13 Controle Genético do desenvolvimento

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Capítulo 12 I Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 365 
As proteínas ativadoras transcricionais ligam-se a elementos UAS em levedura 
Gal4 
Cro li 5' 
~ 
GAL10 1 GA:1
1 3' Cro XII 5' GAL2 3' 
UAS 
UAS 
UAS 
Figura 12.6 A proteína Gal4 ativa genes-alvo pelos elementos da sequência de ativação antecedente (UAS). A proteína Ga14 tem dois 
domínios funcionais: um de l igação ao DNA (quadrados rosados) e um de ativação (formas ovais em cor laranja). A proteína liga-se a 
sequências específicas antecedentes dos promotores dos genes da via Gal. Alguns dos genes GAL são adjacentes (CAL 1, GAL 10), enquanto 
outros estão em cromossomos diferentes. O elemento UAS CAL 1 contém quatro sítios de ligação Gal4. 
trutas de gene repórter, ele é ligado a sequências reguladoras 
que determinam a expressão do gene que está sendo inves-
tigado. A expressão do gene repórter reflete a atividade do 
elemento regulador que está sendo investigado. Em geral, o 
gene repórter é o lacZ de E. coli, um gene repórter efetivo 
porque os produtos de sua atividade são facilmente medidos. 
Outro gene repórter comum é o que codifica a proteína fluo-
rescente verde (GFP) da água-viva. Como seu nome sugere, a 
concentração da proteína repórter é facilmente medida pela 
luz que ela emite. Para investigar o controle da expressão do 
gene GAL, a região codificadora de um gene repórter e um 
promotor são colocados posteriores a um elemento UAS do 
gene GAL. A expressão do repórter é, então, lida a partir da 
atividade da Gal4 nas células. 
Vamos ver o que acontece quando uma forma da proteína 
Gal4 sem o domínio de ativação é expressa em leveduras. 
Nesse caso, os sítios de ligação do elemento UAS são ocupa-
dos, mas nenhuma transcrição é estimulada (Figura 12.7b). 
O mesmo ocorre quando outras proteínas reguladoras sem 
domínios de ativação, como o repressor bacteriano LexA, são 
expressas nas células que apresentam genes repórter com 
seus respectivos sítios de ligação. O resultado mais interes-
sante é obtido quando uma forma da proteína Gal4 sem o 
domínio de ligação ao DNA é inserida no domínio de ligação 
ao DNA LexA; a proteína hi'brida ativa a transcrição dos sítios 
de ligação de LexA (Figura 12. 7). Experimentos posteriores 
de "troca de domínio" revelaram que a função de ativação 
transcricional da proteína Gal4 reside em duas pequenas 
regiões com cerca de 50 a 100 aminoácidos de tamanho. Essas 
duas regiões formam um domínio de ativação separável que 
ajuda a recrutar a maquinaria transcricional para o promotor, 
como veremos adiante nesta seção. Esse arranjo altamente 
modular de domínios de regulação de atividade é encontrado 
em muitos fatores de transcrição. 
Mensagem. Muitas proteínas eucarióticas reguladoras de transcri-
ção são proteínas modulares, com domínios separáveis de ligação ao 
DNA, ativação ou repressão e interação com outras proteínas. 
As proteínas ativadoras transcricionais são modulares 
{a) O dímero Gal4 completo 
Gal4 
Domínio --
de ativação 
Domínio de 
ligação ao DNA-
Sítio Gal4 
{b) Gal4 sem o domínio de ativação 
Sítio Ga14 
{e) LexA sem domínio de ativação 
Domínio de 
ligação ao DNA~,,.-v-..._,.-v-.,. 
Sítio LexA 
{d) Híbrido Gal4-LexA 
Domínio de ativação 
Gal4 ---- ,--....,--.... 
Domínio de 
ligação ao 
DNA LexA ~,,.-v-..._,.-v-.,. 
Sítio LexA 
lacZ 
L----- LIGADO 
lacZ 
..___ .... DESLIGADO 
lacZ __ .... DESLIGADO 
lacZ __ .... LIGADO 
Figura 12.7 As proteínas ativadoras transcric ionais têm vários 
domínios separáveis. (a) A proteína Gal4 tem dois domínios e forma 
um dímero. (b) A remoção experimental do domínio de ativação 
mostra que a ligação ao DNA não é suficiente para a ativação gêni-
ca. (c) Similarmente, a proteína LexA bacteriana não pode ativar a 
transcrição por si, mas, quando fundida ao domínio de ativação Gal4 
(d), pode ativar a transcrição pela 1 igação com os sítios de 1 igação 
LexA. (Oe }. Watson et ai., Molecular Biology of the Gene, Sth ed., © 
2004, Benjamin Cummings.] 
366 Introdução à Genética 
A atividade da Gal4 é regulada 
fisiologicamente 
Como a Gal4 torna-se ativa na presença de galactose? Indí-
cios importantes vieram das análises de mutações nos genes 
GAL80 e GAL3. Nos mutantes GAL80, os genes estruturais 
GAL são ativos mesmo na ausência de galactose. Esse resul-
tado sugere que a função normal da proteína Gal80 é, de 
algum modo, inibir a expressão do gene GAL. Já nos mutantes 
GAL3, os genes estruturais GAL não são ativos na presença 
de galactose, o que sugere que Gal3 promove normalmente 
a expressão dos genes GAL. 
Amplas análises bioquímicas revelaram que a proteína 
Gal80 liga-se à proteína Gal4 com alta afinidade e inibe dire-
tamente a atividade de Gal4. Em termos específicos, a Gal80 
liga-se a uma região em um dos domínios de ativação de Gal4, 
bloqueando sua capacidade de promover a transcrição dos 
genes-alvo. A proteína Gal80 é expressa continuamente, de 
modo que sempre age reprimindo a transcrição dos genes 
estruturais GAL, a menos que seja interrompida. O papel da 
proteína Gal3 é liberar os genes estruturais GAL da repressão 
pela Gal80 na presença de galactose. 
A Gal3 é um sensor e indutor. Quando ela se liga à galac-
tose e ao ATP, sofre uma mudança alostérica que promove 
a ligação à Gal80, o que, por sua vez, faz com que a Gal80 
libere Gal4, e esta é, então, capaz de ativar a transcrição de 
seus genes-alvo. Assim, Gal3, Gal80 e Gal4 são todas parte 
de uma mudança cujo estado é determinado pela presença 
ou ausência de galactose (Figura 12.8). Nessa mudança, a 
As proteínas ativadoras transcricionais podem ser 
ativadas por um indutor 
Gal4 
inativa 
+Galactose 
+ Gal3 
Gal4 
ativa 
UAS 
UAS 
~Gal80 
GAL1 
DESLIGADO 
(GAr1 
LIGADO 
Figura 12.8 A atividade da Gal4 é regulada pela proteína Gal80. 
(Em cima) Na ausência de galactose, a proteína Gal4 é inativa, mui-
to embora possa ligar-se a sítios antecedentes ao gene-alvo CAL 1. 
A atividade de Gal4 é suprimida pela ligação da proteína Gal80. 
(Embaixo) Na presença de galactose e proteína Gal3, a Gal80 sofre 
uma mudança conformacional e l ibera o domínio de ativação de 
Gal4, permitindo a transcrição do gene-alvo. 
ligação ao DNA pelo regulador transcricional não é a etapa 
regulada fisiologicamente (como é o caso no óperon lac e 
no bacteriófago 1); em vez disso, a atividade do domínio de 
ativação é regulada. 
Mensagem. A atividade das proteínas reguladoras transcric io-
nais eucarióticas é frequentemente controlada pelas interações 
, 
com outras proternas. 
Funções da Gal4 na maioria dos eucariotos 
Além de sua ação nas células de leveduras, demonstrou-se 
que a Gal4 é capaz de ativar a transcrição em células de 
insetos, humanas e de muitas outras espécies eucarióticas. 
Essa versatilidade sugere que a maquinaria bioquímica e os 
mecanismos de ativação gênica são comuns a uma ampla 
gama de eucariotos, e que as características reveladas em 
leveduras estão geralmente presentes em outros eucariotos, 
e vice-versa. Além disso, devido à sua versatilidade, a Gal4 
e seus elementos UAS tornaram-se as ferramentas favoritas 
na análise genética para manipular a expressão e a função 
gênicas em uma grande variedade de sistemas que servem 
como modelos. 
Mensagem. A capacidade da Gal4, assim como de outros 
regu ladores eucarióticos, de funcionar em vários eucariotos indi-
ca que eles em geral têm a maquinaria regu ladora transcricional 
e os mecanismos em comum. 
Agora veremos como os ativadores e outras proteínas 
reguladoras interagem com a maquinaria transcricional para 
controlar a expressão gênica. 
Ativadores recrutam a maquinaria 
transcricional 
Nas bactérias, os ativadores costumam estimular a trans-
crição interagindo diretamente com o DNA e com a RNA 
polimerase. Em eucariotos, os ativadores em geral trabalham 
indiretamente para recrutar a RNA polimerase II para pro-
motores gênicos por meio de dois mecanismos importantes. 
Primeiro, os ativadores interagem com subunidades dos com-
plexos proteicos e atuam no inícioda transcrição. Segundo, 
os ativadores recrutam proteínas que modificam a estrutura 
da cromatina, permitindo que a RNA polimerase II e outras 
proteínas tenham acesso ao DNA. Muitos ativadores, incluin-
do Gal4, têm ambas as atividades. Examinaremos primeiro 
o recrutamento de partes do complexo de iniciação trans-
cricional. 
Lembre, do Capítulo 8, que a maquinaria transcricional 
eucariótica contém muitas proteínas que fazem parte de 
vários subcomplexos no aparato transcricional montado nos 
promotores gênicos. Um subcomplexo, o fator de transcrição 
IID (TFIID), liga-se ao TATA boxe dos promotores eucarió-
ticos pela proteína de ligação a TATA (TBP; veja a Figu-
ra 8.12). Uma das maneiras pelas quais a Gal4 atua para 
ativar a expressão gênica é ligando-se à TBP em um sítio de 
seu domínio de ativação. Mediante essa interação, recruta 
Capítulo 12 I Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 367 
As proteínas ativadoras transcricionais recr m a 
maquinaria transcricional 
UAS 
Gal4 -- ~-..' 
/ ' 
/ ' 
/ ' 
/ ' I \ 
I -'4 
I 
I 
J 
I 
f 
,,--..TF li D 
/ 
TBP 
TATA Genes GAL 
Figura 12.9 Gal4 recruta a maquinaria transcricional. A proteína 
Gal4, bem como muitos outros ativadores transcricionais, liga-se a 
múltiplos complexos proteicos, incluindo TFllD e complexos media-
dores, que recrutam a RNA polimerase li para promotores gênicos. 
As interações facilitam a ativação gênica pelos sítios de ligação que 
estão distantes dos promotores gênicos. [Oe}. Watson et ai., Molecular 
Biology of the Gene, Sth ed., © 2004, Benjamin Cummings.] 
o complexo TFIID e, por sua vez, a RNA polimerase II ao 
promotor (Figura 12.9). A força dessa interação entre Gal4 
e TBP correlaciona-se bem com a potência de Gal4 como 
ativador. 
