REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS

Características

Ocorre em múltiplos genes

  • Mudanças na estrutura da cromatina
  • Início da transcrição em eucariotos (controle e elementos regulatórios)
  • Processamento, degradação do mRNA
  • Pós-tradução das proteínas.

Semelhança entre
bactérias e eucariotos

Proteínas ligadoras de DNA influenciam a capacidade da RNA polimerase em iniciar a
transcrição

Diferenças na em
bactérias e em eucariotos

  • Genes procarióticos organizados em óperons e são transcritos em uma única molécula de RNA
  • Estrutura da cromatina afeta a expressão gênica nas células eucarióticas
  • Membrana nuclear em eucariotos separa a transcrição no tempo e espaço

Alterações na estrutura da cromatina influenciam a
expressão dos gene

Estrutura da cromatina em nucleossomos
reprimem a expressão gênica

Antes da transcrição: a estrutura da cromatina muda e torna o DNA mais acessível

Antes da transcrição: a estrutura da cromatina muda e torna o DNA mais acessíve

Quando os genes se tornam ativos, as regiões ao redor dos genes se tornam muito sensíveis à ação da Dnase I

Remodelagem da cromatina

Alteram a estrutura da cromatina sem alterar
diretamente a estrutura química das histonas

Ligam-se ao DNA e reposicionam os nucleossomos, possibilitando que os fatores de transcrição e a RNA polimerase se liguem aos promotores e iniciem a transcrição

Modificação das histonas

Octâmero de histonas
tem dois domínios

  • Domínio globular que se associa com outras histonas e o DNA
  • Domínio de cauda com carga elétrica positiva que interage com os grupos fosfato de carga negativa no esqueleto do DNA

Metilação do DNA

Caudas podem ser modificadas pela
adição ou a remoção de grupos fosfato

  • Metilação
  • Acetilação
  • Ubiquitinação

Código da histona: codificam informações que afetam a maneira como os genes são expressos

Metilação das histonas

  • Adição de grupos metila às caudas das proteínas histona
  • Ativar ou reprimir a transcrição, dependendo de quais
    aminoácidos são metilados
  • Histona metiltransferase: enzimas que adicionam grupos
    metila a aminoácidos (lisina ou arginina)
  • Demetilases: removem grupos metila das histonas

Acetilação das histonas

  • Adição de grupos acetila (CH3CO) à histona
  • Em geral, a acetilação estimula a transcrição
  • Acetiltransferase: enzima que adiciona grupo acetila
  • Desacetilase: desnudam os grupos acetila das histonas

Metilação das bases citosina, que geram a 5-metilcitosina

  • DNA muito metilado: repressão da transcrição nos vertebrados e nas plantas
  • DNA ativo para transcrição em geral não está metilado nesses organismos

Metilação é mais comum nas citosinas adjacentes à guanina (CpG): p = grupo fosfato do
nucleotídeo

Ilhas CpG: regiões com muitas sequências CpG comumente encontradas próximo aos sítios de início da transcrição ◦ Antes da transcrição, os grupos metila são removido

Metilação atrai as desacetilases, que removem os grupos acetila
das caudas das histonas, reprimindo a transcrição

O início da transcrição é regulado por fatores de
transcrição e proteínas reguladoras

Início da transcrição eucariótica

Aparato basal de transcrição
Ativa níveis mínimos de transcrição
02

Proteínas reguladoras da transcrição (ativadoras ou inidoras)
Ligam-se a um promotor regulatório

Acentuadores
Localizados a algumas distância do gene

Proteínas reguladoras ativadoras
Estimulam a transcrição e estabilizam o aparato basal diretamente ou indiretamente pelas proteínas coativadoras

Mediador
Complexo de proteínas do aparato basal
Fazem contato com as proteínas ativadoras afetando a taxa de transcrição

Repressores da transcrição

  • Proteínas regulatórias que inibem a transcrição
  • Ligam-se a sequências no promotor regulatório ou a sequências distantes, os silenciadores
  • Não bloqueia a RNA polimerase diretamente como nas bactérias
  • Competem com os ativadores pelo sítio de ligação ao DNA - Podem se ligar a sítios próximos de um sítio ativador e evitar que ele entre em contato com o aparato basal
  • Interferência direta com a montagem do aparato basal de transcrição

Acentuadores e insuladores
Acentuadores: são capazes de afetar a transcrição em promotores distantes

Maioria pode estimular qualquer promotor na sua vizinhança

Insinuadores

Bloqueiam ou isolam o efeito dos acentuadores

Acentuadores

São capazes de afetar a transcrição em promotores distantes

Regulação da parada e alongamento transcricional

Em alguns genes, a RNA polimerase inicia a transcrição e transcreve de 24 a 50 nucleotídeos de RNA, mas então pausa ou para

Regulação gênica coordenada

  • Vários genes podem ser ativados pelo mesmo estímulo
  • Os genes não estão agrupados nos eucariotos
  • Genes respondem ao mesmo estímulo porque têm sequências regulatórias pequenas em comum com seus promotores ou acentuadores (enhancer)
  • Sequências regulatórias: elementos de resposta

Compartimentalização celular: regulação gênica pós-transcricional

Regulação gênica por meio de recomposição do RNA Degradação do RNA

Regulação gênica por meio de
recomposição do
RNA (splicing)

Splicing alternativo: um pré-mRNA pode ser unido de várias maneiras, gerando diferentes proteínas em diferentes tecidos ou em distintos períodos do desenvolvimento

Degradação do RNA

  • A quantidade de uma proteína depende da quantidade de mRNA disponível para tradução
  • A quantidade de mRNA disponível depende da taxa de síntese e de degradação do mRNA
  • Alguns mRNAs duram apenas alguns minutos, enquanto outros duram horas, dias ou até meses

Ribonucleases: enzimas que degradam RNA

Mecanismos de regulação gênica pela interferência por RNA

◦ siRNAs e miRNAs regulam a expressão gênica por pelo menos 4 mecanismos:

  • Clivagem do mRNA
  • Inibição da tradução
  • Silenciamento da transcrição
  • Degradação do mRNA

Clivagem do mRNA

  • Os RISCs que tem um siRNA (ou microRNA) pareiam com
    moléculas de mRNA e clivam o mRNA próximo ao meio
    do siRNA ligado
  • Clivagem é feito por uma proteínas que às vezes é
    chamada de “Slicer”

Inibição da tradução

  • miRNAs levam à inibição da tradução
  • Mecanismo exato ainda não é conhecido
  • Inibe tanto etapa de início, etapas após início e provoca término prematuro

Silenciamento transcricional

  • Outros siRNAs silenciam a transcrição ao alterar a estrutura da cromatina
  • siRNAs se combinam com proteínas para formar um complexo chamado RITS
  • O componente siRNA do RITS se liga a essa sequência complementar do DNA ou uma molécula de RNA e reprime a transcrição ao atrair enzimas que metilam as caudas das proteínas histona