REGULAÇÂO DA EXPRESSÃO GÊNICA PROCARIOTOS E EUCARIOTOS

17/11/2009

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CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA:CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA:

- PROCARIOTOS E EUCARIOTOS

EXPRESSÃO GÊNICAEXPRESSÃO GÊNICA

DefiniçãoDefinição::

-- ProcessoProcesso queque incluiinclui aa transcriçãotranscrição ee aa eventualeventual traduçãotradução dodo RNARNA ememproteínaproteína;;

-- EnvolveEnvolve proteínas,proteínas, queque reagemreagem aa sinaissinais ambientais,ambientais, aumentandoaumentando ououdiminuindodiminuindo asas taxastaxas dede expressãoexpressão dede genesgenes específicosespecíficos;;

-- EnvolveEnvolve tambémtambém sistemassistemas complexoscomplexos queque garantemgarantem aa expressãoexpressão dedegenesgenes nana épocaépoca ee nasnas quantidadesquantidades apropriadasapropriadas;;

-- InteraçãoInteração entreentre asas seqüênciasseqüências gênicasgênicas ee outrasoutras seqüênciasseqüênciasdenominadasdenominadas dede elementoselementos reguladoresreguladores..

EXPRESSÃO GÊNICAEXPRESSÃO GÊNICANíveisNíveis dede ControleControle::

1) Modificações no DNA ou em sua compactação1) Modificações no DNA ou em sua compactação2) Transcrição2) Transcrição3) Pós3) Pós--TranscriçãoTranscrição4) Tradução4) Tradução5) Pós5) Pós--TraduçãoTradução

GenesGenes EstruturaisEstruturais:: codificamcodificam proteínasproteínas quequesãosão usadasusadas nono metabolismometabolismo ee nana biossíntese,biossíntese,ouou queque têmtêm umum papelpapel estruturalestrutural nana célulacélula;;GenesGenes ReguladoresReguladores:: sãosão genesgenes queque cujocujoproduto,produto, sejaseja umum RNARNA ouou umauma proteína,proteína,interageminteragem comcom outrasoutras seqüênciasseqüências ee afetamafetamsuasua transcriçãotranscrição ouou traduçãotradução;;ElementosElementos RegulatóriosRegulatórios:: seqüênciasseqüências dede DNADNAqueque regulamregulam aa expressãoexpressão dede outrasoutrasseqüênciasseqüências..

EXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOSEXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOS

OrganizaçãoOrganização GênicaGênica::

ExEx.:.: EE.. coli,coli, bactériabactéria queque residereside nono intestinointestino grossogrosso humanohumano.. OsOsnossosnossos hábitoshábitos alimentaresalimentares determinamdeterminam osos nutrientesnutrientes disponíveisdisponíveisparapara essaessa bactériabactéria..MecanismoMecanismo dede compensaçãocompensação dada suasua inabilidadeinabilidade emem alteraralterar oo meiomeioexternoexterno sendosendo internamenteinternamente flexívelflexível.. ExEx.:.: SeSe aa glicoseglicose estáestá presente,presente,elaela aa usausa parapara gerargerar ATPATP;; sese nãonão houverhouver glicose,glicose, elaela usausa lactose,lactose,maltosemaltose ouou qualquerqualquer outrooutro dentredentre váriosvários açucaresaçucares..


GenesGenes dede procariotosprocariotos responsáveisresponsáveis porpor funçõesfunções vitais,vitais, comocomo osos quequecodificamcodificam parapara RNAr,RNAr, RNAt,RNAt, enzimasenzimas dede viasvias glicolíticas,glicolíticas,subunidadessubunidades dede DNADNA Pol,Pol, RNARNA PolPol ee proteínasproteínas ribossomais,ribossomais, sãosãoexpressosexpressos constitutivamenteconstitutivamente (velocidade(velocidade ee quantidadesquantidades constantes)constantes);;

OutrosOutros genesgenes sósó sãosão expressosexpressos quandoquando seusseus produtosprodutos sãosão necessários,necessários,suasua expressãoexpressão éé induzidainduzida comocomo sãosão osos genesgenes codificantescodificantes dede enzimasenzimassuasua expressãoexpressão éé induzidainduzida,, comocomo sãosão osos genesgenes codificantescodificantes dede enzimasenzimasenvolvidasenvolvidas emem viasvias catabólicascatabólicas;;

-- ExEx.:.: aa presençapresença dede umauma fontefonte dede carbonocarbono nono ambienteambiente provocaprovoca aaexpressãoexpressão dede genesgenes queque codificamcodificam enzimasenzimas queque captamcaptam eemetabolizammetabolizam essaessa fontefonte dede carbonocarbono.. QuandoQuando estaesta fontefonte desaparece,desaparece, ososgenesgenes queque codificamcodificam estasestas enzimasenzimas sãosão desligadosdesligados..


OO processoprocesso inversoinverso aoao mecanismomecanismo dede induçãoindução éé oo dede repressãorepressão;; ExEx.:.:EmEm EE.. colicoli,, aa viavia metabólicametabólica (enzimas)(enzimas) dede síntesesíntese dede umum aminoácidoaminoácidoqualquerqualquer podepode serser desligadadesligada sese aoao meiomeio emem queque elaela sese encontraencontra forforadicionadoadicionado oo aminoácidoaminoácido emem questãoquestão..

