Regulação da expressão gênica

...O que se sabe:

GENES: SÃO SEQUENCIAS DE DNA QUE SÃO TRANSCRITAS

DNA RNA Proteína

...E de maneira geral ...Todas as células de um organismo carregam a mesma

informação genética

...Todas as células contêm os mesmos genes

Existem genes que são expressos em todas as células GENES ESTRUTURAIS (housekeeping genes): codificam

proteínas utilizadas no metabolismo e biossíntese (manutenção celular)

GENES REGULADORES: seus produtos (RNA/Proteína) interagem com outras sequencias e regulam a transcrição e tradução

(Ex.:PROTEÍNAS REGULADORAS)

Permitem que alguns genes só se expressem em um determinado tecido ou órgão (tecido específicos)

Desafio de organismos multicelulares: DIFERENCIAÇÃO

Diferenciação da atividade das células de cada tecido(fisiologia e arquitetura)

Proteínas expressas dentro das células

Portanto... São necessários mecanismos de controle da expressão dos genes para gerar o conjunto de

proteínas de cada tecido

A expressão de determinados genes dependem também da história (fase) de vida da célula

Por exemplo: proteínas e/ou enzimas que só são expressas em determinada fase do desenvolvimento

... Como a enzima TELOMERASE

TELOMERASE: altamente ativa nas células durante desenvolvimento embrionário e praticamente não é expressa na maioria das células adultas da maioria dos tecido.

Vários níveis de controle da expressão gênica

Controle Gênico pelo processamento alternativo

Recomosição alternativa do mRNA é um provavel meio de controle gênico

Ex.: antígeno T do vírus SV40Gene controla a formação de duas proteínas

Antígeno T (gande)Antígeno t (pequeno)

Qual deles será produzido depende de qual sítio alternativo de corte em 5´é utilizado para produzir o mRNA

Proteína SF2 (fator 2 de recomposição) acentua a produção de mRNA que codifica o antígeno t pequeno (mais anterior)

SF2 estimula ligação de uma snRNP no sítio de corte 5´

CONTROLE GÊNICO PELA ESTABILIDADE DO RNA

Quantidade de proteína proporcional taxas mRNA síntese e degradação

Ribonucleases quebram mRNA

A adição da cauda poli A 3´e cap 5´ pode aumentar a estabilidade da molécula de mRNA

1) Ex. Regulação transcricional:Controle da expressão da transcriptase reversa

TRANSCRIPTASE ribonucleoproteína (transcriptase + molde RNA)Genes envolvido na construção da ribonucleoproteína

hTERT parte proteíca (transcriptase)hTERTC RNA

Maior controle relacionado a transcricão do mRNA da parte protéica (transcriptase)

Uma vez que...O PROMOTOR do gene (hTERT) tem sítios de ligação para importantes proteínas reguladoras de expressão (como BRCA-1 e p53 supressores tumoraes)

Logo... PROMOTORES IMORTANTES NO CONTROLE DA TRANSCRIÇÃO DOS mRNA (moléculas intermediárias para as proteínas

A TELOMERASE SOFRE REGULAÇÃO EM NÍVEL TRANSCRICIONAL

Grande parte da regulação da expressão é devido a ação de proteínas que se ligam ao DNA.

PROTEÍNAS REGULADORAS: têm em sua estrutura DOMÍNIOS (60 a 90 AA) de ligação a sítios específicos do DNA (sequências regulatórias)

Essa ligação pode modular as taxas de transcrição

Ligam-se a base nitrogenada ou aos agrupametos açúcar –fosfato através dos seus motivos

PROTEÍNAS DE LIGAÇÃO AO DNA

ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS DE LIGAÇÃO AO DNA

MODO DE AÇÃO DAS PROTEÍNAS REGULADORAS

-Podem direta ou indiretamente ajudar a RNA polimerase na ligação ao promotor e aumentar (acentuadoras) as taxas de transcrição,

-Ou podem impedir a ligação da RNA poli e reprimir (repressoras) taxas de transcrição.

As sequências nas quais se ligam ao DNA podem estar próximas ou muito distante do gene ao qual regulam a expressão.

Região do DNA envolvidas no controle gênico

PROMOTOR: seqência do DNA onde os fatores gerais de transcrição e a polimerase se ligam

SEQUÊNCIAS REGULATÓRIAS: sítios do DNA onde as proteínas regulatórias se ligam para regular a expressão

Formas de repressão da expressão gênica

COMPACTAÇÃO DO DNA E O CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

A condensação dos cromossomos não ocorre apenas para evolução do ciclo celular

A CONDENSAÇÃO E DESCONDENSAÇÃO DOS CROMOSSOMOS OCORREM NA INTERFASE e garantem o acesso as sequências de DNA:

... Permitindo REPLICAÇÃO REPARO CONTROLES DA EXPRESSÃO DE GENES

CROMATINA E O CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

HISTONASProteínas Básicas (ARGININA E LISINA)

H2AH2BH3H4H1

CROMATINA DNA + PROTEÍNAS

Associação que irá permitir:- o empacotamento do DNA no núcleo da célula - controle da expressão gênica