Uma segunda maneira pela qual a Gal4 atua para ativar a 
expressão gênica é interagindo com o complexo mediador, 
um grande complexo de várias proteínas que, por sua vez, 
interage diretamente com a RNA polimerase II para recrutá-
la para os promotores gênicos. O complexo mediador é um 
exemplo de coativador, termo aplicado a uma proteína ou 
complexo proteico que facilita a ativação gênica por um fator 
de transcrição, mas que, em si, não é parte da maquinaria de 
transcrição nem é uma proteína de ligação ao DNA. 
A capacidade dos fatores de transcrição de se ligarem a 
sequências antecedentes de DNA e interagir com proteínas 
que se ligam direta ou indiretamente a promotores aju-
da a explicar como a transcrição pode ser estimulada por 
sequências reguladoras mais distantes (veja a Figura 12.9). 
Mensagem. Os ativadores transcricionais eucarióticos frequen-
temente recrutam partes da maquinaria transcricional para pro-
A • 
motores gen1cos. 
Controle do tipo reprodutivo de levedura: 
interações combinatórias 
Até agora, o foco deste capítulo foi a regulação de genes iso-
lados ou de alguns genes em uma via. Nos organismos mul-
ticelulares, tipos distintos de células diferem na expressão 
de centenas de genes. Portanto, a expressão ou a repressão 
de grupos de genes precisa ser coordenada na elaboração de 
tipos celulares específicos. Um dos exemplos mais bem enten-
<lidos de regulação do tipo celular em eucariotos é a regulação 
do tipo reprodutivo em leveduras. Tal sistema regulador foi 
detalhado por uma combinação elegante de genética, biolo-
gia molecular e bioquímica. O tipo reprodutivo serve como 
um modelo excelente para o entendimento da lógica da regu-
lação gênica em animais multicelulares. 
A levedura Saccharomyces cerevisiae pode existir em qual-
quer um de três tipos celulares diferentes, conhecidos como 
a, a e a/a (veja o Capítulo 2). Os dois tipos celulares a e a são 
haploides e contêm apenas uma cópia de cada cromossomo. 
A célula a/a é diploide e contém duas cópias de cada cromos-
somo. Embora os dois tipos celulares haploides não possam 
ser distinguidos por seu aspecto ao microscópio, podem ser 
diferenciados por algumas características celulares específi-
cas, principalmente seu tipo reprodutivo (veja o boxe inti-
tulado Organismo-modelo Levedura, antes neste capítulo). 
Uma célula a cruza apenas com uma célula a e uma célula 
a cruza apenas com uma a . Uma célula a secreta umferomô-
nio oligopeptídico, ou hormônio sexual, denominado fator a, 
que detém as células a no ciclo celular. De maneira similar, 
uma célula a secreta um feromônio, denominado fator a, que 
detém as células a. A parada celular de ambos os participan-
tes é necessária para o sucesso reprodutivo. A célula diploide 
a/ a não se reproduz; ela é maior do que as células a e a e 
não responde aos hormônios reprodutivos. 
A análise genética de mutantes defeituosos na reprodução 
mostrou que o tipo celular é controlado por um único locus 
genético, o locus do tipo reprodutivo, MAT. Há dois alelos 
do locus MAT: as células haploides a têm o alelo MATa e as 
células haploides a têm o alelo MATa.. A célula eucariótica 
diploide a/ a tem ambos os alelos. Embora o tipo reproduti-
vo esteja sob controle genético, certas linhagens mudam seu 
tipo reprodutivo, às vezes tão frequentemente como a cada 
divisão celular. Vamos examinar a base da mudança mais 
adiante neste capítulo, mas primeiro veremos como cada tipo 
celular expressa o conjunto certo de genes. Veremos que com-
binações diferentes de proteínas de ligação ao DNA regulam 
a expressão de conjuntos de genes específicos de diferentes 
tipos celulares. 
Como o locus MAT controla o tipo celular? A análise gené-
tica de mutantes que não podem reproduzir-se identificou 
vários genes estruturais que estão separados do locus MAT, 
mas cujos produtos proteicos são necessários para a repro-
dução. Um grupo de genes estruturais é expresso apenas no 
tipo celular a (genes a-específicos) e outro grupo é expresso 
apenas no tipo celular a (genes a-específicos). O locus MAT 
controla qual desses grupos de genes estruturais é expresso 
em cada tipo celular. O alelo MATa faz com que os genes 
estruturais do tipo celular a sejam expressos, enquanto o 
alelo MATa. faz com que os genes estruturais do tipo celular 
a sejam expressos. Esses dois alelos ativam conjuntos diferen-
tes de genes, porque codificam proteínas reguladoras dife-
rentes. Além disso, uma proteína reguladora não codificada 
pelo locus MAT, denominada MCM1, é fundamental no tipo 
de célula regulada. 
O caso mais simples é o tipo celular a (Figura 12.10a). O 
locus MATa codifica uma única proteína reguladora, a1. 
368 Introdução à Genética 
No entanto, essa proteína reguladora não influencia as células 
haploides, apenas as diploides. Em uma célula haploide a, a 
proteína reguladora MCM1 liga a expressão dos genes estrutu-
rais necessários para uma célula a, conectando-se a sequências 
reguladoras em promotores gênicos a-específicos. 
Em uma célula a, os genes estruturais a-específicos preci-
sam ser transcritos, mas, além disso, a proteína MCM1 deve 
ser impedida de ativar os genes a-específicos. A sequência de 
DNA do alelo MATa codifica duas proteínas, a 1 e a2, que são 
produzidas por unidades de transcrição separadas. Essas duas 
proteínas têm papéis reguladores diferentes na célula, como 
se pode demonstrar analisando suas propriedades de ligação 
ao DNA in vitro (Figura 12.10b). A proteína a1 é um ativador 
de expressão gênica a-específica. Ela liga-se em combinação 
com a proteína MCM1 a uma sequência discreta de DNA que 
controla vários genes a-específicos. A proteína a2 reprime a 
transcrição de genes a-específicos. Ela liga-se como um dímero, 
com MCM1, a sítios nas sequências de DNA localizadas a 5' de 
um grupo de genes a-específicos e age como um repressor. 
Em uma célula diploide de levedura, as proteínas regu-
ladoras codificadas por cada locus MAT são expressas (Figu-
ra 12.10c). Qual é o resultado? Todos os genes estruturais 
envolvidos na reprodução celular são desligados, pois são um 
conjunto separado de genes, denominados haploides específi-
cos, que se expressam em células haploides, mas não em célu-
las diploides. Como isso acontece?A proteína a1 codificada 
por MATa tem um papel a desempenhar finalmente. Ela pode 
ligar-se à proteína a2 presente e alterar sua especificidade de 
ligação de tal maneira que o complexo a1-a2 não se ligue a 
genes a-específicos. Em vez disso, o complexo a1-a2 liga-se 
a uma sequência diferente, antecedente aos genes haploides 
específicos. Em células diploides, então, a2 existe em duas 
formas: (1) como um complexo a2-MCM1 que reprime genes 
a-específicos e (2) em um complexo com a1 que reprime 
genes haploides específicos. Além disso, o complexo a1-a2 
também reprime a expressão de a1, que portanto não está 
mais presente para ligar genes a-específicos. Os diferentes 
parceiros de ligação determinam quais sequências específicas 
de DNA são ligadas e quais genes são regulados por cada com-
plexo que contém a2. A regulação de conjuntos diferentes de 
genes-alvo pela associação do mesmo fator de transcrição a 
parceiros diferentes de ligação desempenha um papel prin-
cipal na geração de padrões distintos de expressão gênica em 
tipos celulares diferentes nos eucariotos multicelulares. 
Mensagem. Em leveduras e eucariotos multicelulares, padrões 
de expressão gênica específicos do tipo celular são determinados 
por combinações de fatores de transcrição que interagem. 
12.3 Cromatina dinâmica 
Um segundo mecanismo que influencia a transcrição gênica 
em eucariotos modifica a estrutura local da cromatina ao 
redor de sequências gênicas reguladoras. Para compreender 
totalmente como funciona esse mecanismo, precisamos pri-
Combinações de proteínas reguladoras controlam os tipos celulares 
Locus MAT 
Proteínas 
reguladoras 
expressas 
genes 
a-específicos 
genes 
a-específicos 
Genes haploides 
específicos 
a1 
(]) 
MCM1 
MCM1 
----~----..... DESLIGADO 
______ e: LIGADO 
{a) célula a 
a2 a1 
((\\ @) 
\JU C\ 
MCM1 V 
- -- DESLIGADO 
MCM1 
r-v---..~ 
a1 e: LIGADO 
MCM1 
~-----e LIGADO 
{b) célula a 
a1 
a2 a1 
MCM1 
a2 ' a2 
- -- DESLIGADO 
MCM1 
~-------.._- DESLIGADO 
~ 
a1 a2 
' . -- DESLIGADO 
{c) célula a/a 
Figura 12.1 O Controle da expressão gênica específica de tipo celular em levedura. Os três tipos celulares de 5. cerevisiae são determi-
nados pelas proteínas reguladoras a1, a1 e a2, que regulam subgrupos diferentes de genes-alvo. A proteína MCM1 atua em todos os três 
tipos celulares e interage com a1 e a2. 
Capítulo 12 I Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 369 
meiro rever a estrutura da cromatina e, então, considerar 
como é que ela consegue mudar e como suas mudanças afe-- ,.. . tam a expressao genica. 
O recrutamento da maquinaria transcricional por ativa-
dores pode parecer um tanto similar em eucariotos e bacté-
rias, sendo a principal diferença o número de proteínas que 
interagem na maquinaria transcricional. De fato, há pouco 
mais de uma década, muitos biólogos interpretavam a regu-
lação eucariótica simplesmente como uma versão bioquimi-
camente mais complicada do que havia sido descoberto em 
bactérias. Entretanto, essa visão mudou acentuadamente à 
medida que os biólogos consideraram o efeito da organização 
do DNA genômico nos eucariotos. 
Comparado com o DNA eucariótico, o DNA bacteriano 
é relativamente "nu", tornando-se prontamente acessível à 
RNA polimerase. Em contraste, os cromossomos eucarióticos 
são compactados em cromatina, que é composta por DNA e 
proteínas (principalmente histonas). Como mencionado resu-
midamente no Capítulo 1, a unidade básica da cromatina é o 
nucleossomo, que contém cerca de 150 pb de DNA envolto apro-
ximadamente 1,8 vez ao redor de um cerne de oito histonas 
denominado octâmero de histonas (Figura 12.11). O cerne de 
histonas é composto por duas subunidades de cada uma das 
quatro histonas: 2A, 2B, 3 e 4 (Figura 12.12). Em torno do cer-
ne do nucleossomo existe uma histona ligadora, H1, que pode 
compactar os nucleossomos em estruturas de ordem superior 
que condensam mais o DNA. O acondicionamento do DNA 
eucariótico em cromatina significa que grande parte do DNA 
não está prontamente acessível a proteínas reguladoras e ao 
aparato de transcrição. Assim, enquanto os genes procarióticos 
estão geralmente acessíveis e "ligados", a menos que reprimidos, 
os genes eucarióticos estão inacessíveis e "desligados", a menos 
que ativados. Portanto, a modificação da estrutura da cromatina 
é uma característica distinta da regulação gênica eucariótica. 
