a expressão de genes induzíveis 2 - power point

Inducible gene Inducible gene expression: diverse expression: diverse

regulatory mechanismsregulatory mechanisms

IntroduçãoIntrodução

Genes: Genes: Constitutivamente ativos:Constitutivamente ativos:

Codificam produtos necessários para os processos Codificam produtos necessários para os processos basais das célulasbasais das células

São transcritos em uma taxa relativamente São transcritos em uma taxa relativamente constante.constante.

Genes induzíveis:Genes induzíveis: Produção de proteínas em resposta a estímulos Produção de proteínas em resposta a estímulos

externos.externos. Deve retornar ao estado basal após retirada do Deve retornar ao estado basal após retirada do

estímulo.estímulo. Altamente regulados e devem ser capazes de Altamente regulados e devem ser capazes de

responder rapidamente e especificamente a responder rapidamente e especificamente a estímulos externos.estímulos externos.

Regulação da expressão Regulação da expressão gênicagênica

Pode ser feita em diferente níveis: Pode ser feita em diferente níveis: Durante a transcriçãoDurante a transcrição No processamento e transporte do mRNA No processamento e transporte do mRNA Durante a traduçãoDurante a tradução Pós-traducionaisPós-traducionais Etc.Etc.

No artigo em estudo No artigo em estudo discussão da discussão da regulação de genes induzíveis durante regulação de genes induzíveis durante a etapa de iniciação da transcrição.a etapa de iniciação da transcrição.

Etapas da transcriçãoEtapas da transcrição

IniciaçãoIniciação

Alongamento: transcrição propriamente Alongamento: transcrição propriamente dita dita

= síntese de RNAm a partir do molde = síntese de RNAm a partir do molde de DNA.de DNA.

Terminação: sequências “terminators” Terminação: sequências “terminators” são traduzidas = finaliza síntese do são traduzidas = finaliza síntese do RNAm.RNAm.

A iniciação da A iniciação da transcriçãotranscrição

1.1. Recrutamento dependente de ativadores:Recrutamento dependente de ativadores: Ativadores da transcrição se ligam a sítios Ativadores da transcrição se ligam a sítios

específicos do DNA (próximos ao gene-alvo).específicos do DNA (próximos ao gene-alvo). Recrutam co-ativadores e o complexo remodelador Recrutam co-ativadores e o complexo remodelador

de nucleossomas (por interações proteína-proteína). de nucleossomas (por interações proteína-proteína).

Formação do complexo basal de iniciação (PIC). = Formação do complexo basal de iniciação (PIC). = RNA Polimerase II + GTFs (fatores gerais da RNA Polimerase II + GTFs (fatores gerais da transcrição).transcrição).

2.2. Ativação do PIC por ativadores transcricionais.Ativação do PIC por ativadores transcricionais.

3.3. Escape do promotor Escape do promotor saída da RNA Pol II saída da RNA Pol II para a iniciar a transcrição (alongamento).para a iniciar a transcrição (alongamento).

A)A) Ligação específica Ligação específica a região promotora a região promotora (recognition sites).(recognition sites).

B)B) Recrutamento de Recrutamento de vários co-vários co-ativadores e ativadores e complexos complexos remodeladores de remodeladores de nucleossomos.nucleossomos.

C)C) Recrutamento da Recrutamento da RNA Pol II e dos RNA Pol II e dos GTFsGTFs

Formação do PIC.Formação do PIC.

1. Recrutamento 1. Recrutamento dependente dependente de ativadoresde ativadores

Complexos remodeladores Complexos remodeladores de nucleossomasde nucleossomas

Removem ou deslocam histonas de regiões do Removem ou deslocam histonas de regiões do DNA DNA para outra região do DNA ou para para outra região do DNA ou para proteínas chaperonas (transporte)proteínas chaperonas (transporte)

Utilizam energia da hidrólise de ATPs para Utilizam energia da hidrólise de ATPs para remover as histonas acetiladas pelos co-remover as histonas acetiladas pelos co-ativadores.ativadores.