RepressãoRepressão CatabólicaCatabólica:: AsAs bactériasbactérias metabolizammetabolizam glicoseglicosef i l tf i l t dd l tl t tt úú AApreferencialmentepreferencialmente nana presençapresença dede lactoselactose ouou outrosoutros açúcaresaçúcares.. AA

quebraquebra dada glicoseglicose ((glicóliseglicólise)) requerrequer menosmenos energiaenergia.. QuandoQuando aa glicoseglicoseestáestá disponível,disponível, osos genesgenes queque participamparticipam dodo metabolismometabolismo dede outrosoutrosaçúcaresaçúcares ficamficam reprimidosreprimidos..

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OO controlecontrole transcricionaltranscricional exercidoexercido porpor cascatascascatas dede fatoresfatores σσ::

--AA especificidadeespecificidade dada ligaçãoligação dada RNApolRNApol nosnos diferentesdiferentes promotorespromotores éédadadada pelapela interaçãointeração comcom asas váriasvárias espéciesespécies dede fatoresfatores σσ ((σσ7070,, σσ2828,, σσ3434,, etcetc..))existentesexistentes nana célulacélula;;

-- AA disponibilidadedisponibilidade dessesdesses fatoresfatores σσ parapara inícioinício dada transcriçãotranscrição podepode serserumauma formaforma dede controlecontrole dada expressãoexpressão gênicagênica emem nívelnível dede transcriçãotranscrição;;

-- ExEx.:.: BacteriófagoBacteriófago SPOSPO11 queque infectainfecta ee sese multiplicamultiplica emem BB.. subtilissubtilis..ExistemExistem 33 categoriascategorias dede genesgenes:: expressãoexpressão imediataimediata,, intermediáriaintermediária eetardiatardia;;


--ApósApós aa infecçãoinfecção dodo fago,fago, osos genesgenes imediatosimediatos sãosão transcritostranscritos sobsob oocontrolecontrole dodo fatorfator σσAA dede BB.. subtilissubtilis (=(= σσ7070 emem EE.. colicoli)).. UmUm destesdestes genesgenes éé oo2828 cujocujo produtoproduto éé oo fatorfator σσgpgp2828..

-- QuandoQuando emem quantidadequantidade suficiente,suficiente, esseesse fatorfator permitepermite aa expressãoexpressão dosdosgenesgenes intermediáriosintermediários 3333 ee 3434,, queque codificamcodificam osos fatoresfatores σσgpgp3333 eeσσgpgp3434.. EstesEstesfatoresfatores formamformam umum complexocomplexo σσgpgp3333 //3434,, responsávelresponsável pelapela identificaçãoidentificação dede

tt dd dd ãã t dit dipromotorespromotores dede genesgenes dede expressãoexpressão tardiatardia..

RNA pol

Imediata Intermediária Tardia


OsOs mecanismosmecanismos dede controlecontrole transcricionaltranscricional::

-- ControleControle NegativoNegativo:: UmaUma proteínaproteína regulatóriaregulatória atuaatua comocomo repressorrepressor,,ligandoligando--sese aoao DNADNA ee inibindoinibindo aa transcriçãotranscrição;;

-- ControleControle PositivoPositivo:: UmaUma proteínaproteína regulatóriaregulatória atuaatua comocomo ativadorativador,,estimulandoestimulando aa transcriçãotranscrição;;

OsOs repressoresrepressores unemunem--sese aa sítiossítios específicosespecíficos nono DNADNA (sítios(sítiosoperadoresoperadores),), queque estãoestão localizadoslocalizados próximospróximos ouou sobrepostossobrepostos àà regiãoregiãopromotorapromotora;;

AA ligaçãoligação dodo repressorrepressor nono operadoroperador impedeimpede aa ligaçãoligação ee aamovimentaçãomovimentação dada RNARNA polpol;;

EstaEsta ligaçãoligação éé reguladaregulada porpor umauma moléculamolécula queque sese uneune aoao repressorrepressormudandomudando suasua conformaçãoconformação ee suasua afinidadeafinidade pelopelo operadoroperador..



-- QuandoQuando oo repressor,repressor, queque normalmentenormalmente estáestá ativo,ativo, éé inativadoinativado pelapelamoléculamolécula permitindopermitindo aa açãoação dada RNARNA polpol ee aa transcrição,transcrição, dizdiz--sese queque oocontrolecontrole éé negativonegativo indutívelindutível;;

-- QuandoQuando oo repressor,repressor, queque normalmentenormalmente estáestá inativo,inativo, éé ativadoativado pelapelamoléculamolécula bloqueandobloqueando aa açãoação dada RNARNA polpol ee aa transcrição,transcrição, dizdiz--sese queque oocontrolecontrole éé negativonegativo repressívelrepressível;;



-- OsOs ativadoresativadores unemunem--sese aa sítiossítios adjacentesadjacentes aoao promotor,promotor, aumentandoaumentando aaafinidadeafinidade dada RNARNA polpol porpor eleele ee favorecendofavorecendo aa transcriçãotranscrição;;

NN ntr lntr l positi opositi o indutí elindutí el ti d rti d r unun àà m lé ulm lé ul f rm ndf rm nd-- NoNo controlecontrole positivopositivo indutívelindutível,, oo ativadorativador sese uneune àà moléculamolécula formandoformandoumum complexocomplexo queque entãoentão sese uneune aoao DNA,DNA, favorecendofavorecendo aa transcriçãotranscrição;;

-- NoNo controlecontrole positivopositivo repressívelrepressível,, oo ativadorativador sese uneune aoao DNADNAfavorecendofavorecendo aa transcriçãotranscrição.. AA ligaçãoligação dada moléculamolécula promovepromove aa dissociaçãodissociaçãododo ativador,ativador, impedindoimpedindo aa transcriçãotranscrição..