Agora, há um aspecto sobre a estrutura da cromatina que 
é importante não esquecer - ela pode ser herdada. Esse modo 
Estrutura da cromatina 
(a) 
Região curta 
da dupla 
hélice de DNA 
Nucleossomos: 
a unidade básica 
da cromatina 
E 
e: 
Fibra de 
cromatina de o 
cromossomos M 
compactados 
(e) 
Cerne do 
octâmero 
de histonas 
2nm 
t 
t 
~~_.11.!..--,,,,-, 11 nm 
_y_~---_j_ 
1 
30 nm 
10 nm ,........._._ _l 
(b) 
/DNA 
----
""-Histona H1 
Octâmero 
de histonas 
"----v---' 
Nucleossomo 
DNA 
Histona H1 
30 nm 
Figura 12.11 (a) O nucleossomo na cromatina não condensada e na condensada. (b) Vista final da cadeia enrolada de nucleossomos. 
(c) A estrutura da cromatina varia ao longo do comprimento de um cromossomo. A cromatina menos condensada (eucromatina) é mostrada 
em amarelo, as regiões de condensação intermediária estão em laranja e azul, e a heterocromatina revestida com proteínas específicas 
(roxas) está em vermelho. [(e) De P. J. Horn e C. L. Peterson, "Chromatin Higher Order Folding: Wrapping Up Transcription'; Science 297, 2002, 
1827, Fig. 3. Copyright 2002, AAAS.] 
370 Introdução à Genética 
Um nucleossomo é composto de DNA enrolado em 
tomo de oito histonas 
DNA H1 Histona 
"-\ 
Figura 12.12 (a) Os componentes de uma unidade de nucleos-
somo mostrando o cerne de histonas (H2A, H2B, H3, H4), o DNA 
circundante e a histona H1 ligadora. 
de herança recebe uma denominação - herança epigenética 
- e é definida em termos operacionais como a herança de 
estados da cromatina de uma geração celular para a seguinte. 
O que essa herança significa é que, na replicação do DNA, 
tanto a sequência do DNA como a estrutura da cromatina 
são transmitidas fielmente para a próxima geração celular. 
No entanto, ao contrário da sequência do DNA, a estrutura 
da cromatina muda no decorrer do ciclo celular. 
Um meio de alterar a estrutura da cromatina poderia ser 
simplesmente movendo o octâmero de histonas ao longo 
do DNA. Na década de 1980, foram desenvolvidas técnicas 
bioquímicas que permitiram aos pesquisadores determinar 
a posição dos nucleossomos em genes específicos e ao redor 
deles. Nesses estudos, a cromatina foi isolada de tecidos ou 
células em que um gene estava ligado e comparada com a 
cromatina do tecido em que o mesmo gene estava desligado. 
O resultado da maioria dos genes analisados foi que as posi-
ções dos nucleossomos mudaram, especialmente nas regiões 
reguladoras dos genes. Assim, as regiões do DNA que estavam 
enroladas em nucleossomos podiam mudar, e as posições dos 
nucleossomos podiam mudar no DNA de célula a célula e 
durante o ciclo de vida de um organismo. A transcrição é 
reprimida quando o promotor e as sequências flanqueadoras 
estão enrolados em um nucleossomo, o que impede o início 
da transcrição pela RNA polimerase II. A ativação da trans-
crição iria, portanto, exigir o deslocamento dos nucleossomos 
para longe do promotor. Por outro lado, quando a repres-
são gênica é necessária, os nucleossomos mudam para uma 
posição que evita a transcrição. A mudança da posição dos 
nucleossomos é chamada de remodelagem da cromatina, 
processo sabidamente essencial à expressão gênica eucarió-
tica, e grandes avanços estão sendo feitos na determinação 
dos mecanismos subjacentes e das proteínas reguladoras que 
nele tomam parte. Aqui, novamente, os estudos genéticos em 
leveduras foram fundamentais. 
Proteínas remodeladoras da cromatina e 
ativação gênica 
Duas triagens genéticas em leveduras a procura de mutantes 
em processos aparentemente não relacionados levaram à des-
coberta do mesmo gene cujo produtoé essencial à remodela-
gem da cromatina. Em ambos os casos, as células de leveduras 
foram tratadas com agentes que causariam mutações. Em uma 
triagem, essas células de leveduras mutagenizadas foram sub-
metidas a uma triagem em busca daquelas que não cresciam 
bem em sacarose (mutantes não fermentadores de açúcar, snj). 
Na outra triagem, as células de levedura mutagenizadas foram 
triadas à procura de mutantes defeituosos em relação a mudar 
seu tipo reprodutivo (mutantes de mudança, swi; veja a Seção 
12.5). Muitos mutantes para loci diferentes foram recuperados 
em cada triagem, mas viu-se um gene mutante que causava 
ambos os fenótipos. Os mutantes no chamado locus swi2/snj2 
("switch-sniff') não podiam usar efetivamente a sacarose nem 
mudar o tipo reprodutivo. 
Qual a ligação entre a capacidade de usar açúcar e a de 
mudar os tipos reprodutivos? A proteína Snf2-Swi2 foi puri-
ficada e descobriu-se que fazia parte de um grande complexo 
multissubunitário, chamado complexo SWI-SNF, que pode 
reposicionar os nucleossomos em uma análise de tubo de 
ensaio se o ATP for fornecido como fonte de energia (Figu-
ra 12.13). Em algumas situações, o complexo multissubuni-
tário SWI-SNF ativa a transcrição movendo os nucleossomos 
que estão cobrindo as sequências TATA e, desse modo, faci-
lita a ligação da RNA polimerase II. O complexo SWI-SNF é, 
portanto, um coativador. 
A Gal4 também se liga ao complexo SWI-SNF da remode-
lagem da cromatina e o recruta para promotores ativados. 
A remodelagem da cromatina expõe 
sequências reguladoras 
Remodelagem 
do nucleossomo 
Figura 12.13 O octâmero de histonas desliza em resposta à ativi-
dade de remodelagem da cromatina (tal como o complexo SWl-SNF), 
nesse caso expondo o DNA marcado em vermelho. (Veja detalhes na 
Figura 12.19 sobre como o SWl-SNF é recrutado para uma região 
específica do DNA.) [Oe}. Watson et ai., Molecular Biology of the Gene, 
Sth ed., © 2004, Benjamin Cummings.] 
Capítulo 12 I Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 371 
As linhagens de leveduras que contêm um complexo defei-
tuoso SWI-SNF mostram um nível reduzido de atividade de 
Gal4. Por que um ativador pode usar múltiplos mecanismos 
de ativação? Existem pelo menos dois motivos compreen-
didos no momento. O primeiro é que os promotores-alvo 
ficam menos acessíveis em certos estágios do ciclo celular 
ou em certos tipos celulares (em eucariotos multicelulares). 
Por exemplo, os genes são menos acessíveis durante a mitose, 
quando a cromatina está mais condensada. Nesse estágio, a 
Gal4 tem de recrutar o complexo de remodelagem da croma-. - . ,,. 
tJ.na, enquanto, em outros momentos, nao seria necessar10 
usar o complexo. 
Um segundo motivo é que muitos fatores de transcrição 
atuam em combinações para controlar a expressão gênica 
de maneira sinérgica. Veremos resumidamente que essa 
sinergia combinatória resulta do fato de que os complexos 
de remodelagem da cromatina e a maquinaria transcricional 
são recrutados mais eficientemente quando múltiplos fatores 
de transcrição atuam juntos. 
Mensagem. A cromatina pode ser dinâmica; os nucleossomos 
não estão em posições necessariamente fixas no cromossomo. A 
remodelagem da cromatina muda a densidade do nucleossomo 
ou a posição, e é parte integrante da regulação gênica eucarió-
tica. 
Histonas e remodelagem da cromatina 
Vamos observar mais atentamente o nucleossomo para ver se 
alguma parte dessa estrutura poderia carrear a informação 
necessária para influenciar a sua posição e/ ou a sua densi-
dade. 
Modificações das histonas. Como já foi visto, a maioria dos 
nucleossomos é composta por um octâmero constituído por 
duas cópias de cada uma das quatro histonas. As histonas são 
conhecidas como as proteínas mais conservadas na natureza; 
isto é, as histonas são quase idênticas em todos os organismos 
eucarióticos, de leveduras a plantas e animais. Essa conserva-
ção contribuiu para uma visão de que as histonas não podem 
participar de algo mais complicado que a compactação do 
DNA para caber no núcleo. Entretanto, lembremos que o 
DNA, com suas quatro bases, também foi considerado uma 
molécula muito "simples" para ser o mapa de todos os orga-
nismos do nosso planeta. 
A Figura 12.14 mostra um modelo da estrutura do nucle-
ossomo que representa as contribuições de muitos estudos. 
Devemos notar que as proteínas histonas estão organizadas 
no cerne do octâmero com suas pontas aminoterminais 
fazendo contatos eletrostáticos com o esqueleto de fosfa-
to do DNA circundante. Essas pontas que se projetam são 
chamadas de caudas de histonas. Desde o início da déca-
da de 1960, sabe-se que resíduos de aminoácidos básicos 
específicos (lisina e arginina) nas caudas de histonas podem 
se modificar covalentemente pela ligação de grupos acetil 
e metil. Essas reações ocorrem após a proteína histona ter 
sido traduzida e mesmo após a histona ter sido incorporada 
ao nucleossomo. 
Existem hoje pelo menos 150 modificações diferentes de 
histonas que exigem uma ampla variedade de moléculas, além 
dos grupos acetil e metil já mencionados. O papel da acetilação 
de histonas na expressão gênica é descrito a seguir. Mais adian-
te neste capítulo, vamos abordar o envolvimento da metilação 
de histonas na atividade e na repressão gênica. 
Acetilação, desacetilação de histonas e expressão gênica. 
A reação de acetilação é uma das modificações das histonas 
mais bem caracterizadas: 
o 
li 
+CoA e 
Grupo amino no final da 
cadeia lateral de lisina 
"s' "cH 
Acetil CoA 
3 
o 
li Grupo acetil 
/ e" 
- N CH3 
H 
Note que a reação é reversível, o que significa que os 
grupos acetil podem ser adicionados e removidos da mesma 
histona específica. Há 44 resíduos de lisina na histona dispo-
níveis para aceitar os grupos acetil, de modo que a presença 
ou ausência desses grupos pode carrear muita informação. 