Importância Importância maior parte do DNA em células maior parte do DNA em células eucarióticas está condensada como cromatina e eucarióticas está condensada como cromatina e não está acessível para a maquinaria da não está acessível para a maquinaria da transcrição.transcrição.

A remoção das histonas é feita mesmo na A remoção das histonas é feita mesmo na sua ausência e a transcrição ainda é sua ausência e a transcrição ainda é iniciada.iniciada.

Co-ativadores e a maquinaria geral são Co-ativadores e a maquinaria geral são suficientes.suficientes.

Contudo, é crucial para a indução da Contudo, é crucial para a indução da expressão gênica expressão gênica facilita a rápida facilita a rápida ativação da transcrição.ativação da transcrição.

Importante para resposta rápida aos Importante para resposta rápida aos estímulos externos.estímulos externos.

Complexos remodeladores Complexos remodeladores de nucleossomasde nucleossomas

2. Ativação do PIC2. Ativação do PIC

CDK7 (domínio de um GTF) fosforila a serina na CDK7 (domínio de um GTF) fosforila a serina na posição 5 da extremidade carboxi-terminal da posição 5 da extremidade carboxi-terminal da RNA Pol II.RNA Pol II.

Outros processos ocorrem (outras fosforilações, Outros processos ocorrem (outras fosforilações, etc).etc).

Resultam na “introdução” da fita simples de Resultam na “introdução” da fita simples de DNA molde no sítio ativo da Pol II. DNA molde no sítio ativo da Pol II.

3. Escape do promotor3. Escape do promotor

A RNA Polimerase II se dissocia da região A RNA Polimerase II se dissocia da região promotora e de alguns GTFs.promotora e de alguns GTFs.

Se direciona à etapa inicial do alongamento Se direciona à etapa inicial do alongamento da transcrição.da transcrição.

3. Escape do promotor3. Escape do promotor

OBS: OBS:

Não é suficiente para que a Pol II continue Não é suficiente para que a Pol II continue a transcrição do resto da fita de DNA a transcrição do resto da fita de DNA só só transcreve 20-40 nucleotídeos.transcreve 20-40 nucleotídeos.

O alongamento efetivo necessita de uma O alongamento efetivo necessita de uma segunda fosforilação (na serina 2) segunda fosforilação (na serina 2) cria cria sítios de ligação para outras proteínas sítios de ligação para outras proteínas necessárias para a transcrição ao longo da necessárias para a transcrição ao longo da cromatina.cromatina.

ExemplosExemplos

Foram usados três exemplos para ilustrar a Foram usados três exemplos para ilustrar a regulação da expressão gênica nas 3 diferentes regulação da expressão gênica nas 3 diferentes etapas da iniciação do processo de transcrição: etapas da iniciação do processo de transcrição:

Indução do Gene Gal em resposta à galactose Indução do Gene Gal em resposta à galactose em bactérias da espécie em bactérias da espécie Saccharomyces Saccharomyces cerevisiaecerevisiae

Indução do gene de choque térmico na Indução do gene de choque térmico na Drosophila melanogasterDrosophila melanogaster

Regulação do estresse osmótico na Regulação do estresse osmótico na S. S. cerevisiaecerevisiae..

Exemplo IExemplo I

Indução do Gene Gal em resposta à Indução do Gene Gal em resposta à galactose em leveduras da espécie galactose em leveduras da espécie

Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae Regulação da ativação Regulação da ativação durante o durante o

recrutamento dependente de ativadores da recrutamento dependente de ativadores da maquinaria de transcrição. maquinaria de transcrição.

Genes GAL: codificam produtos que são Genes GAL: codificam produtos que são necessários para a importação e para o necessários para a importação e para o metabolismo da galactose.metabolismo da galactose.

Expressão Expressão é rapidamente induzida quando a é rapidamente induzida quando a galactose é adicionada ao meio de crescimento galactose é adicionada ao meio de crescimento com bactérias com bactérias S. cerevisiaeS. cerevisiae..

