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
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