Modificações das caudas de histonas resultam na remodelagem da cromatina 
(a) Cromatina condensada 
Acetilação 
Meti lação 
H1 H1 
(b) Cromatina aberta 
• 
H1 
Figura 12.14 A remoção e o acréscimo de grupos acetil e meti! a caudas de histonas fazem com que os nucleossomos deslizem, 
afastando-se e expondo o DNA à atividade das proteínas que regulam a transcrição. 
372 Introdução à Genética 
Por esse motivo, a modificação covalente das caudas de histo-
nas é chamada de código de histonas. Os cientistas criaram 
essa expressão porque a modificação covalente das caudas 
de histonas é remanescente do código genético. Para o códi-
go de histonas, a informação é armazenada nos padrões de 
modificação de histonas, e não na sequência de nucleotídios. 
Com mais de 150 modificações de histonas conhecidas, há 
um imenso número de padrões possíveis, e os cientistas estão 
apenas começando a decifrar seus efeitos na estrutura da 
cromatina e na regulação transcricional. Para aumentar essa 
complexidade, o código provavelmente não é interpretado de 
modo preciso em todos os organismos. No momento, vamos 
ver como a acetilação de aminoácidos de histonas influencia 
a estrutura e a expressão do gene. 
Durante anos, acumularam-se evidências de que as histonas 
associadas aos nucleossomos de genes ativos são ricas em gru-
pos acetil (ditas hiperacetiladas), enquanto genes inativos são 
subacetiladas (hipoacetiladas). Demonstrou-se que a enzima 
responsável pela adição de grupos acetil, histona acetiltransfe-
rase (HAT), é muito difícil de isolar. Quando finalmente ela foi 
isolada e deduzida a sua sequência proteica, descobriu-se que 
ela é um ortólogo de um ativador transcricional de levedura 
chamado GCN5 (significando que ela é codificada pelo mesmo 
gene em um organismo diferente). Assim, a conclusão foi de 
que GCN5 é uma histona acetiltransferase. Ela se liga ao DNA 
nas regiões reguladoras de alguns genes e ativa a transcrição 
acetilando histonas vizinhas. Considera-se, hoje, que vários 
complexos proteicos recrutados por ativadores transcricionais 
têm atividade da HAT. 
Como a acetilação das histonas facilita mudanças na 
expressãogênica? Parece haver pelo menos três mecanismos 
para fazer isso. Primeiro, a adição de grupos acetil a histonas 
específicas altera a interação em um nucleossomo entre o 
DNA e um octâmero de histonas, de modo que o octâmero 
mais provavelmente desliza ao longo do DNA para uma nova 
posição. Segundo, o acréscimo de grupos acetil altera a inte-
ração entre nucleossomos adjacentes, resultando em uma 
cromatina mais aberta (Figura 12.14). Terceiro, a acetilação 
de histonas, em conjunto com outras modificações de histo-
nas, influencia a ligação de proteínas reguladoras ao DNA. A 
proteína reguladora ligada participaria de várias funções que, 
direta ou indiretamente, aumentam a frequência de início 
da transcrição. 
Como outras modificações de histonas, a acetilação é 
reversível, e também foram identificadas histonas desace-
tilases (HDAC). Tais proteínas são importantes na repres-
são gênica. Por exemplo, na presença de galactose ou glicose, 
a ativação de genes GAL é evitada pela proteína Migl, um 
repressor de ligação a sequências específicas de DNA que se 
liga a um sítio entre o elemento UAS e o promotor do gene 
GAL1 (Figura 12.15). Mig1 recruta um complexo proteico 
chamado Tup1, que contém uma histona desacetilase e repri-
me a transcrição gênica. O complexo Tupl é um exemplo de 
correpressor, que facilita a expressão gênica, mas, em si, 
não é um repressor de ligação ao DNA. O complexo Tup1 
também é recrutado por outros repressores de leveduras, 
como MATa.2 (veja adiante), e contrapartes desse complexo 
são encontradas em todos os eucariotos. 
A desacetilação da histona pode desligar a 
transcrição gênica 
Gal4 
... ... ... -. , , ' 
1 J 
1 
1 I 
1 I 
X ' ' 
UAS 
Tup1~ 
,...---... 
Mig1~ 
Sítio 
Mig1 
GAL1 
DESLIGADA 
Figura 12.15 O recrutamento de um complexo de repressão leva 
à repressão da transcrição. Na presença de glicose, a transcrição de 
GAL 1 é reprimida pela proteína Mig1, que se liga a um sítio entre UAS 
e o promotor do gene CAL 1. Mig1 recruta o complexo de repressão 
Tup1, o qual recruta uma histona desacetilase, desligando a trans-
crição gênica. [Oe}. Watson et ai., Molecular Biology of the Gene, Sth 
ed., © 2004, Benjamin Cummings. ] 
Mensagem. Na maioria dos casos examinados, a acetilação 
e a desacetilação de histonas promovem e reprimem a transcri-
ção gênica, respectivamente. Essas atividades são recrutadas para 
genes por ativadores específicos de sequência e repressores. 
Herança das modificações de histonas e 
estrutura da cromatina 
Conforme mencionado no Capítulo 7, o replissomo não ape-
nas copia os filamentos parentais, mas também desmonta 
os nucleossomos nesses filamentos e os remonta tanto nos 
filamentos parentais como nos filamentos-filhos (veja a Figu-
ra 7.23). Durante esse processo, as histonas antigas dos nucle-
ossomos existentes distribuem-se de maneira aleatória para 
os filamentos-filhos e novas histonas são liberadas para o 
replissomo. Desse modo, as histonas antigas, com suas caudas 
modificadas, e as novas histonas, com caudas não modifi-
cadas, são montadas nos nucleossomos que se associam a 
ambos os filamentos-filhos (Figura 12.16). As modificações 
realizadas pelas histonas antigas são responsáveis, em parte, 
pela herança epigenética. Como tais, essas modificações anti-
gas denominam-se marcas epigenéticas, porque orientam a 
modificação das novas histonas. 
Meti lação do D NA: outra marca hereditária 
que influencia a estrutura da cromatina 
Há outra marca epigenética importante na maioria dos eucario-
tos (mas não em todos), que não é uma modificação de histona, 
e sim o acréscimo de grupos metil aos resíduos de DNA após 
a replicação. Em geral, uma enzima liga esses grupos metil à 
posição do carbono 5 de um resíduo específico de citosina. 
NH2 
1 
e 
N-::7 4 ""'-e l 3 5 li _M_e_tilt_ra_ns_fe_ra_se_ 
-::7C~ 1 )C 
O N 
Citosina 
(
Grupo metil 
NH2 
1 
-::7C""'- / CH3 
N3 4 sC 
1 li 
-::7C~ 1 )C 
O N 
Capítulo 12 I Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 373 
Herança dos estados da cromatina 
,~~/ Nucleossomo 
Replicação 
) 
Histonas recém-sintetizadas, 
sem código de histonas ....---... \_.,,._____, 
) Histonas com código 
Figura 12.16 Na replicação, as histonas velhas (em roxo), com seus códigos de histonas, são dis_tribuídas de maneira aleatória para os fila-
mentos-filhos, nos quais direcionam a codificação de histonas adjacentes recém-montadas (em laranja), para formar nucleossomos completos. 
Nos mamíferos, o grupo metil em geral é acrescentado à 
citosina em um dinucleotídio CG. O padrão de metilação é 
denominado metilação simétrica porque os grupos metil são 
encontrados em ambos os filamentos no mesmo contexto: 
C* G 
GC* 
Um número notável de resíduos C é metilado em mamí-
feros: 70 a 80o/o de todos os dinucleotídios CG são metilados , 
no genoma como um todo. E interessante o fato de que a 
maioria dos dinucleotídios CG não metilados é encontrada 
em aglomerados perto dos promotores gênicos. Tais regiões 
denominam-se ilhas CpG, em que o "p" representa a ligação 
fosfodiéster. Dada essa distribuição, você acha que a meti-
lação de C estaria associada a regiões ativas ou inativas do 
genoma? Se disse inativas, acertou. 
Como as modificações nas histonas, as marcas da metila-
ção do DNA podem ser herdadas de maneira estável de uma 
geração celular para a seguinte. A herança da metilação do 
DNA é mais bem entendida que a herança das modificações 
de histonas. A replicação semiconservativa gera hélices-filhas 
que são metiladas em um de seus dois filamentos (o filamen-
to parental). As moléculas de DNA metiladas em apenas um 
filamento denominam-se hemimetiladas. Grupos metil são 
acrescentados a filamentos não metilados pelas DNA metil-
transferases, que têm alta afinidade por esses substratos 
hemimetilados. Tais enzimas são orientadas pelo padrão de 
metilação no filamento parental (Figura 12.17). Conforme 
veremos mais à frente neste capítulo, como a metilação do 
DNA é mais estável que as modificações de histonas, em geral 
está associada a regiões do genoma que são mantidas em um 
estado inativo por toda a vida de um organismo. Tais regiões 
serão discutidas em breve neste capítulo. 
Mensagem. A estrutura da cromatina é herdada de uma gera-
ção celular para outra porque há mecanismos para replicar o 
DNA juntamente com as marcas epigenéticas associadas. Dessa 
maneira, a informação inerente nas modificações das histonas e 
os padrões de metilação do DNA existentes servem para recons-
tituir a estrutura da cromatina local que havia antes da síntese 
do DNA e da mitose. 
12.4 Ativação a curto prazo de genes 
em um ambiente de cromatina 
Como já vimos neste capítulo, a transcrição de genes eucarió-
ticos liga e desliga durante a vida de um organismo. Para enten-
der como os eucariotos regulam os genes durante a vida, é 
necessário ver como a cromatina muda durante a ativação 
transcricional. Além disso, o desenvolvimento de um organis-
mo complexo exige que os níveis de transcrição sejam regula-
dos em uma ampla gama. Pense no mecanismo de regulação 
como mais semelhante a um reostato que a um interruptor: 
em vez de um gene produzir muitas proteínas ou nenhuma, 
ele pode produzir um número qualquer intermediário, de-
pendendo do nível de transcrição. Nos eucariotos, os níveis 
de transcrição são finamente ajustáveis em um ambiente de 
cromatina agrupando-se os sítios de ligação em acentuadores. 
Vários fatores de transcrição diferentes ou várias moléculas do 
mesmo fator de transcrição podem se ligar a sítios adjacentes. 
A ligação desses fatores a sítios que estão separados pela dis-
tância correta leva a um efeito amplificado, ou superaditivo, 
no sentido de ativar a transcrição. Quando um efeito é maior 
do que o aditivo, é chamado de sinérgico. 
A ligação de várias proteínas reguladoras a múltiplos sítios 
de ligação em um acentuador pode catalisar a formação de 
um acentuassomo (enhanceosome), um grande complexo 
Um modelo de herança da metilação do DNA 
Metilado 
ReplicaçãodoDNA 
MCpG 
GpCM 
DNA 
metiltransferase 
MCpG ------ MCpG 
GpC )>- GpCM 
Figura 12 .17 Após a repl icação, os resíduos de di nucleotídios CG 
hemimetilados (mostrados como CpG) são completamente meti lados. 