Gal4 Gal4 ativador ativador

SAGA e Mediador SAGA e Mediador co-ativadores co-ativadores

SWI/SNF SWI/SNF complexo remodelador de complexo remodelador de nucleossomasnucleossomas

Regulação da transcrição é feita pela Regulação da transcrição é feita pela regulação do ativador Gal4:regulação do ativador Gal4:

Adição de galactose Adição de galactose remoção da Gal80 (inibidor remoção da Gal80 (inibidor do Gal4) pela Gal3.do Gal4) pela Gal3.

Indução do Gene Gal em resposta à Indução do Gene Gal em resposta à galactose em leveduras da espécie galactose em leveduras da espécie

Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae

Indução do gene do choque térmico na Indução do gene do choque térmico na Drosophila melanogasterDrosophila melanogaster

Estímulo externo = choque térmico (aumento da Estímulo externo = choque térmico (aumento da temperatura) ou outras condições ambientais temperatura) ou outras condições ambientais estressantes (infecção, inflamação, toxinas, hipóxia, etc).estressantes (infecção, inflamação, toxinas, hipóxia, etc).

Genes do choque térmico Genes do choque térmico codificam proteínas codificam proteínas relacionadas à resposta ao choque térmico (como Hsp70, relacionadas à resposta ao choque térmico (como Hsp70, Hsp90, etc). Hsp90, etc).

Expressão é regulada por fatores de choque térmico Expressão é regulada por fatores de choque térmico (HSF), que são ativadores da transcrição.(HSF), que são ativadores da transcrição.

Exemplo IIExemplo II

Fator GAGA Fator GAGA

Complexo de remodelação de nucleossomas Complexo de remodelação de nucleossomas (na imagem, GAF).(na imagem, GAF).

Recruta co-ativadores, GTFs e outros Recruta co-ativadores, GTFs e outros complexos de remodelação de nucleossomas complexos de remodelação de nucleossomas (dependentes de ATP) (dependentes de ATP) formação do PIC. formação do PIC.

RNA Pol II + GAGA: estão ligados à região RNA Pol II + GAGA: estão ligados à região promotora dos genes (na imagem, gene da promotora dos genes (na imagem, gene da Hsp70) antes do choque térmico.Hsp70) antes do choque térmico.


Choque térmico Choque térmico provoca ligação do HSF provoca ligação do HSF (ativador transcricional) ao GAGA, estimulando (ativador transcricional) ao GAGA, estimulando a perda de nucleossomas no gene.a perda de nucleossomas no gene.

A perda também é dependente de PARP.A perda também é dependente de PARP.

OBS: a perda de nucleossomas não é suficiente OBS: a perda de nucleossomas não é suficiente para induzir a transcrição, mas é importante para induzir a transcrição, mas é importante porque facilita o acesso da maquinaria ao DNA. porque facilita o acesso da maquinaria ao DNA.


Exemplo IIIExemplo III

Regulação do estresse osmótico Regulação do estresse osmótico S. cerevisiaeS. cerevisiae

Indução da expressão gênica Indução da expressão gênica alterações pós- alterações pós-traducionais dos ativadores da transcrição traducionais dos ativadores da transcrição (proteínas).(proteínas).

Estresse osmótico em leveduras Estresse osmótico em leveduras induz uma induz uma cascata de proteínas quinases MAPK cascata de proteínas quinases MAPK

Proteínas MAPKKK (Ssk2, Ssk22 e Ste11) Proteínas MAPKKK (Ssk2, Ssk22 e Ste11) fosforilam a proteína MAPKK (Pbs2) fosforilam a proteína MAPKK (Pbs2) ativa a ativa a resposta de alta osmolaridade da MAPK resposta de alta osmolaridade da MAPK (glicerol1Hog1). (glicerol1Hog1).