OO modelomodelo dodo OperonOperon::

-- OperonOperon:: grupogrupo dede genesgenes estruturaisestruturais queque sãosão transcritostranscritos juntosjuntos sobsob oocontrolecontrole dede umum únicoúnico promotorpromotor.. ÉÉ formadoformado pelospelos genesgenes estruturaisestruturais,,umum promotorpromotor ee umum operadoroperador.. ExEx.:.: OperonOperon Lac,Lac, OperonOperon TrpTrp

-- UmUm genegene reguladorregulador afetaafeta oo funcionamentofuncionamento dodo operon,operon, masmas nãonão ééconsideradoconsiderado parteparte dele,dele, poispois esteeste temtem oo seuseu própriopróprio promotorpromotor EleEle ééconsideradoconsiderado parteparte dele,dele, poispois esteeste temtem oo seuseu própriopróprio promotorpromotor.. EleEle éétraduzidotraduzido emem umauma pequenapequena proteínaproteína reguladorareguladora queque sese ligaliga aoao sítiosítiooperadoroperador..

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OO OperonOperon LacLac (Operon(Operon dada Lactose)Lactose)::

--ModeloModelo parapara oo controlecontrole genéticogenético dodo metabolismometabolismo dede lactoselactose emem EE.. colicolidescritodescrito emem 19611961 porpor FrançoisFrançois JacobJacob ee JacquesJacques MonodMonod;;

--LactoseLactose:: dissacarídeodissacarídeo dede difícildifícil difusãodifusão atravésatravés dada membranamembrana celularcelulardevendodevendo serser transportadatransportada ativamenteativamente parapara oo interiorinterior dada célulacélula comcom oopp ppauxílioauxílio dede umauma enzimaenzima permeasepermease;;

-- ParaPara usarusar aa lactoselactose comocomo fontefonte dede energia,energia, aa EE.. colicoli devedeve quebráquebrá--lala ememglicoseglicose ee galactosegalactose,, reaçãoreação catalisadacatalisada pelapela enzimaenzima ββ--galactosidasegalactosidase..EstaEsta enzimaenzima tambémtambém converteconverte aa lactoselactose emem alolactosealolactose;;

-- UmaUma terceiraterceira enzima,enzima, aa transacetilasetransacetilase,, tambémtambém éé produzidaproduzida,, masmas suasuafunçãofunção nono metabolismometabolismo dada lactoselactose éé desconhecidadesconhecida..


OO OperonOperon LacLac::

--AsAs trêstrês enzimas,enzimas, permease,permease, ββ--galactosidasegalactosidase ee aa transacetilasetransacetilase sãosãocodificadascodificadas porpor genesgenes estruturaisestruturais nono OperonOperon LacLac dede EE.. colicoli..

-- QuandoQuando aa lactoselactose estáestá ausenteausente nono meiomeio nana qualqual aa bactériabactéria cresce,cresce, sãosãoproduzidasproduzidas apenasapenas algumasalgumas moléculasmoléculas dede cadacada enzimaenzima.. Entretanto,Entretanto,quandoquando aa lactoselactose éé adicionadaadicionada aoao meiomeio ee aa glicoseglicose estáestá ausenteausente,, aa taxataxaquandoquando aa lactoselactose éé adicionadaadicionada aoao meiomeio ee aa glicoseglicose estáestá ausenteausente,, aa taxataxadede síntesesíntese dede todastodas asas 33 enzimasenzimas aumentaaumenta cercacerca dede milmil vezesvezes dentrodentro dede22 ouou 33 minmin..

--AA ββ--galactosidasegalactosidase éé codificadacodificada pelopelo genegene lacZlacZ,, aa permeasepermease pelopelo genegenelacYlacY ee aa transacetilasetransacetilase pelopelo genegene lacAlacA..

-- NoNo OperonOperon LacLac osos 33 genesgenes temtem umum promotorpromotor únicoúnico (P)(P) ee sãosãotranscritostranscritos juntosjuntos.. AntecedendoAntecedendo oo promotorpromotor háhá umum genegene reguladorregulador ((laclacII)) queque temtem seuseu própriopróprio promotorpromotor ee atuaatua comocomo repressorrepressor..

EXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOSEXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOS EXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOSEXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOS

OO OperonOperon LacLac ee aa RepressãoRepressão CatabólicaCatabólica::

--AA induçãoindução dodo OperonOperon LacLac requerrequer tantotanto aa presençapresença dada alolactosealolactose(indutor)(indutor) parapara inativarinativar oo repressor,repressor, quantoquanto aa ausênciaausência dede glicoseglicose..