Os filamentos parentais estão em preto e o fi lamento-fi lho em ver-
melho. A letra "M" representa o grupo metil no nucleotídio C. [Oe 
Y. H. Jiang,]. Bressler e A. L. Beaudet, "Epigenetics and Human Disease'; 
Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 5, 2004, 479-5 7 O.] 
374 Introdução à Genética 
Os acentuassomos ajudam a recrutar a 
maquinaria transcricional 
Proteínas de 
dobramento 
do DNA 
CBP 
RNA pol 11 
Figura 12.18 O acentuassomo 13-interferon. Nesse caso, os fato-
res de transcrição recrutam um coativador (CBP), que se liga tanto 
aos fatores de transcrição quanto à RNA polimerase li, iniciando a 
transcrição. [Oe A. }. Courey, "Cooperativity in Transcriptional Control'~ 
Curr. Biol. 7, 2001, R250-R253, Fig. 7. ] 
de proteínas que pode agir de maneira sinérgica para ativar 
a transcrição. Na Figura 12.18, pode-se ver como proteínas 
arquitetônicas dobram o DNA para promover interações 
cooperativas entre outras proteínas de ligação ao DNA. Nesse 
modo de ação do acentuassomo, a transcrição é ativada em 
níveis muito altos apenas quando todas as proteínas estão 
presentes e mantendo contato do modo certo. 
Para compreendermos melhor o que um acentuassomo é 
e como ele atua sinergicamente, vejamos um exemplo espe-
cífico. 
Acentuassomo (l-i nterferon 
O gene humano de 13-interferon, que codifica a proteína anti-
vira! interferon, é um dos genes mais bem caracterizados 
em eucariotos. Ele normalmente está desligado, mas é ativa-
do em níveis muito altos de transcrição na infecção viral. A 
chave para a ativação desse gene é a montagem de fatores 
de transcrição em um acentuassomo a cerca de 100 pb ante-
cedente ao TATA boxe e ao sítio de início da transcrição. As 
proteínas reguladoras do acentuassomo 13-interferon ligam-
se à mesma face da dupla hélice de DNA. Ligadas ao outro 
lado da hélice estão várias proteínas estruturais que dobram 
o DNA e permitem que proteínas reguladoras diferentes se 
toquem e formem um complexo ativado. Quando todas as 
proteínas reguladoras estão ligadas e interagindo correta-
mente, elas formam uma "plataforma'', um sítio de ligação de 
alta afinidade para a proteína CBP, uma proteína coativadora 
que também recruta a maquinaria de transcrição. A gran-
de proteína CBP também contém uma atividade intrínseca 
de histona acetilase que modifica os nucleossomos e facilita 
altos níveis de transcrição. 
Embora o promotor do 13-interferon seja mostrado sem 
os nucleossomos na Figura 12.18, o acentuassomo é circun-
dado por dois nucleossomos, chamados nuc 1 e nuc 2 na 
Figura 12.19. Um deles, o nuc 2, está estrategicamente posi-
Os acentuassomos recru remodeladores 
nuc 1 
GCN5 
GCN5 
+ CBP 
de cromatina 
Acentuassomo 
nuc 2 
O acentuassomo forma um 
"" sítio de ligação de GCN5, que 
'\ se liga e adiciona grupos 
acetil a nuc 1, 2. 
Complexo 
GCN5 
Liga-se o coativador CBP, 
recrutando a RNA pol 11. 
SWl-SNF desloca nuc 2. 
RNA pol 11 
A proteína de ligação a TATA 
(TBP) liga-se ao TATA boxe 
recém-exposto, permitindo 
que a transcrição comece. 
RNApol 11 
Figura 12.19 O acentuassomo 13-interferon atua para mover os 
nucleossomos recrutando o complexo SWl-SNF. 
Capítulo 12 I Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 375 
cionado no TATA boxe e no sítio de início da transcrição. 
Entretanto, considera-se agora que a ligação de GCN5, outro 
coativador, precede a ligação de CBP. GCN5 acetila os dois 
nucleossomos. Após a acetilação, os fatores ativadores de 
transcrição recrutam o coativador CBP, a holoenzima RNA 
pol II e o complexo de remodelagem da cromatina SWI-SNF, 
o último então posicionado para afastar o nucleossomo 37 pb 
do TATA boxe, tornando este boxe acessível à proteína de 
ligação TATA e permitindo que a transcrição seja iniciada. 
As interações cooperativas ajudam a explicar várias obser-
vações curiosas sobre os acentuadores. Por exemplo, expli-
cam por que, mudando qualquer fator de transcrição ou 
sítio de ligação, a atividade do acentuador é acentuadamente 
reduzida. Elas também explicam por que a distância entre os 
sítios de ligação dentro do acentuador é uma característica 
tão crítica. Além disso, os acentuadores não precisam estar 
perto do sítio de início da transcrição, como no exemplo mos-
trado na Figura 12.19. Uma característica dos acentuadores 
é que conseguem ativar a transcrição quando estão situados 
a grandes distâncias do promotor (mais de 50 kb ), sejam 
antecedentes ou posteriores a um gene ou mesmo em um 
íntron. 
Isoladores de bloqueio de acentuador 
Um elemento regulador, como um acentuador, que conse-
gue agir em dezenas de milhares de pares de bases, pode-
ria interferir na regulação de genes vizinhos. Para evitar tal 
ativação promíscua, desenvolveram-se elementos regulado-
res chamados de isoladores de bloqueio de acentuador. 
Quando posicionados entre um acentuador e um promotor, 
os isoladores de bloqueio de acentuador impedem que o 
acentuador ative a transcrição desse promotor. Tais isola-
dores não têm efeito na ativação de outros promotores que 
não estejam separados de seus acentuadores pelo isolador 
(Figura 12.20). Vários modelos foram propostos para expli-
car como um isolador poderia bloquear a atividade de um 
acentuador apenas quando colocado entre um acentuador 
e um promotor. Muitos dos modelos, como o mostrado na 
Figura 12.21, propõem que o DNA é organizado em alças 
que contêm genes ativos. De acordo com esse modelo, os 
Os isoladores de bloqueio de acentuador impedem a ativação de acentuador 
LIGADO 
Promotor 2 Acentuador Isolador de 
bloqueio de 
acentuador 
Promotor 1 
r-~ 
1 
DESLIGADO 
Figura 12.20 Os isoladores de bloqueio de acentuador impedem a ativação gênica quando colocados entre um acentuador e um pro-
motor. [Oe M. Gaszner e G. Felsenfe/d, "lnsulators Exploiting Transcriptional and Epigenetic Mechanisms'~ Nat. Rev. Genet. 7, 2006, 703- 7 7 3.] 
Modelo de como os isoladores de bloqueio de acentuador podem funcionar 
Promotor 2 
~ 
1 
1 ,_ _ -
Acentuador 
Isolador de bloqueio 
de acentuador 
DESLIGADO 
Figura 12.21 Uma proposta é que os isoladores de bloqueio de acentuador (EB) criam novas alças que separam fisicamente um pro-
motor de seu acentuador. [Oe M . Gaszner e G. Fe/senfe/d, "fnsu/ators: Exploiting Transcriptional and Epigenetic Mechanisms'~ Nat. Rev. Genet. 7, 
2006, 703- 7 7 3.] 
376 Introdução à Genética 
isoladores movem um promotor para uma nova alça, onde 
ele é protegido do acentuador. 
Como veremos adiante neste capítulo, os isoladores de 
bloqueio de acentuador são um componente fundamental de 
um fenômeno chamado de imprinting genômico. 
Mensagem. Os acentuadores eucarióticos conseguem agir 
a grandes distâncias para modular a atividade do aparelho de 
transcrição. Os acentuadores contêm sítios de ligação para muitos 
fatores de transcrição, que se ligam e interagem de maneira coo-
perativa. Essas interações resultam em várias respostas, incluin-
do o recrutamento de outros coativadores e a remodelagem da 
cromatina. 
12.5 1 nativação a longo prazo de 
genes em um ambiente de 
cromatina 
Até agora, vimos como os genes são ativados em um ambiente 
de cromatina. No entanto, como visto no início deste capítulo, 
a maioria dos genes em genomas eucarióticos está desligada 
quase todo o tempo. Um dos achados mais surpreendentes 
da era genômica é o de que muitos genes eucarióticos são 
inativos por toda a vida do organismo, o que leva a duas 
perguntas que serão respondidas nesta seção. Primeiro, por 
que os organismos têm genes que estão sempre inativos? 
Segundo, como os organismos mantêm genes em um estado 
inativo por toda a vida? 
Um dos modelos mais úteis para entendermos os meca-
nismos que mantêm a inatividade a longo prazo de genes 
diz respeito ao controle da mudança do tipo reprodutivo 
em leveduras. Os componentesdo Zoeus do tipo reprodu-
tivo de leveduras foram abordados no fim da Seção 12.2. 
Aqui, enfocaremos o mecanismo de mudança do tipo 
reprodutivo, que exige que cada célula de levedura man-
tenha cópias inativas dos genes a e a em algum lugar do 
seu genoma. 
Mudança do tipo reprodutivo e 
silenciamento gênico 
As células haploides de leveduras são capazes de mudar seu 
tipo reprodutivo, às vezes com tanta frequência como a cada 
ciclo celular. Dessa maneira, uma célula haploide de levedu-
ra de um tipo reprodutivo (digamos a) forma uma colônia 
tanto de células a como de células a, que podem reproduzir-
se para formar células diploides (a/a). Durante períodos de 
crise como os de escassez de nutrientes, cada célula diploide 
pode sofrer meiose e produzir quatro esporos haploides. Esse 
processo é vantajoso para a sobrevivência da espécie, por-
que os esporos conseguem sobreviver melhor em condições 
ambientais adversas do que as células haploides. 
A análise genética de certos mutantes que não conseguem 
mudar seu tipo reprodutivo ou não conseguem reproduzir-se 
(eram estéreis) resultou em descobertas importantes sobre a 
mudança de tipo reprodutivo. Entre os mutantes de mudan-
ça, havia vários Zoei mutantes, inclusive o gene HO e os genes 
HMRa e HLMa. Outro estudo revelou que o gene HO codifica 
uma endonuclease, enzima que cliva o DNA (veja o Capí-
tulo 10), necessária para o início da mudança. Também se 
descobriu que os Zoei HMRa e HMLa, que estão no mesmo 
cromossomo que o Zoeus MAT, contêm "cassetes" dos alelos 
MATa e MATa, respectivamente, que não se expressam. Os 
Zoei HMR e HML são, portanto, "cassetes" silenciosos. Lem-
bre, do Capítulo 8, que ocorre um tipo de silenciamento 
gênico quando o dsRNA interage com o complexo RISC para 
destruir o RNA complementar. Esse é um exemplo de silen-
ciamento gênico pós-transcricional. Em contraste, HMRa 
e HMLa não podem ser transcritos e, como tais, são exemplos 
de silenciamento gênico transcricional. 