Regulação do estresse osmótico Regulação do estresse osmótico S. S. cerevisiaecerevisiae

Em resposta ao estresse osmótico dois diferentes Em resposta ao estresse osmótico dois diferentes sinais convergem para fosforilar e ativar a sinais convergem para fosforilar e ativar a proteína MAPK, que então fosforila Hog1.proteína MAPK, que então fosforila Hog1.

Hog1 é recrutado para os promotores dos genes Hog1 é recrutado para os promotores dos genes de resposta ao estresse osmótico (como STL1) de resposta ao estresse osmótico (como STL1)

O Hog1 atua como um ativador de transcrição O Hog1 atua como um ativador de transcrição em STL1, interagindo diretamente com o em STL1, interagindo diretamente com o Mediador e os componentes gerais da Mediador e os componentes gerais da maquinaria de transcrição. maquinaria de transcrição.

Hog1 também recruta o complexo RSC de Hog1 também recruta o complexo RSC de remodelação de nucleossomas para a região remodelação de nucleossomas para a região codificante do STL1 codificante do STL1 auxilia a passagem da RNA auxilia a passagem da RNA polimerase II (Pol II) durante o alongamento da polimerase II (Pol II) durante o alongamento da transcrição. transcrição.

Hog1 Hog1 fosforila ativadores transcricionais como fosforila ativadores transcricionais como SMP1SMP1

Importante para a retenção de SMP1 no núcleo. Importante para a retenção de SMP1 no núcleo.

SMP1 fosforilada SMP1 fosforilada recruta co-ativadores adicionais e recruta co-ativadores adicionais e a maquinaria geral de transcrição de genes a maquinaria geral de transcrição de genes (incluindo CWP1 e STL1) para iniciar a transcrição (incluindo CWP1 e STL1) para iniciar a transcrição Pol II-dependente. Pol II-dependente.

Regulação do estresso osmótico Regulação do estresso osmótico S. S. cerevisiaecerevisiae

ConclusãoConclusão

Certos princípios fundamentais são Certos princípios fundamentais são

válidos para todos os genes induzíveis:válidos para todos os genes induzíveis:

Devem ser estimuladosDevem ser estimulados

A formação do PIC deve ocorrer como A formação do PIC deve ocorrer como

passo inicial na ativação da transcrição passo inicial na ativação da transcrição

(especifica local apropriado para começar ).(especifica local apropriado para começar ).

Mas existem diferenças na importância relativa de Mas existem diferenças na importância relativa de cada etapa da transcrição:cada etapa da transcrição:

A regulação dos genes induzíveis pode ser feita em A regulação dos genes induzíveis pode ser feita em vários estágios do ciclo de transcrição.vários estágios do ciclo de transcrição.

S. cerevisiaeS. cerevisiae durante o recrutamento durante o recrutamento dependente de ativadores.dependente de ativadores.

D. melanogasterD. melanogaster regulação na liberação da RNA regulação na liberação da RNA Pol II para o alongamento produtivo da transcrição.Pol II para o alongamento produtivo da transcrição.

S. cerevisiaeS. cerevisiae regulação nas modificações pós- regulação nas modificações pós-traducionais de ativadores da transcrição.traducionais de ativadores da transcrição.

Referências Referências bibliográficasbibliográficas

Revisão:Revisão:

Weake, V.M., and Workman, J.L. Inducible gene Weake, V.M., and Workman, J.L. Inducible gene expression: diverse regulatory mechanisms. Nat. expression: diverse regulatory mechanisms. Nat. Rev. Genet. Rev. Genet. 1111, 426–437. , 426–437.

Prodabi – Processamento de dados em bioquímica e Prodabi – Processamento de dados em bioquímica e imunologia. Simunologia. Síntese e processamento de RNA. íntese e processamento de RNA. Disponível em: Disponível em: <http://www.icb.ufmg.br/biq/lbcd/prodabi3/grupos/<http://www.icb.ufmg.br/biq/lbcd/prodabi3/grupos/grupo1/index.htm> Acesso em 02/11/2010.grupo1/index.htm> Acesso em 02/11/2010.

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