-- OsOs níveisníveis dede AMPcAMPc sãosão controladoscontrolados pelapela glicoseglicose.. OO baixobaixo nívelnível dedepp ggglicoseglicose aumentaaumenta aa produçãoprodução dodo AMPcAMPc levandolevando àà transcriçãotranscrição dosdos genesgenesdodo OperonOperon LacLac..

--AA repressãorepressão catabólicacatabólica resultaresulta dodo controlecontrole positivopositivo emem respostaresposta ààglicoseglicose.. OO controlecontrole positivopositivo requerrequer umum fatorfator dede ativação,ativação, comocomo oocomplexocomplexo AMPcAMPc ++ proteínaproteína ativadoraativadora dodo catabolismocatabolismo ((CAPCAP),), queque seseligaliga aa umum sítiosítio pertoperto dodo promotorpromotor ee estimulaestimula aa ligaçãoligação dada RNApolRNApol..


- AA ativaçãoativação dodo CAPCAP ééineficazineficaz nessenesse sistemasistema sese oorepressorrepressor LacLac estiverestiverbloqueandobloqueando aa transcriçãotranscrição;;

-- Entretanto,Entretanto, mesmomesmo queque oorepressorrepressor LacLac estejaestejadissociadodissociado dodo operador,operador, aatranscriçãotranscrição nãonão atingeatingeníveisníveis máximos,máximos, aa menosmenosqueque CAPCAP estejaesteja ligadaligada aoaoDNADNA..

EXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOSEXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOSOO OperonOperon TrpTrp (Operon(Operon dodo Triptofano)Triptofano)::

-- ModeloModelo dede controlecontrole dada biossíntesebiossíntese dede TriptofanoTriptofano..

-- OO OperonOperon TrpTrp contémcontém 55 genesgenes estruturaisestruturais ((trpE,trpE, trpD,trpD, trpC,trpC, trpBtrpB ee trpAtrpA)) quequeproduzemproduzem componentescomponentes dede 33 enzimasenzimas queque convertemconvertem corismatocorismato emem triptofanotriptofano..

-- AA repressãorepressão éé feitafeita pelapela ligaçãoligação dodo própriopróprio triptofanotriptofano aoao repressor,repressor, oo queque tornatornaoo repressorrepressor ativoativo.. OO repressorrepressor ativoativo ligaliga--sese aoao operadoroperador ee impedeimpede queque aa RNApolRNApoltranscrevatranscreva osos genesgenes estruturaisestruturais..gg

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AA AtenuaçãoAtenuação dada TranscriçãoTranscrição::

-- MecanismoMecanismo adicionaladicional dede regulaçãoregulação dada expressãoexpressão gênicagênica queque controlacontrola aacapacidadecapacidade dada RNApolRNApol emem continuarcontinuar oo alongamentoalongamento alémalém dededeterminadosdeterminados sítiossítios;;

MesmoMesmo queque aa transcriçãotranscrição dodo OperonOperon TrpTrp tenhatenha sidosido iniciadainiciada (↓(↓ [[ ]] dede

--

-- MesmoMesmo queque aa transcriçãotranscrição dodo OperonOperon TrpTrp tenhatenha sidosido iniciadainiciada (↓(↓ [[ ]] dedetriptofano),triptofano), essaessa podepode nãonão prosseguirprosseguir atéaté oo sítiosítio dede términotérmino;;

-- OO sítiosítio dede atenuaçãoatenuação estáestá localizadolocalizado aa 162162ntnt apósapós oo sítiosítio dede inícioinício dadatranscriçãotranscrição.. CasoCaso oo triptofanotriptofano sejaseja abundante,abundante, aa maiormaior parteparte dadatranscriçãotranscrição terminatermina aliali;;

EXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOSEXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOSAA AtenuaçãoAtenuação dada TranscriçãoTranscrição::

-- OO términotérmino dada transcriçãotranscrição éé marcadomarcado porpor umauma estruturaestrutura emem formaforma dedegrampogrampo;;

-- QuandoQuando necessárionecessário queque aa traduçãotradução aindaainda ocorra,osocorra,os própriosprópriosribossomosribossomos impedemimpedem aa formaçãoformação dodo grampogrampo permitindopermitindo queque aa

--

pp g pg p pp qqtranscriçãotranscrição continuecontinue..


RNAs Regulatórios:

- RNAs anti-senso: Pequenas moléculas deRNA complementares a seqüênciasparticulares nos RNAm que se ligam a estes einibem a tradução;

E ita ligação ao ribossomoEvita ligação ao ribossomo;Desestabiliza o mRNA tornando-o

susceptível a endonucleases;Mimetiza um terminador;

Regulação Traducional:

- Disponibilidade de proteínas ribossômicas;

EXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOSEXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS

Características Gerais:

--AA expressãoexpressão gênicagênica emem eucariotoseucariotos éé reguladaregulada nono tempotempo ee nono espaçoespaço..AlgunsAlguns genesgenes sãosão expressosexpressos dede maneiramaneira específicaespecífica parapara cadacada tecidotecido..OutrosOutros genesgenes sãosão expressosexpressos emem umum padrãopadrão temporaltemporal específicoespecífico durantedurante

d n l im ntd n l im ntoo desenvolvimentodesenvolvimento..

--TodasTodas asas célulascélulas dede umum organismoorganismo levamlevam aa mesmamesma informaçãoinformaçãogenética,genética, masmas apenasapenas umum subgruposubgrupo dede genesgenes éé expressoexpresso emem cadacada tipotipocelularcelular..