Dois aspectos da mudança do tipo reprodutivo são do 
interesse dos geneticistas: como as células mudam seu tipo 
reprodutivo e por que o HMRa e o HMLa são silenciosos 
em termos de transcrição? A chave para a mudança é a 
endonuclease HO, que inicia a mudança do tipo reproduti-
vo inserindo uma quebra no filamento duplo no Zocus MAT. 
A interconversão do tipo reprodutivo, então, ocorre por um 
tipo de recombinação entre o segmento de DNA (um cassete) 
de um dos dois Zoei não expressos e o Zoeus MAT. O resultado 
é a substituição do cassete antigo no Zocus MAT por um novo 
cassete de HMRa ou HMLa. O tipo reprodutivo resultante 
é MATa ou MATa, dependendo de qual gene esteja no Zoeus 
MAT (Figura 12.22). O cassete inserido, na verdade, é copia-
do do Zocus HML ou do HMR. Dessa maneira, a mudança é 
reversível porque a informação para os cassetes a e a está 
sempre presente nos Zoei HMR e HML, nunca sendo perdi-
da. Portanto, a mudança de tipo reprodutivo é um exemplo 
de genes que precisam ser silenciados por toda a vida de 
um organismo. Como veremos mais tarde neste capítulo, o 
silenciamento de genes por toda a vida também ocorre em 
seres humanos e todos os outros mamíferos. 
O segundo aspecto de mudança do tipo reprodutivo que 
interessa aos geneticistas é o mecanismo subjacente de silen-
ciamento gênico. Por que os genes nos cassetes HMR e HML 
não se expressam? Normalmente, esses cassetes são "silen-
ciosos". Contudo, em mutantes SIR (reguladores silenciosos 
de informação), o silenciamento é comprometido, de modo 
que ambas as informações, a e a, são expressas. Os mutan-
tes resultantes são estéreis. Isso significa que, em leveduras 
normais, não mutantes, genes nos cassetes HMR e HML são 
capazes de se expressar, mas não pela ação das proteínas 
Sir. As proteínas Sir2, Sir3 e Sir4 formam um complexo que 
é fundamental no silenciamento gênico. Sir2 é uma histona 
desacetilase que facilita a condensação da cromatina e ajuda 
a manter HMR e HML em domínios da cromatina onde a 
transcrição não pode ser iniciada. 
O silenciamento gênico é um processo muito diferente 
da repressão gênica: é um efeito de posição que depende da 
vizinhança na qual a informação genética está localizada. Por 
exemplo, um gene normalmente ativo inserido nos Zoei HMR 
ou HML seria silenciado. Vamos aprender mais sobre os efei-
tos de posição depois, na seção sobre variegação por efeito de 
posição na mosca-das-frutas DrosophiZa meZanogaster. 
Capítulo 12 I Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 377 
A mudança de tipo reprodutivo é controlada pela recombinação de cassetes de DNA 
(a) 
HMLa MATa HMRa 
Silencioso Silencioso Ativo 
Tipo reprodutivo a 
(b) HMLa é copiado para o /ocus MAT 
HMLa MATa HMRa 
Silencioso 
Tipo reprodutivo a 
(e) HMRa é copiado para o locus MAT 
HMLa 
Silencioso 
MATa HMRa 
Tipo reprodutivo a 
Figura 12.22 O cromossomo Ili de S. cerevisiae codifica três toei de t ipos reprodutivos, mas apenas os genes no locus MAT são expressos. 
HML codifica um cassete silencioso de genes a, e HMR codifica um cassete silencioso de genes a. A cópia de um cassete silencioso e a 
inserção por recombinação do locus MAT mudam o tipo reprodutivo. 
Comparação entre heterocromatina e 
• eu cromatina 
Vamos examinar por que o silenciamento gênico a longo pra-
zo, do tipo que silencia HMR e HML, é um processo diferente 
da repressão gênica. Para tanto, é importante notar que a 
cromatina não é uniforme em todos os cromossomos: certas 
regiões cromossômicas têm a cromatina altamente conden-
sada, denominada heterocromatina. Outros domínios são 
acondicionados em cromatina menos condensada, chamada 
eucromatina (veja a Figura 12.11b). A condensação da cro-
matina muda no decorrer do ciclo celular. A cromatina das 
células que entram em mitose torna-se altamente condensa-
da à medida que os cromossomos se alinham em preparação 
para a divisão celular. Após a divisão celular, as regiões que 
formam heterocromatina permanecem condensadas, espe-
cialmente em torno dos centrômeros e telômeros ( denomi-
nada heterocromatina constitutiva), enquanto as regiões 
que formam eucromatina ficam menos condensadas. Como 
vimos no exemplo do 13-interferon (veja a Figura 12.19), a cro-
matina de genes ativos pode mudar em resposta ao estágio do 
desenvolvimento ou a condições ambientais, por exemplo. 
A principal distinção entre heterocromatina e eucromatina 
é que a primeira contém poucos genes, enquanto a segunda 
é rica em genes. Mas o que é heterocromatina, se não genes? 
A maioria do genoma eucariótico é composta por sequências 
repetitivas que não codificam proteína nem RNA estrutural 
- às vezes denominadas DNA lixo (veja o Capítulo 4). Assim, 
diz-se que os nucleossomos da heterocromatina densamente 
compactados (organizados em fibras de cromatina de 30 nm; 
veja a Figura 12.11a) formam uma estrutura "fechada" prati-
camente inacessível às proteínas reguladoras e inapropriada 
para a atividade gênica. Em contraste, a eucromatina, com 
seus nucleossomos mais espaçados (organizados em fibras de 
10 nm; veja a Figura 12.11a), adota uma estrutura "aberta" 
que permite a transcrição. 
Mensagem. A cromatina dos eucariotos não é uniforme. 
Regiões heterocromáticas altamente condensadas têm menos 
genes e frequências de recombinação menores do que as regiões 
eucromáticas menos condensadas. 
A variegação por efeito de posição em 
Drosophila revela vizinhanças genômicas 
Muito antes da descrição dos Zoei de reprodução silenciosa 
de leveduras, o geneticista Hermann Muller descobriu um 
fenômeno genético interessante ao estudar a Drosophila: 
existem vizinhanças cromossômicas que conseguem silenciar 
genes que são experimentalmente "relocados" para regiões 
adjacentes do cromossomo. Nesses experimentos, as moscas 
recebiam radiação X para induzir mutações em suas células 
germinativas. Na progênie das moscas irradiadas, fez-se uma 
triagem para detectar fenótipos incomuns. Uma mutação no 
gene white, perto da extremidade do cromossomo X, resulta 
378 Introduçãoà Genética 
em uma progênie com olhos brancos, em vez dos olhos ver-
melhos do tipo selvagem. Parte da progênie tinha olhos mui-
to incomuns, com manchas brancas e vermelhas. O exame 
citológico revelou um rearranjo cromossômico nas moscas 
mutantes: no cromossomo X havia inversão de um pedaço do 
cromossomo que tinha o gene white (Figura 12.23). Inversões 
e outros rearranjos cromossômicos serão discutidos no Capí-
tulo 17. Nesse rearranjo, o gene white, normalmente localiza-
do em uma região eucromática do cromossomo X, agora está 
perto do centrômero heterocromático. Em algumas células, a 
heterocromatina consegue "espalhar-se" para a eucromatina 
adjacente e silenciar o gene white. Manchas de tecido branco 
no olho são derivadas dos descendentes de uma única célula 
na qual o gene white foi silenciado e assim permanece duran-
te as futuras divisões celulares. Em contraste, as manchas 
vermelhas surgem das células em que a heterocromatina não 
se espalhou para o gene white, de maneira que esse gene 
permanece ativo em todos os descendentes. A existência de 
manchas vermelhas e brancas de células no olho de um único 
organismo ilustra de maneira indiscutível dois aspectos do 
silenciamento epigênico. Primeiro, a expressão de um gene 
pode ser reprimida em virtude de sua posição no cromos-
somo, e não por uma mutação em sua sequência de DNA. 
Segundo, o silenciamento epigenético pode ser herdado de 
uma geração celular para a seguinte. 
Achados de estudos subsequentes em Drosophila e leve-
duras demonstraram que muitos genes ativos são silencia-
dos nessa maneira de mosaico quando são relocados para 
regiões adjacentes (perto de centrômeros ou telômeros) 
heterocromáticas. Portanto, a capacidade da heterocroma-
tina de espalhar-se para a eucromatina e silenciar genes é 
um aspecto comum a muitos organismos. Esse fenômeno foi , 
denominado variegação por efeito de posição (PEV). E 
uma evidência forte de que a estrutura da cromatina é capaz 
de regular a expressão de genes - nesse caso, determinar 
se genes com sequência de DNA idêntica serão ativos ou 
silenciados. 
Mensagem. Genes ativos que são relocados para adjacências 
genômicas heterocromáticas podem ser silenciados se a hetero-
cromatina espalhar-se para os genes. 
O silenciamento gênico é causado pela expansão da heterocromatina 
Cromossomo White+ 
G- -- _J -- --
Telômero 
A inversão coloca white+ 
perto da heterocromatina 
White+ 
Centrômero .. 
---4 .. ~ Faceta 
'-=~4-:.>....L...-=----==-=-__.::::.....:::;:..--==-'---"--'.......;....--+-~--+-__,.__,~,...L....--'---',. verme 1 h a 
White+ 
1 
~- fgg:-- -rxxfêxxxxx2~ .. Faceta branca 
A heterocromatina se espalha 
Gene white+ 
expresso 
Gene white+ 
expresso 
Gene white+ 
silenciado 
Olho do tipo 
selvagem 
O olho é uma 
mistura de 
facetas 
vermelhas 
e brancas. 
Figura 12.23 O rearranjo cromossômico produz variegação por efeito de posição. A inversão cromossômica coloca o alelo white do tipo 
selvagem perto da heterocromatina. A dispersão da heterocromatina silencia o alelo. As facetas do olho são brancas, em vez do vermelho 
do tipo selvagem onde o alelo foi silenciado. [Oe}. C. Eissenberg e 5. Elgin, Encyclopedia of Life Sciences. Nature Publishing Group, 2001, p. 3, 
Fig. 1.] 
Capítulo 12 I Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 379 
0 QUE OS GENETICISTAS ESTÃO FAZENDO HOJE 
A análise genética de PEV revela 
proteínas necessárias para a formação de 
heterocromatina 
Os geneticistas deduziram que a PEV poderia ser explo-
rada para identificar as proteínas necessárias para formar 
heterocromatina. Com essa finalidade, isolaram mutações 
em um segundo locus cromossômico que suprimia ou acen-
tuava o padrão variegado (Figura 12.24). Os supressores da 
variegação [denominados Su(var)] são genes que, quando 
mutados, reduzem a dispersão da heterocromatina, o que 
significa que os produtos do tipo selvagem desses genes 
são necessários para a dispersão. De fato, os alelos Su(var) 
se mostraram valiosos para os cientistas interessados nas 
proteínas necessárias para estabelecer e manter o estado 
Li sina Monometil lisina 
heterocromático inativo. Entre mais de 50 produtos gêni-
cos de Drosophila identificados por essas triagens estava a 
proteína-1 de heterocromatina (HP-1), que antes tinha 
sido encontrada associada a telômeros e centrômeros hete-
rocromáticos. Portanto, faz sentido que uma mutação no 
gene que codifica HP-1 mostre-se como um alelo Su(var), 
porque de algum modo a proteína é necessária para gerar 
a estrutura da cromatina de ordem superior associada à 
heterocromatina. 