2 moléculas

octâmero de histônas

HETEROCROMATINA MUITO CONDENSADAHeterocromatina constitutiva (ex. centrômeros)Heterocromatina facultativa (ex. cromossomos X)

EUCROMATINA MENOS CONDENSADA

-Eucromatina inativa : genes não expressos (diferenciação entre tecidos)controle: DNA compactado, modificações epigenéticas

EUCROMATINA ATIVA: GENES EXPRESSOSregião sensível a Dnase I (fagmentação do DNA)

sítios sensíveis ligação de proteínas reguladoras

controle: modificações epigenéticas e não compactaçãogenes estruturais

TIPOS DE CROMATINA NA CÉLULA INTERFÁSICA

COMPACTAÇÃO DAS REGIÕES EUCROMÁTICAS

Na intérfase os cromossomos ainda são compactados em fibras de 30nm

A compactação é interrompida por proteínas ligadoras de DNA (reguladoras)

Existem COMPLEXOS PROTÉICOS especializados em romper a compactação PERMITINDO O ACESSO AO DNA

Já verificado em um destes complexos: INATIVAÇÃO DURANTE A MITOSE (fosforilação)

Estrutura básica dos NUCLEOSSOMOS (início da compactação)

8 proteínas histonas formam com dupla da fita

de DNA forma cerne básico do nucleossomos

Uma última histona H1

Liga nucleossomos e atua

direcionamento o DNA durante o

empacotamento até 30nm

Modificações químicas modificam as histonas e garantem o acesso ao DNA expressão ou silenciamento dos genes

Histonas têm sítios de ligação em suas caudas para grupos químicos

-ACETILAÇÃO-METILAÇÃO-FOSFORILAÇÃO

N-terminal das LISINAS

positivamente carregadas

ACETILAÇÃO (adição de grupo acetil) as histonasAfeta a estrutura da cromatina

Hiperacetilação da cauda das histonas genes ativosHipometilação das caudas das histonas genes inativos

HAT acetiltransferase de histonas: adiciona grupo acetil (pp H3 e H4)

HATD desacetiltransferase de histonas: retira grupo acetil

Ex.: ...Cromossomo X inativo é hipoacetilado

Assim...

Modificações nas histonas podem estar relacionadas a remodelamento da cromatina

Proteínas remodeladoras da cromatina reconhecem sítios específicos do DNA (sequências transcritas) e código das histonas (acetilação)

Desta forma é possível ...Histonas acelitadas recrutam complexos protéicos

remodeladores da cromatina (descondensando)

Histonas desacetiladas recrutam proteínas que condensam o DNA e silenciam sequências gênicas.

Modificações epigenéticas nas histonas são passadas de uma geração de células para outra

Modificações EPIGENÉTICAS : são as modificações nos domínios das histonas (como acetilação , metilação...) que são transmitidas durante o processo de replicação do DNA.

...Se estas modificações ajudam a determinar o padrão de expressão de genes elas precisam ser mantidas entre células do mesmo tecido após elas terem se replicado

Contudo...Durante o ciclo celular a estrutura da cromatina pode ser modificado pode mudar a posição dos nucleossomos

MODIFICAÇÕES EPIGENÉTICAS SÃO MANTIDAS APÓS A REPLICAÇÃO

Durante processo de replicação os nucleossomos são desfeitos

Histonas novas e antigas são distribuídas aleatoriamente entre as duas moléculas de DNA

METILAÇÃO DO DNA AFETANDO A ESTRUTURA DA CROMATINA

Metilação do DNA ocorre pela adição de grupo METIL a bases CITOSINA (5-METILCITOSINA)

Ocorre principalmente nas chamadas ilhas CpG (citosina adjacente a guanina no mesmo filamento)

Ilhas CpG encontradas pp próximas a sítios de inícios da transcrição

Se o SÍTIOS está METILADO NÃO OCORRE TRANSCRIÇÃOPode funcionar como LIGA/DESLIGA

POSSÍVEL ASSOCIAÇÃO ENTRE METILAÇÃO E DESACETILAÇÃO

Proteínas ligadas fortemente a sequências CpG formam complexos com proteínas desacetilases

..Assim:

metilação do DNA + desacetilação das histonas = não transcrição

SILENCIAMENTO DO CROMOSSOMO X

Durante a intérfase um cromossomo X da mulher está inativo corpúsculo de Barr ou cromatina sexual

Compensação de doseCromossomo X 1000 genes

Inativação associa marcas epigenéticas à heterocromatina

Melilação de H3 na lisina 9Hipermetilação do DNA

Cromatina sexual na

periferia de célula s XX

visualizadas ao microscópio na

fase de intérfase

REFERÊNCIAS:

Benjamin A. Pierce. Genética: um enfoque conceitual. 1ed. Editora Guanabara Koogan. 2004.

Grifths, A. J. F.; et al. Introdução à genética. 9 ed. Ed. Guanabara. Rio de Janeiro. 2008.

Alberts, B.; et al. Biologia molecular da célula. 4 ed. Editora Artimed. Porto Alegre. 2005.

Lehninger, A. L.; et al. Princípios de Bioquímica, 4 ed. Ed. Sarvier. 2006.