Características Gerais:

-- RespostaResposta limitadalimitada àsàs mudançasmudanças nutricionaisnutricionais ee ambientaisambientais..

-- OsOs genesgenes eucarióticoseucarióticos nãonão estãoestão organizadosorganizados emem operonsoperons..

--AA estruturaestrutura dada cromatinacromatina afetaafeta aa expressãoexpressão gênicagênica--AA estruturaestrutura dada cromatinacromatina afetaafeta aa expressãoexpressão gênicagênica..

-- OsOs ativadoresativadores parecemparecem serser maismais comunscomuns emem célulascélulas eucarióticas,eucarióticas,emboraembora tantotanto estesestes quantoquanto osos repressoresrepressores estejamestejam presentespresentes tambémtambém ememcélulascélulas procarióticasprocarióticas..


EstruturaEstrutura dada CromatinaCromatina XX RegulaçãoRegulação GênicaGênica::

-- OO DNADNA devedeve sese desenrolardesenrolar dasdas proteínasproteínas histonashistonas parapara queque ocorraocorra aatranscriçãotranscrição atravésatravés::

--AcetilaçãoAcetilação dasdas histonashistonas:: AA adiçãoadição dede gruposgrupos acetilacetil (CH(CH33CO)CO) àsàsproteínasproteínas histonashistonas catalisadacatalisada pelapela enzimaenzima AcetiltransferaseAcetiltransferase (HAT)(HAT).. OsOsgruposgrupos acetilacetil desestabilizamdesestabilizam aa estruturaestrutura dodo nucleossomo,nucleossomo, porporgruposgrupos acetilacetil desestabilizamdesestabilizam aa estruturaestrutura dodo nucleossomo,nucleossomo, porporneutralizarneutralizar asas cargascargas positivaspositivas dasdas histonas,histonas, permitindopermitindo queque oo DNADNA seseseparesepare destasdestas;;

ACETILAÇÃO

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-- ComplexosComplexos dede RemodelagemRemodelagem dada CromatinaCromatina:: AlgunsAlguns fatoresfatores dedetranscriçãotranscrição ee outrasoutras proteínasproteínas regulatóriasregulatórias ligamligam--sese diretamentediretamente aa sítiossítiosparticularesparticulares nono DNADNA semsem acetilaracetilar asas proteínasproteínas histonashistonas promovendopromovendo ooinícioinício dada transcriçãotranscrição..


--DesacetilaçãoDesacetilação dasdas histonashistonas:: OutrasOutras enzimasenzimas denominadasdenominadas desacetilasesdesacetilases(HDAC)(HDAC) removemremovem estesestes grupamentosgrupamentos acetilacetil ee restauramrestauram aa estruturaestruturacompactadacompactada dada cromatina,cromatina, reprimindoreprimindo aa transcriçãotranscrição..

--MetilaçãoMetilação dodo DNADNA:: FenômenoFenômeno epigenéticoepigenético** queque ocorreocorre pelapelatransferênciatransferência dede umum grupamentogrupamento metilmetil (CH(CH33)) aoao carbonocarbono 55 dada citosina,citosina,catalisadacatalisada porpor umauma enzimaenzima DNADNA metiltransferasemetiltransferase..

-- EsteEste processoprocesso éé maismais comumcomum nasnas basesbases citosinascitosinas ligadasligadascovalentementecovalentemente àà guanina,guanina, denominadosdenominados dinucleotídeosdinucleotídeos CpGCpG.. ÉÉ umumprocessoprocesso associadoassociado àà repressãorepressão dada expressãoexpressão gênicagênica..

-- **FenômenoFenômeno epigenéticoepigenético podepode serser definidodefinido comocomo mudançamudança nono materialmaterial genéticogenético quequealteraaltera aa regulaçãoregulação dada expressãoexpressão gênicagênica dede maneiramaneira queque estaesta éé passadapassada parapara asas célulascélulasfilhasfilhas dentrodentro dasdas célulascélulas somáticas,somáticas, porémporém nãonão éé caracterizadacaracterizada comocomo mutaçãomutação,, poispois nãonãoenvolveenvolve mudançamudança nana seqüênciaseqüência dede DNADNA..


-- MetilaçãoMetilação dede DNADNA éé oo mecanismomecanismo queque permitepermite queque determinadosdeterminadosgenesgenes (e(e nãonão outros)outros) sese manifestemmanifestem dentrodentro dede célulascélulas normaisnormaisespecializadas,especializadas, vistovisto queque todastodas asas célulascélulas dodo corpocorpo trazemtrazem aa mesmamesmacargacarga genéticagenética..

--OO queque asas diferenciadiferencia éé aa manifestaçãomanifestação dede umum ouou dede outrooutro genegene durantedurante ood n l im ntd n l im nt mm t dt d uu idid p rp r d ti rd ti r g ng ndesenvolvimentodesenvolvimento ee emem todatoda aa suasua vidavida parapara desativardesativar genesgenesdesnecessáriosdesnecessários..

