Regulação da expressão gênica em eucariotos e RNAi SLIDE 9

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Regulação da expressão gênica em 
eucariotos e RNA de interferência 
Profa. Rafaela Ferreira 
Biologia Molecular 
Expressão gênica em procariotos x eucariotos 
DNA RNA protein 
 
 Em eucariotos: 
 
- Presença de cromatina: 
- Regulação principalmente positiva 
- Proteínas regulatórias maiores e mais complexas 
- Membrana nuclear 
 
 
estado basal restritivo 
 
 
separa transcrição e tradução 
• Papel estrutural: empacotamento do DNA no núcleo 
• papel regulatório: controle do acesso da maquinaria de transcrição: 
 
Papel estrutural e regulatório da cromatina 
Estrutura da cromatina em eucariotos 
Empacotamento de nucleossomes 
octâmero de histonas: 
 2X H2A H3 
 H2B H4 
 
 H1 
 
Estrutura da cromatina 
Estrutura da cromatina 
 
Enzimas: 
histonas acetilases 
histonas desacetilases 
Ligação de fatores 
de transcrição e 
Acetilação de histonas 
 
 desempacotamento 
 da cromatina 
 ativação da expressão 
 gênica 
Histonas desacetiladas 
 cromatina fechada 
 expressão gênica inativa 
A acetilação de histonas regula o 
empacotamento da cromatina e a associação de 
fatores de transcrição 
Histonas podem sofrer diversas modificações 
+ 
+/- 
+ 
- 
+ 
Diminuição das cargas positivas das 
histonas por modificação de Lys 
X 
Menor interação DNA-histona 
Ativação do gene 
Histonas podem sofrer diversas modificações 
Proteína SUMO 
Ubiquitina 
Modificações de histonas criam 
um código de histonas 
Modificações de histonas criam 
um código de histonas 
Grupo 6 - Gilmara Pâmela, Patrícia, Marcos 
de Oliveira, Roberta Queiroz, Maiara Soares, 
Elisa Rievrs e Michel Olive. Artigo 2 - Cell. 
2011 Jan 7;144(1):16-26. Epigenetics in 
alternative pre-mRNA splicing. 
Papel estrutural e regulatório da cromatina 
Iniciação da transcrição 
 
• Ausência de operons, mas 
semelhança entre promotores e 
proteínas regulatórias 
Regulação do metabolismo da galactose 
Ausência de galactose – Gal80p se 
liga a Gal4p, impedindo que está 
atue como ativador 
Presença de galactose – Gal3p se 
liga a Gal80p, liberando Gal4p para 
atuar como ativador 
Regulação do metabolismo da galactose 
Outros complexos envolvidos: 
SWI/SNF – remodelagem de cromatina 
SAGA – acetilação de histonas 
Complexo mediador 
A mesma proteína pode regular diversos genes 
 
Proteínas regulatórias tem sua atividade regulada de 
diversas maneiras 
A expressão gênica em eucariotos pode ser 
regulada por sinais extracelulares 
 Hormônios esteroidais se ligam a 
fator de transcrição (Rec), alterando 
sua conformação 
 
 Após alteração conformacional, Rec 
se liga a região HRE 
 
 Transcrição gênica é ativa ou inibida 
 
Diversos mecanismos permitem repressão da transcrição 
A expressão gênica pode ser controlada em diversos outros 
níveis em eucariotos 
• Pré-transcricional (modificações da cromatina) 
• Transcricional 
• Pós-transcricional 
- Processamento do mRNA 
- Transporte núcleo/citoplasma do mRNA 
- Estabilidade/degradação do mRNA 
- Trandução 
- Modificação na proteína 
RNA de interferência 
Profa. Rafaela Ferreira 
Biologia Molecular 
A descoberta do fenômeno de RNAi 
 Observado pela primeira vez por pesquisadores que tentavam 
obter uma petúnia roxa... 
 