Mas por que HP-1 liga-se a algumas regiões do DNA e não 
a outras? A resposta veio com a descoberta de que outro gene 
Su(var) codifica uma metiltransferase que acrescenta grupos 
metil a um resíduo de aminoácido específico (lisina 9) na 
cauda da histona H3 (denominada histona H3 metiltransfe-
rase ou HMTase). Uma das reações catalisadas pela HMTase 
é mostrada aqui: 
Dimetil lisina Trimeti! lisina 
Alguns genes acentuam ou suprimem a dispersão da heterocromatina 
Olho de Drosophila 
(white+ translocado) 
Mutações em segundo 
sít io que afetam a dispersão 
da heterocromatina 
E(var) 
Su(var) 
Dispersão 
acentuada. 
Mais white+ 
são silenciados. 
Dispersão 
suprimida. 
Menos white+ 
são silenciados. 
Figura 12.24 Mutações foram usa-
das para identificar genes que suprimem, 
Su(var), ou acentuam, E(var), a variegação 
por efeito de posição. [Oe}. C. Eissenberg e 
5. Elgin, Encyclopedia of Life Sciences. Nature 
Pub/ishing Group, 2001, p. 3, Fig. 1.] 
380 Introdução à Genética 
O aminoácido lisina é abreviado como "K", e essas mar-
cas epigenéticas são conhecidas como H3K.9me1, H3K.9me2 
e H3K.9me3, respectivamente. A cromatina modificada dessa 
maneira liga-se a proteínas HP-1, que então associam-se para 
formar heterocromatina. Foram isoladas proteínas semelhan-
tes à HP-1 e à HMTase em diversos grupos taxonômicos, o que 
sugere a conservação de uma função eucariótica importante. 
Vimos que regiões transcritas ativamente estão associadas a 
nucleossomos cujas caudas de histonas estão hiperacetiladas e 
que ativadores de transcrição como GCN5 codificam uma ativi-
dade de histona acetiltransferase. Conforme já foi comentado, 
as marcas de acetil também podem ser removidas das histonas 
pelas histonas desacetilases. De maneira similar, a cromatina 
feita de nucleossomos que são metilados em H3K.9me e ligados 
com a proteína HP-1 contém marcas epigenéticas associadas 
à heterocromatina. Os cientistas agora conseguem separar a 
heterocromatina da eucromatina e analisar diferenças nas 
modificações das histonas e proteínas ligadas. O procedimen-
to usado, imunoprecipitação da cromatina (ChIP, chromatin 
immunoprecipitation), é descrito no Capítulo 14. 
A Figura 12.25 ilustra que, na ausência de barreiras, a 
heterocromatina poderia espalhar-se para regiões adjacentes 
e inativar genes em algumas células, mas não em outras. Pode 
ser o que acontece com o gene white de Drosophila quando é 
translocado para perto do domínio de heterocromatina asso-
ciado às extremidades dos cromossomos. Mas a dispersão da 
heterocromatina pode ser interrompida? Pode-se imaginar 
que a dispersão da heterocromatina para regiões gênicas ati-
vas seria desastrosa para um organismo porque genes ativos 
seriam silenciados à medida que fossem convertidos em hete-
rocromatina. Para impedir esse desastre potencial, o genoma 
contém elementos de DNA denominados isoladores de bar-
reira (barrier insulators) que impedem a dispersão da hete-
rocromatina, criando um ambiente local que não é favorável 
para a formação de heterocromatina. Por exemplo, um isolador 
de barreira poderia ligar HAT e, ao fazer isso, garantir que as 
histonas adjacentes fossem hiperacetiladas. Um modelo sobre 
como um isolador de barreira poderia atuar para "proteger" 
uma região de eucromatina de ser convertida em heterocro-
matina é mostrado na Figura 12.26. 
Mensagem. O isolamento de proteínas críticas necessárias 
paraa formação de heterocromatina, inclusive HP-1 e HMTase, 
tornou-se possível pelo isolamento de linhagens mutantes de Dro-
sophila que suprimiam ou acentuavam PEV. 
,- - - _.,.. DESLIGADO 
1 
,- - - _.,.. DESLIGADO 
1 
,- - - _.,.. DESLIGADO 
1 
.--........ LIGADO 
,- - - _.,.. DESLIGADO 
1 
,- - - _.,.. DESLIGADO 
1 
,- - - _.,.. DESLIGADO 
1 
.--........ LIGADO 
Figura 12.25 A dispersão da heterocromatina na eucromatina 
adjacente é variável. Em quatro células diploides geneticamente idên-
t icas, a heterocromatina espalha-se o suficiente para desligar um gene 
em alguns cromossomos, mas não em outros. A heterocromatina 
e a eucromatina são representadas por esferas nas cores laranja e 
verde, respectivamente. [De M. Caszner e G. Felsenfeld, "lnsulators: 
Exploiting Transcriptional and Epigenetic Mechanisms'~ Nat. Rev. Cenet. 
7, 2006, 703- 713. J 
12.6 Silenciamento gênero-específico 
de genes e cromossomos 
inteiros 
Até o momento, discutimos domínios cromossômicos que 
estão abertos ou condensados em todos os membros de 
uma espécie. Nesta seção, vamos considerar dois fenôme-
nos genéticos disseminados em mamíferos que dependem 
do sexo do indivíduo. Em tais casos, genes específicos ou 
mesmo um cromossomo inteiro são silenciados por toda a 
vida de um organismo. No entanto, ao contrário de outros 
exemplos, esses genes ou cromossomos são silenciados em 
um ou outro sexo, mas não em ambos. 
Os isoladores de barreira interrompem a dispersão da 
heterocromatina 
HP-1 
~ 
HMTase 
\ 
Heterocromatina 
Isolador 
de barreira 
Eucromatina 
Ac 
Figura 12.26 Nesse modelo, os isoladores de 
barreira recrutam atividades enzimáticas, como 
histona aceti ltransferase (HAT), que promovem 
a formação de eucromatina. "M" representa 
metilação e "Ac", acetilação. [De M . Caszner e 
G. Felsenfeld. " lnsulators: Exploiting Transcriptional 
and Epigenetic Mechanisms'~ Nat. Rev. Cenet. 7, 
2006, 703- 713. J 
Capítulo 12 I Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 381 
O imprinting genômico explica alguns 
padrões incomuns de herança 
O fenômeno de imprinting genômico foi descoberto há 
cerca de 20 anos em mamíferos. No imprinting genômico, 
alguns genes autossômicos têm padrões incomuns de heran-
ça. Por exemplo, um alelo igf2 é expresso em um camun-
dongo apenas se for herdado do pai do camundongo, um 
exemplo de imprinting materno, porque a cópia do gene 
derivada da mãe é inativa. Já um alelo H19 de camundongo 
só é expresso se for herdado da mãe. O H19 é um exemplo 
de imprinting paterno porque a cópia paterna é inativa. A 
consequência do imprinting parental é que os genes imprin-
tados são expressos como se fossem a única cópia do gene 
; 
presente na célula, muito embora existam duas. E importante 
lembrar que nenhuma mudança é observada nas sequências 
de DNA de genes imprintados, isto é, o gene idêntico pode 
ser ativo ou inativo na prole, conforme tenha sido herdado 
da mãe ou do pai. 
Se a sequência de DNA do gene não está correlacionada 
com a atividade, o que ocorre? A resposta é que, durante o 
desenvolvimento dos gametas, grupos metil são acrescenta-
dos ao DNA nas regiões reguladoras de genes imprintados 
em apenas um dos sexos. Vimos anteriormente que o DNA 
de genes que estão desligados a vida inteira são em geral 
altamente metilados. No entanto, é importante notar que a 
metilação do DNA é uma das diversas marcas epigenéticas 
associadas à inativação a longo prazo de genes. Outras marcas 
incluem a metilação de aminoácidos de histonas específicos, 
incluindo H3K27me1. 
Voltemos novamente aos genes igf2 e H19 de camundon-
go, para ver como funciona o imprinting no nível molecu-
lar. Esses dois genes estão situados em um grupo de genes 
imprintados no cromossomo 7 de camundongo. Estima-se 
que haja 100 genes imprintados no camundongo, a maio-
ria encontrada em grupos que compreendem 3 a 11 genes 
imprintados. (Os humanos têm a maioria dos mesmos genes 
imprintados que os camundongos.) Em todos os casos exa-
minados, há um padrão específico de metilação de DNA 
para cada cópia de um gene imprintado. No caso do grupo 
igf2-H19, uma região específica do DNA que fica entre os 
dois genes (Figura 12.27) é metilada nas células germina-
tivas masculinas e não metilada nas células germinativas 
femininas. Essa região é chamada de região de controle de 
imprinting (ICR). Portanto, a metilação da ICR faz com que 
igf2 seja ativo e H19 fique inativo, enquanto a ausência de 
metilação tem o efeito oposto. 
Como a metilação controla qual dos dois genes é ativo? 
A metilação age como um bloqueio à ligação de proteínas 
necessárias para a transcrição. Apenas a ICR não metilada 
(feminina) consegue ligar-se a uma proteína reguladora cha-
mada CTCF. Quando ligada, CTCF atua como um isolador de 
bloqueio de acentuador que impede a ativação do acentuador 
da transcrição de Igf2. Entretanto, o acentuador nas fêmeas 
ainda pode ativar a transcrição de H19. Nos machos, CTFC 
não pode ligar-se à ICR, e o acentuador pode ativar a trans-
crição de Igf2 (lembremos que os acentuadores podem agir a 
grandes distâncias). O acentuador, entretanto, não consegue 
O imprinting genômico demanda isoladores 
S? Alelo materno 
---------------, 
l /gf2 1 li 
DESLIGADO >50 kb 
ô Alelo paterno 
e 
lgf2 li 
LIGADO >50 kb 
--- - --- ------ ----
LL - -
~ 
(.) e 
H19 
ICR LIGADO 
~~~ 
j H19 1 
-' ' -' ' ' ' ' ' ' 
Acentuador 
ICR DESLIGADO Acentuador 
Figura 12.27 lmprinting genômico no camundongo. A região de 
controle do imprinting (ICR) não está metilada nos gametas fem ini-
nos e pode ligar-se a um dímero CTCF, formando um isolador que 
bloqueia a ativação do acentuador de Jgf2. A metilação (M) de ICR 
nas célu las germinativas masculinas impede a ligação da CTCF, mas 
também impede a ligação de outras proteínas ao promotor H19. 
ativar H19, pois a região metilada estende-se para o promotor 
H19. O promotor metilado não se liga às proteínas necessárias 
para a transcrição de H19. 