-- EmEm contraste,contraste, pequenaspequenas porçõesporções dede DNA,DNA, chamadaschamadas ilhasilhas CpGCpG,, sãosãocomparativamentecomparativamente ricasricas emem nucleotídeosnucleotídeos CpGCpG ee quasequase sempresempre estãoestãolivreslivres dede metilaçãometilação.. EstasEstas ilhasilhas CpGCpG estãoestão freqüentementefreqüentemente localizadaslocalizadas nanaregiãoregião promotorapromotora dosdos genesgenes humanoshumanos ee aa metilaçãometilação dentrodentro dasdas ilhasilhasestáestá associadaassociada àà inativaçãoinativação dada transcriçãotranscrição dodo genegene correspondentecorrespondente..


-- CélulasCélulas cancerígenascancerígenas:: metilaçãometilação anormalanormal dede DNADNA desativadesativa genesgenes quequenormalmentenormalmente evitariamevitariam divisõesdivisões celularescelulares imprópriasimpróprias..

-- MaisMais dede 1010%% dosdos genesgenes emem algunsalguns tipostipos dede tumortumor sãosão inativadosinativados porpormetilaçãometilação.. AA resistênciaresistência àà quimioterapiaquimioterapia está,está, nana maioriamaioria dosdos casos,casos,ligadaligada aoao graugrau dede metilaçõesmetilações anormaisanormais emem algunsalguns tumorestumoresligadaligada aoao graugrau dede metilaçõesmetilações anormaisanormais emem algunsalguns tumorestumores..

--AsAs alteraçõesalterações dede metilaçãometilação dodo DNADNA emem célulascélulas tumoraistumorais incluemincluem aaperdaperda dada metilaçãometilação emem seqüênciasseqüências normalmentenormalmente metiladasmetiladas((hipometilaçãohipometilação)) ee oo ganhoganho dede seqüênciasseqüências metiladasmetiladas emem locaislocais geralmentegeralmentenãonão metiladosmetilados ((hipermetilaçãohipermetilação))..


-- EvidênciasEvidências sugeremsugerem queque aa metilaçãometilação dodo DNADNA estejaesteja associadaassociada ààdesacetilaçãodesacetilação dasdas histonashistonas.. AA metilaçãometilação pareceparece atrairatrair asas HDAC,HDAC, quequeremovemremovem oo grupamentogrupamento acetilacetil estabilizandoestabilizando aa estruturaestrutura dodo nucleossomonucleossomoreprimindoreprimindo assim,assim, aa expressãoexpressão gênicagênica..


TranscriçãoTranscrição XX RegulaçãoRegulação GênicaGênica::

--ViaVia seqüênciasseqüências dede DNADNA localizadalocalizada 55’’ upstreamupstream:: ReforçadoresReforçadores(“enhancers”)(“enhancers”) ee SilenciadoresSilenciadores (“silencers”)(“silencers”);;

OsOs reforçadoresreforçadores sãosão elementoselementos reguladoresreguladores positivospositivos queque servemservem paraparaaumentaraumentar oo nívelnível dede transcriçãotranscrição basalbasal.. PodemPodem estarestar localizadoslocalizados muitomuitodistantesdistantes dodo genegene queque eleseles regulamregulam.. AlgunsAlguns podempodem serser componentescomponentesintegraisintegrais dosdos promotorespromotores;;integraisintegrais dosdos promotorespromotores;;

OsOs silenciadoressilenciadores servemservem parapara diminuirdiminuir oo nívelnível dede transcriçãotranscrição basalbasal;;

OsOs InsuladoresInsuladores ouou IsoladoresIsoladores sãosão seqüênciasseqüências dede DNADNA queque bloqueiambloqueiamaa propagaçãopropagação dada influênciainfluência dosdos reforçadoresreforçadores..

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EXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOSEXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS EXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOSEXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS

TranscriçãoTranscrição ee RegulaçãoRegulação GênicaGênica::

-- ViaVia fatoresfatores dede transcriçãotranscrição:: proteínasproteínas especiaisespeciais ouou seqüênciasseqüênciasreguladorasreguladoras presentespresentes nosnos reforçadoresreforçadores ee nosnos promotorespromotores.. DividemDividem--sese emem duasduas classesclasses::

1)1) FatoresFatores BasaisBasais dede TranscriçãoTranscrição:: necessáriosnecessários parapara aa expressãoexpressão dede todostodososos genesgenes transcritostranscritos pelapela RNApolRNApol II,II, estandoestando presentespresentes emem todastodas asasgg pp pp ppcélulascélulas (Ex(Ex.:.: TFIIA,TFIIA, TFIIB,TFIIB, TFIID)TFIID);;

2)2) FatoresFatores EspecíficosEspecíficos (Ativadores,(Ativadores, Repressores,Repressores, CoCo--ativadoresativadores ee CoCo--repressores)repressores):: responsáveisresponsáveis pelapela expressãoexpressão dede proteínasproteínas célulacélula--específicasespecíficas;;

-- EstesEstes fatoresfatores apresentamapresentam domíniosdomínios funcionaisfuncionais dede ligaçãoligação aoao DNADNA eedede ativaçãoativação dada transcriçãotranscrição..

EXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOSEXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS EXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOSEXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS

Proteínas de Ligação ao DNAProteínas de Ligação ao DNA: :

-- ProteínasProteínas queque sese ligamligam aa seqüênciasseqüências dede DNADNA ee queque influenciaminfluenciam suasuaexpressãoexpressão.. EmEm geralgeral formamformam pontespontes dede hidrogêniohidrogênio comcom asas basesbases dodoDNADNA ouou interageminteragem comcom oo arcabouçoarcabouço açúcaraçúcar--fosfatofosfato dodo DNADNA..

