Epigenetic mechanisms play a major role in gene expression, altering the chromatin structure without changing the DNA sequence. The best studied epigenetic mechanisms are DNA methylation, histone post-translational modifications and non-coding RNAs. This work aimed to explore the functions of these epigenetic mechanisms in the context of several processes in the adult life cycle of the honeybee, Apis mellifera. Firstly, we studied the role of DNA methylation in the longevity of workers and queens. In this context, we determined the effects of social stimuli, such as the queen pheromone and the seasonal demographic variation in the beehive, on the expression of genes that code for enzymes that promote epigenetic alterations on the DNA, RNA and histones. Finally, we investigated how the gene encoding the DNA methyltransferase 3 (DNMT3), a key enzyme for the reprogramming of DNA methylation, is regulated during the major behavioural transition in a worker bee's life, namely, the transition from brood care to foraging. Our analyses of Dnmt genes expression and functional assays of their enzymatic activity showed that DNA methylation is associated with longevity in honeybee workers. This likely involves the regulation of vitellogenin, a protein that controls behavioural maturation rates in this caste. Moreover, environmental factors (e.g., queen pheromone and exposure to larvae or young adults) regulate the expression of genes that code for epigenetic modifiers of DNA, RNA and histones. These data suggest that epigenetic reprogramming controls gene expression, allowing adaptation to new social environments. In a second major project we generated methylome data by bisulfite sequencing for comparisons between differentially methylated genes in the brains and ovaries of workers subjected to distinct social contexts. Strikingly, and contrary to expectation, these results revealed only very few changes in DNA methylation in response to a new social context, despite significant alterations in the expression of Dnmt genes. Furthermore, the methylome patterns in ovaries and brains are almost identical, despite the functional differences for these tissues, thus also indicating that DNA methylation is unlikely to regulate honeybee gene expression. This led us to conclude that the DNA methylation machinery possibly displays other functions that are not directly associated with DNA methylation. In line with this hypothesis, in silico analyses and confocal microscopy data showed that a cytoplasmic localization of the DNMT3 protein is predominantly found associated with lipid vesicles. Finally, we found that the honeybee microRNA ame-miR-29b is a bona-fide regulator of Dnmt3 gene expression, and this function is evolutionary conserved between honeybees and mammals, including humans. In conclusion, this study revealed a considerable and unexpected degree of complexity in the roles of epigenetic mechanisms and their regulation of gene expression in a honeybee's social life.

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.