cortex. The Journal of Neurochemistry, v. 21, n. 1, p. 19-40, julho 1973.

TISSENBAUM, H. A.; GUARENTE, L. Increased dosage of a sir-2 gene extends lifespan in

Caenorhabditis elegans. Nature, v. 410, n. 6825, p. 227-230, março 2001.

TSURUMI, A.; LI, W. X. Global heterochromatin loss: A unifying theory of aging? Epigenetics, v. 7, n. 7, p. 680-688, julho 2012.

URYVAEVA, I. V. Biological significance of liver cell polyploidy: An hypothesis. The Journal of Theoretical Biology, v. 89, n. 4, p. 557-571, abril 1981.

VILLEPONTEAU, B. The heterochromatin loss model of aging. Experimental Gerontology, v. 32, n. 4/5, p. 383-394, 1997.

VONHIPPEL, P. H.; FELSENFELD, G. Micrococcal nuclease as a probe of DNA conformation. Biochemistry, v. 3, p. 27-39, janeiro 1964.