Resultado: 
Uma petúnia BRANCA!!! 
Objetivo: 
Uma petúnia roxa 
Estratégia: 
Adicionar o gene pra 
produção do pigmento roxo 
 
A descoberta do fenômeno de RNAi 
 Mecanismo desvendado por Craig Mello e Andy Fire (Nobel, 
2006) 
Por que RNAi é tão importante? 
Mecanismo de defesa 
do organismo 
(antiviral) 
Permite estudar a função 
de genes específicos 
Validar alvos terapêuticos 
para doenças! 
E potencialmente 
desenvolver novas terapias! 
Silenciamento pós-
transcricional de genes 
O que é RNAi ? 
 Silenciamento de genes específicos induzido por RNA de fita 
dupla 
 
 Presente em eucariotos 
 
 Pode levar a degradação de 
de mRNA ou alterar transcrição 
ou tradução 
Mecanismo 
dsRNA é clivado pela 
enzima Dicer resultando 
em RNA de 21-23 nt 
Complexo RISC é formado 
(siRNA, proteína Argonauta 2 
e outras proteínas) 
Rana, TM, Nat Rev Mol Cell Biol, 2009 
Mecanismo 
Complexo RISC permanece associado a 
uma das fitas de RNA (fita guia) 
Reconhecimento de mRNA contendo 
fita complementar causa clivagem do 
mRNA 
Rana, TM, Nat Rev Mol Cell Biol, 2009 
Mecanismo 
Complexo RISC se dissocia e pode 
reconhecer outras fitas de mRNA 
(processo catalítico) 
Rana, TM, Nat Rev Mol Cell Biol, 2009 
RNAi também pode inibir tradução 
Rana, TM, Nat Rev Mol Cell Biol, 2009 
Transcrição de pri-mRNA 
que é degradado por 
Drosha gerando Pre-miRNA 
RNAi também pode inibir tradução 
Rana, TM, Nat Rev Mol Cell Biol, 2009 
Complementariedade 
imperfeita entre fita guia e 
mRNA – Tradução é inibida 
Posteriormente o mRNA 
também pode ser degradado 
A transcrição também pode ser seletivamente inibida 
RNAi é uma técnica muito empregada na 
validação de alvos moleculares 
grupo 3 - Gabriela Corrêa, Jussara Cardoso, Letícia Amorim, Lethícia 
Diniz, Lorena Thaís, Maria Luiza e Nayara Cristina.Artigo 6- ACS 
Chem Biol. 2011 Jan 21;6(1):21-33. Epub 2010 Dec 23.Transcript 
profiling and RNA interference as tools to identify small molecule 
mechanisms and therapeutic potential. 
RNAi pode também ser utilizado para 
terapia 
 
 
 
• Grupo 5 - Mariana França, Fernanda Lopes, Samanta, Yalles e 
Simoni Faleiro.Artigo 1 - Nat Rev Drug Discov. 2012 Jan 
20;11(2):125-40. doi: 10.1038/nrd3625.RNA therapeutics: 
beyond RNA interference and antisense oligonucleotides. 
 
RNAi pode também ser utilizado para 
terapia 
 Proposta: reduzir a concentração de proteínas 
envolvidas na patologia de doenças 
 
 
 Desafios: 
 Especificidade 
 Biodisponibilidade 
 Atingir os tecidos de interesse 
 Estabilidade no organismo 
 
Formulações para direcionamento de siRNAs 
incluem vírus, bactérias e outros tipos 
Seow and Wood, Mol Therapy, 2009 
Diversos tratamentos com RNAi estão 
sendo avaliados em estudos clínicos 
 
 
Doenças oculares 
 
 
 
Câncer 
 
 
Doenças renais 
 
Hipercolesterolemia 
 
Antivirais 
 
Diversos tratamentos com RNAi estão 
sendo avaliados em estudos clínicos 
 Conformação do açúcar 
 
Davidson and McCray, Nat Rev Gen, 2011 
RNAi direcionado a Survivina reduz sua 
expressão em células de glioma 
 Tratamento com shSurvivin ou shLuciferase 
 
Hendruck, S et al., Neuro Oncology, 2011 
RNAi direcionado a Survivina reduz a 
progressão de gliomas em modelos animais 
 Camundongos controle ou tratados com siSurvivin ou siLuciferase 
 
Hendruck, S et al., Neuro Oncology, 2011 
RNAi direcionado a Survivina reduz a 
motalidade em camundongos tratados 
 Camundongos tratados com siSurvivin ou siLuciferase 
 
Hendruck, S et al., Neuro Oncology, 2011