Assim, vemos como um isolador de bloqueio de acen-
tuador (nesse caso, CTCF ligada a parte de ICR) impe-
de o acentuador de ativar um gene distante (nesse caso, 
Igf2). Além disso, vemos que o sítio de ligação de CTCF 
é metilado apenas nos cromossomos derivados do genitor 
masculino. A metilação do sítio de ligação de CTCF impede 
a ligação de CTCF nos machos e permite que o acentuador 
ative Igf2. 
Note que o imprinting parental pode afetar muito a análise 
de heredogramas. Como o alelo herdado de um genitor é ina-
tivo, uma mutação no alelo herdado do outro genitor parece-
rá ser dominante, quando, de fato, o alelo é expresso porque 
apenas um dos dois homólogos é ativo para esse gene. A Figu-
ra 12.28 mostra como uma mutação em um gene imprintado 
pode ter resultados diferentes no fenótipo do organismo se 
herdado do genitor masculino ou do feminino. 
Muitas etapas são necessárias para o imprinting (Figu-
ra 12.29). Logo após a fertilização, os mamíferos separam 
células que irão tornar-se suas células germinativas. Os 
imprints são apagados antes que as células germinativas se 
formem. Sem sua marca distinta de metilação do DNA, esses 
' genes agora são ditos epigeneticamente equivalentes. A medida 
que essas células germinativas primordiais se tornam game-
tas totalmente formados, os genes recessivos imprintados 
recebem a marca específica do sexo que determina se o gene 
será ativo ou silencioso após a fertilização. 
382 Introdução à Genética 
Herança incomum de genes imprintados 
Sem mutações 
1 A 
17 f B 
ICR 
Mutação em gene imprintado 
ô 
1 
~ B 
ICR 
DESFECHO NÃO AFETADO 
1 A 17 
j, 
r B 
ICR 
DESFECHO AFETADO 
1 
Figura 12.28 Uma mutação (representada pela estrela laranja) 
no gene A não terá efeito se herdada do macho. Abreviações: M, 
metilação; ICR, região de controle do imprinting. [De 5. T. da Rocha 
e A . C. Ferguson-Smith, "Genomic lmprinting'~ Curr. Biai. 14, 2004, 
R646-R649. ] 
Mas e quanto a Dolly e outros 
mamíferos clonados? 
Muitos pensavam que o imprinting genômicoimpunha a par-
ticipação das células germinativas masculina e feminina no 
desenvolvimento de embriões de mamíferos. Isto é, os game-
tas masculino e feminino contêm subgrupos diferentes de 
genes imprintados, de modo que as células germinativas de 
ambos os sexos precisam participar para que o embrião tenha 
um complemento completo de genes ativos imprintados. Por 
que, então, mamíferos como Dolly e, mais recentemente, 
porcos, gatos, cães e vacas que foram derivados de núcleos 
somáticos são capazes de sobreviver e desenvolver-se? Depois 
de tudo, como já foi mencionado, a mutação mesmo de um 
único gene imprintado pode ser letal ou levar a uma doença 
grave. 
No momento, os cientistas não compreendem por que a 
clonagem de muitas espécies de mamíferos é bem-sucedida. 
Entretanto, apesar desses sucessos, a clonagem é extrema-
mente ineficiente em todas as espécies testadas. Na maioria 
dos experimentos, um clone bem-sucedido é um evento ex-
tremamente raro, que demanda centenas, ou mesmo milha-
res, de tentativas. Podemos pensar que a falha da maioria dos 
embriões clonados em se desenvolver em organismos viáveis 
é um atestado da importância dos mecanismos epigenéticos 
Etapas necessárias ao imprinting 
Macho Fêmea 
Dois genes ligados: Cromossomos 
homólogos um ativo, um silencioso 
lgf2 H19 
Células 
germinativas 
primordiais -
Células 
germinativas 
primordiais 
Gametas 
! 
! 
Espermatozoides 
Fertilização e 
desenvolvimento 
1 lmprints 
apagados 
2 lmprints 
iniciados 
3 Propagação 
dos imprints 
lgf2 H19 
- 1 ...... 1--
- 1 1-
Ovócito 
1 Alelo 
silenciado 
1 Alelo ativo 
Figura 12.29 Como lgf2 e H19 são imprintados diferencialmente 
em machos e fêmeas. 
de regulação gênica nos eucariotos. Assim, isso ilustra como 
o conhecimento da sequência completa do DNA de todos . "" . . os genes em um organismo e apenas uma pr1me1ra etapa 
na compreensão da maneira pela qual os genes eucarióticos 
são regulados. 
Silenciamento de um cromossomo inteiro: 
inativação do cromossomo X 
Um fenômeno epigenético chamado de inativação do cro-
mossomo X intriga os cientistas há décadas. No Capítulo 17, 
vamos aprender sobre os efeitos do número de cópias gênicas 
no fenótipo de um organismo. Por enquanto, é suficiente 
saber que o número de transcritos produzidos por um gene 
geralmente é proporcional ao número de cópias desse gene 
em uma célula. Os mamíferos, por exemplo, são diploides 
e têm duas cópias de cada gene situadas em seus autosso-
mos. Para a grande maioria dos genes, ambos os alelos são 
expressos. Portanto, todos os indivíduos produzem o mes-
mo número de transcritos desses genes, proporcional a duas 
cópias do gene. 
No entanto, há uma exceção a essa generalização. Os indi-
víduos não produziriam o mesmo número de transcritos de 
Capítulo 12 I Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 383 
genes localizados nos cromossomos sexuais se ambos os cro-
mossomos X forem expressados nas fêmeas. Como discutido 
no Capítulo 2, o número de cromossomos X e Y difere entre 
os sexos, tendo as fêmeas de mamíferos dois cromossomos X 
e os machos apenas um. Considera-se que o cromossomo X 
de mamíferos contém cerca de 1.000 genes. As fêmeas têm 
o dobro de cópias dos genes ligados ao X com relação aos 
machos e expressariam duas vezes mais transcritos desses 
genes que os machos se não houvesse um mecanismo para 
corrigir esse desequilfbrio. (A ausência de um cromossomo 
Y não é um problema para as fêmeas, porque pouquíssi-- , . 
mos genes nesse cromossomo sao necessar1os apenas para o 
desenvolvimento dos machos.) Dizemos que as fêmeas pro-
duzem duas doses de transcritos para cada dose produzida 
pelos machos. 
Esse desequilfbrio de dosagem é corrigido por um proces-
so chamado de compensação de dose, que torna a quan-
tidade da maioria dos produtos gênicos das duas cópias do 
cromossomo X nas fêmeas equivalente à dose única de cro-
mossomo X nos machos. Em mamíferos, essa equivalência é 
obtida pela inativação aleatória de um dos dois cromossomos 
X em cada célula, em um estágio inicial no desenvolvimento. 
Esse estado inativo é, então, propagado para todas as células 
da prole. (Na linhagem germinativa, o segundo cromosso-
mo X é reativado na ovogênese.) O cromossomo inativado, 
chamado de corpúsculo de Barr, pode ser visto no núcleo 
como uma estrutura heterocromática fortemente corada e 
altamente condensada. 
A inativação do cromossomo X é um exemplo de herança 
epigenética. Primeiro, a maioria dos genes no cromossomo X 
inativado (denominado Xi) é silenciada, e o cromossomo tem 
marcas epigenéticas associadas à heterocromatina, incluin-
do H3K9me, hipoacetilação de histonas e hipermetilação de 
seu DNA. Segundo, a maioria dos genes, mas nem todos, no 
cromossomo inativo permanece inativa em todas as descen-
dentes dessas células, embora a própria sequência do DNA 
fique inalterada. 
No momento, o mecanismo que converte um cromossomo 
X completamente funcional em heterocromatina é motivo de 
investigações. O processo é bem caracterizado no camundon-
go, organismo em que a inativação do cromossomo X com-
partilha muitos aspectos com a inativação do cromossomo 
X nas células somáticas humanas femininas. Ambos têm um 
locus no cromossomo X, denominado centro de inativação X 
(abreviado Xic), que produz um RNA de 17 kb que não codi-
fica proteína (ncRNA; veja o Capítulo 8), denominado Xist. 
Acredita-se que o Xist seja transcrito de apenas um cromos-
somo no início do desenvolvimento dos embriões de fêmeas 
de camundongo. O cromossomo que produz Xist é inativado 
porque o Xist cobre especificamente a região central desse 
cromossomo, levando à formação de heterocromatina. Não 
se sabe como o Xist é localizado em um cromossomo nem 
como dispara a conversão para heterocromatina. 
Um modelo interessante da maneira pela qual a transcrição 
de um ncRNA poderia influenciar a estrutura da cromatina 
no Xi é mostrado na Figura 12.30. De acordo com esse mode-
lo, à medida que um ncRNA é transcrito pela RNA polimera-
Modelo para inativação do cromossomo X 
Xi 
ANA pol 11 
• • 
O Proteína que cobre Xi 
Xist 
O final de Xist é 
transcrito e liga-se 
à proteína que 
cobre Xi. 
A ANA polimerase li 
prende o ANA Xist 
a Xi. A proteína é 
transferida para 
a cromatina. 
O ANAXist é 
degradado para 
evitar difusão. 
-····· 
Figura 12.30 Modelo que mostra como o RNA Xist poderia agir 
em eis para ligar proteínas que inativam um cromossomo X ao formar 
heterocromati na. 
se II, proteínas ligam-se especificamente a suas sequências e 
catalisam as modificações de histonas que iniciam a forma-
ção de heterocromatina. Desse modo, os ncRNA agem como 
amarras para recrutar proteínas modificadoras da cromatina 
para o cromossomo X do qual ele é transcrito. 
Mensagem. Na maioria dos organismos diploides, ambos os 
alelos de um gene são expressos independentemente. O imprin-
ting genômico e a inativação do X são exemplos de expressão 
monoalélica. Nesses casos, mecanismos epigenéticos silenciam 
um único locus cromossômico ou uma cópia de um cromossomo 
inteiro, respectivamente. 
12.7 Repressão gên ica 
pós-transcricional pelos miRNA 
O Xist é um exemplo da crescente classe de RNA funcionais 
(veja o Capítulo 8). Os RNAfuncionais não codificam proteínas; 
em vez disso, executam uma variedade de tarefas que exploram 
a complementariedade do RNA-RNA e do RNA-DNA. Os RNA 
funcionais discutidos aqui contêm sequências específicas que 
384 Introdução à Genética 
direcionam proteínas ou complexos proteicos para locais na 
célula onde seus serviços são necessários. Por exemplo, o Xist 
age direcionando proteínas envolvidas na formação de hetero-
cromatina para um dos dois cromossomos X. 
No Capítulo 8, mencionamos a título de introdução dois 
tipos de pequenos RNA funcionais: os siRNA e os miRNA. 
Nesta seção, vamos explorar como os miRNA ajudam na 
regulação da expressão gênica eucariótica. A função dos 
siRNA será considerada depois, no Capítulo 15. 
Lembre, do Capítulo 8, que os miRNA são