Regulação da Expressão Gênica

Edmar Vaz de Andrade

edandrade@ufam.edu.br

http://home.ufam.edu.br/~edandrade

1-Considerações gerais2-Princípios da regulação gênica3-Elementos reguladores no DNA4-Proteínas reguladoras ligantes de DNA

1-Considerações gerais

• Regulação da Expressão Gênica– A necessidade de proteínas nas vias

metabólicas varia de acordo com condições nutricionais e ambientais

– Diferenciação celular– Minimização do custo energético

DNAGene

Transcrição

Processamento pós-transcricional

Nucleotídeos

Tradução

Proteína inativa

Processamento pós-traducional

Proteína ativa

Endereçamento e transporte

Degradação de proteínas

Aminoácidos

Degradação do mRNA

Processos alvos de regulação de expressão gênica

1-Início da transcrição

2-Processamento pós-transcricional

3-Degradação do mRNA

4-Tradução

5-Modificações pós-traducionais

6-Degradação das proteínas

7-Endereçamento

1-Considerações gerais

• Expressão gênica constitutiva (housekeeping genes – genes mantenedores):– expressão constante, aparentemente não

regulada

• Expressão gênica regulada: expressão alterada em determinadas situações– Indução– Repressão

1-Considerações gerais

2-Princípios da regulação gênica

• A transcrição é mediada e regulada por interações proteína-DNA

• Componente central: RNA polimerase, que se liga ao promotor-Regulação do início da transcrição:

regulação da interação da RNA polimerase com a região promotora

• Afinidade do promotor pela RNA polimerase é influenciada por:– Seqüência nucleotídica do promotor– Espaçamento entre as regiões

consensuais (-35 e -10)– Distância entre as regiões consensuais

e o sítio de início de transcrição

2-Princípios da regulação gênica

Sequência nucleotídica de promotores de E. coli reconhecidos pela sub-unidade sigma 70

Região -35

TTGACA N17 TATAAT N6 Região a ser transcrita

Região -10

Espaçadores

Sítio de início de transcrição (+1)

2-Princípios da regulação gênica

2-Princípios da regulação gênica

Comparação entre a composição nucleotídica consesual de promotores reconhecidos pela sub-unidade sigma 70 com o

promotor plac

Promotor plac: promotor com atividade mediana

Taxa de transcrição gênica depende de vários fatores:

• Proteínas reguladoras :– Fatores determinantes de especificidade (sub-unidade

sigma) – afinidade do promotor pelo complexo RNA polimerase

– Repressoras: se ligam a operadores (regulação negativa)– Ativadoras: se ligam a elementos de regulação positiva

(elemento UP, enhancer) (regulação positiva)

• Sinais moleculares/Mediadores químicos– Modulam a atividade das proteínas reguladoras

• cAMP, hormônios, fatores ambientais etc

2-Princípios da regulação gênica

2-Princípios da regulação gênica

[Sadhale P, Verma J and Naorem A 2007 Basal transcription machinery: role in regulation of stress reponse in eukaryotes; J. Biosci. 32 569–578]

Reconhecimento do promotor pela subunidadesigma em E. coli

2-Princípios da regulação gênica

[Sadhale P, Verma J and Naorem A 2007 Basal transcription machinery: role in regulation of stress reponse in eukaryotes; J. Biosci. 32 569–578]

Fatores sigma alternativos em E. coli

3-Elementos reguladores no DNA

Modelo de DNA dupla-hélice

3-Elementos reguladores no DNA

Grupamentos no DNA alvos para a interação específica com proteínas

Complexo RNA polimerase e/ou proteínas reguladoras

Interação específica DNA-proteína

3-Elementos reguladores no DNA

3-Elementos reguladores no DNA

Repetições invertidas no DNA em sítios de ligação com proteínas

4-Proteínas reguladoras ligantes de DNA

Proteínas modulares reguladoras de transcrição

4-Proteínas reguladoras ligantes de DNA

Proteínas modulares reguladoras de transcrição

Proteína repressora dimérica

Motivo hélice-volta-hélice

4-Proteínas reguladoras ligantes de DNA

Hélices de reconhecimento

4-Proteínas reguladoras ligantes de DNA

Proteína com motivos dedo de zinco (Zn2+)

4Cys ou 2Cys/2His

4-Proteínas reguladoras ligantes de DNA

Proteína com motivos dedo de zinco (Zn2+)

4Cys ou 2Cys/2His

4-Proteínas reguladoras ligantes de DNA

Proteína com motivos zíper de leucina (leucine zipper)

Complexo proteína/DNA

4-Proteínas reguladoras ligantes de DNA

Proteína com motivos zíper de leucina (leucine zipper)

Sequência linear de proteínas reguladoras

4-Proteínas reguladoras ligantes de DNA

Ligação cooperativa de dois fatores de transcrição

Isoladamente ambos possuem baixa afinidade de interação pela região alvo no DNA

4-Proteínas reguladoras ligantes de DNA

Efeito combinatório de fatores de transcrição

Quando não mencionado, as figuras apresentadas foram retiradas, com ou sem modificações, das seguintes referências:

1. LODISH, H; DARNELL, J. E. e BALTIMORE, D. 2005. “Biologia Celular e Molecular”, 5ª edição. Artmed Editora SA. Porto Alegre-Brasil. (www.whfreeman.com/lodish)

2. LEHNINGER, A. L. NELSON, D. L e COX, M. M. 2000. “Principles of Biochemistry”. 3ª Edition, Worth Publitions.

Leitura complementar:

1. [Sadhale P., Verma J. and Naorem A. (2007) Basal transcription machinery: role in regulation of stress reponse in eukaryotes; J. Biosci. 32 569–578]