-- ApresentamApresentam partespartes funcionaisfuncionais denominadasdenominadas dede domíniosdomínios,, compostoscompostosporpor 6060 aa 9090 aaaa queque sãosão responsáveisresponsáveis pelapela ligaçãoligação aoao DNADNA.. DentroDentro dosdosdomíniosdomínios existemexistem estruturasestruturas característicascaracterísticas denominadasdenominadas motivosmotivosdomíniosdomínios existemexistem estruturasestruturas característicascaracterísticas denominadasdenominadas motivosmotivos..

MotivoMotivo HéliceHélice--GiroGiro--HéliceHélice

-- DuasDuas héliceshélices alfaalfa queque seseligamligam aoao sulcosulco maiormaior dodoDNADNA;;-- PresentesPresentes emem célulascélulasprocarióticasprocarióticas ee eucarióticaseucarióticas..

EXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOSEXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOSMotivoMotivo ZincZinc FingerFinger

-- AlçaAlça dede aaaa comcom ZincoZinco nana basebasequeque sese ligamligam aoao sulcosulco maiormaior dodoDNADNA;;-- PresentesPresentes emem célulascélulaseucarióticaseucarióticas;;-- DescobertoDescoberto nono fatorfator TFIIIATFIIIAenvolvidoenvolvido nana transcriçãotranscrição dodoRNArRNAr 55SS pelapela RNARNA polpol IIIIII..

MotivoMotivo ZíperZíper dede LeucinaLeucina

-- HélicesHélices dede LeucinasLeucinas ee umum braçobraçobásicobásico;; duasduas leucinasleucinasinterdigitadas,interdigitadas, queque sese ligamligam aa doisdoissulcossulcos maioresmaiores dodo DNADNA;;-- PresentesPresentes emem célulascélulaseucarióticaseucarióticas..

EXPRESSÃO GÊNICA e EXPRESSÃO GÊNICA e LOCUSLOCUS MULTIGÊNICOSMULTIGÊNICOS

EmEm eucariotoseucariotos muitosmuitos genesgenes estãoestão organizadosorganizados emem locuslocusmultigênicos,multigênicos, emem queque osos mesmosmesmos sãosão coordenadamentecoordenadamente reguladosreguladosdurantedurante aa diferenciaçãodiferenciação ee desenvolvimentodesenvolvimento;;

ExEx.:.: GenesGenes dede globinaglobina:: aa regiãoregião dede controlecontrole dodo locuslocus (LCR)(LCR),, exerceexercecontrolecontrole nana expressãoexpressão destesdestes genesgenes vistovisto queque::

1)1) SeqüênciasSeqüências reguladorasreguladoras presentespresentes emem promotorespromotores ee reforçadoresreforçadoresnãonão sãosão suficientessuficientes parapara controlarcontrolar aa expressãoexpressão;;

2)2) DeleçõesDeleções nana regiãoregião 55’’upstreamupstream dodo genegene dada ββ--globinaglobina inativaminativam aaexpressãoexpressão dodo locuslocus;;

33)) PresençaPresença dede sítiossítios hipersensíveishipersensíveis àà DNaseDNase** nana regiãoregião 55’upstream’upstreamdodo genegene dada ββ--globinaglobina;;

** RegiõesRegiões transcricionalmentetranscricionalmente ativasativas (cromatina(cromatina frouxa)frouxa) sãosão maismais sensíveissensíveis ààdegradaçãodegradação pelapela DNase,DNase, sendosendo esteeste umum bombom parâmetroparâmetro nana identificaçãoidentificação dede genesgenesativosativos..

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EXPRESSÃO GÊNICA e EXPRESSÃO GÊNICA e LOCUSLOCUS MULTIGÊNICOSMULTIGÊNICOS

AA expressãoexpressão dosdos genesgenes dede globinaglobina éé determinadadeterminada nãonão somentesomente pelopeloseusseus promotores,promotores, masmas tambémtambém pelopelo LCRLCR localizadolocalizado aa montantemontante dodo11ºº genegene dodo clustercluster ((εε--globina)globina);;

AA regiãoregião LCR,LCR, marcadamarcada porpor sítiossítios hipersensíveishipersensíveis aa DNase,DNase, permitepermite ooacessoacesso dede proteínasproteínas regulatóriasregulatórias possampossam sese ligarligar ee ativarativar aatranscriçãotranscrição dosdos genesgenes;;

Embrião Fetal Adulto Embrião Fetal Adulto

EXPRESSÃO GÊNICA COORDENADAEXPRESSÃO GÊNICA COORDENADA

VáriosVários genesgenes eucarióticoseucarióticos podempodem serser ativadosativados pelopelo mesmomesmo estímuloestímulo;;

ExEx.:.: AsAs proteínasproteínas dede choquechoque térmicotérmico ((heatheat--shockshock -- hsphsp)) ajudamajudam aa evitarevitardanosdanos contracontra agentesagentes estressantesestressantes (calor)(calor) sãosão produzidasproduzidas porpor 2020 genesgenesdiferentesdiferentes queque sãosão expressosexpressos coordenadamente,coordenadamente, emboraembora nãonão estejamestejamagrupadosagrupados comocomo operonsoperons..

OsOs genesgenes dede expressãoexpressão coordenadacoordenada sãosão capazescapazes dede responderresponder aoaomesmomesmo estímuloestímulo poispois têmtêm seqüênciasseqüências regulatóriasregulatórias emem comumcomum nosnos seusseuspromotorespromotores ee reforçadoresreforçadores.. EstasEstas sãosão denominadasdenominadas elementoselementos dederespostaresposta;;


UmUm únicoúnico genegene podepode serser reguladoregulado porpor váriosvários elementoselementos dede respostarespostadiferentesdiferentes..

ExEx.:.: OO genegene dada metalotioneínametalotioneína,, queque codificacodifica umauma proteínaproteína queque sese ligaliga aametaismetais pesadospesados ee osos removeremove dasdas célulascélulas.. AA presençapresença dede metaismetais pesadospesadosestimulaestimula aa transcriçãotranscrição..


OutrosOutros elementoselementos dede respostaresposta sãosão encontradosencontrados antecedendoantecedendo oo genegene dadametalotioneínametalotioneína ee tambémtambém contribuemcontribuem parapara aumentaraumentar aa transcriçãotranscrição;;

GREGRE-- ElementoElemento dede respostaresposta aa hormônioshormônios glicocorticóideglicocorticóide (TGGTACAAAATGTTCT)(TGGTACAAAATGTTCT)MREMRE-- ElementoElemento dede respostaresposta aa metaismetaisTRETRE-- ElementoElemento dede respostaresposta aa ésteresésteres dede forbolforbol (TGACTCA)(TGACTCA)BLEBLE-- ElementoElemento dede respostaresposta basalbasal

NosNos elementoselementos dede respostaresposta existemexistem seqüênciasseqüências consensoconsenso curtas,curtas, onde,onde,apósapós estímuloestímulo específico,específico, sese ligamligam asas proteínasproteínas regulatóriasregulatórias parapara ativarativaraa transcriçãotranscrição gênicagênica..


PósPós--TranscriçãoTranscrição XX RegulaçãoRegulação GênicaGênica::

-- OsOs genesgenes eucarióticoseucarióticos podempodem serser reguladosregulados porpor meiomeio dodo controlecontrole dodoprocessamentoprocessamento dodo RNAmRNAm::

sítiossítios alternativosalternativos dede ““splicingsplicing”” dodo RNAmRNAm (a(a seleçãoseleção dede sítiossítiosalternativosalternativos dede cortecorte levaleva àà produçãoprodução dede proteínasproteínas diferentes)diferentes);;p çp ç pp ));;

sítiossítios alternativosalternativos dede poliadenilaçãopoliadenilação dodo RNAmRNAm (idem)(idem);;

controlecontrole dodo transportetransporte dodo RNAmRNAm parapara oo citoplasmacitoplasma ((translocaçãotranslocação));;

controlecontrole citoplasmáticocitoplasmático dada estabilidadeestabilidade (degradação(degradação porpor ribonucleases)ribonucleases)dodo RNAmRNAm;;


PósPós--TranscriçãoTranscrição XX RegulaçãoRegulação GênicaGênica::

silenciamentosilenciamento dodo RNARNA:: iniciadoiniciado porpor moléculasmoléculas bifilamentaresbifilamentares dede RNARNAqueque sãosão cortadascortadas ee processadasprocessadas.. OO pequenospequenos RNARNA interferentesinterferentes(RNAsi),(RNAsi), ligamligam--sese àà seqüênciasseqüências complementarescomplementares dodo RNAmRNAm causandocausandocortecorte ee decomposiçãodecomposição;;

OO AA dd ll ll dd ll-- OsOs RNAsiRNAsi podempodem estimularestimular aa metilaçãometilação dede seqüênciasseqüências complementarescomplementaresnono DNADNA..

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EXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOSEXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOSTraduçãoTradução ee PósPós--TraduçãoTradução XX RegulaçãoRegulação

GênicaGênica::

-- DisponibilidadeDisponibilidade dosdos componentescomponentesnecessáriosnecessários àà maquinariamaquinaria dada traduçãotradução(ribossomos,(ribossomos, fatoresfatores dede iniciaçãoiniciação eealongamento,alongamento, aminoacilaminoacil RNAt)RNAt);;

-- DisponibilidadeDisponibilidade dede proteínasproteínas queque sesepp pp qqligamligam nasnas pontaspontas 55’’ ee 33’’ dodo RNAmRNAm((CAPCAP bindingbinding proteinsproteins ee PoliAPoliA bindingbindingproteinsproteins));;

-- ApósApós aa traduçãotradução asas proteínasproteínaseucarióticaseucarióticas passampassam porpor umauma seleçãoseleçãoalternativaalternativa dede viasvias dede processamentoprocessamento::clivagemclivagem proteolítica,proteolítica, remoçãoremoção dadaseqüênciaseqüência sinal,sinal, modificaçõesmodificaçõescovalentescovalentes (acetilação,(acetilação, fosforilação,fosforilação,metilação)metilação) ee especificidadeespecificidade dededegradaçãodegradação..

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REGULAÇÂO DA EXPRESSÃO GÊNICA PROCARIOTOS E EUCARIOTOS