Replicação, transcrição, tradução, epigenética e cromatina sexual

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REPLICAÇÃO DO DNA
- Processo de autoduplicação, mantendo o padrão de herança ao longo
das gerações.
- Uma molécula parental origina duas moléculas filhas idênticas.
- Cada fita parental serve de molde para a síntese de uma fita
complementar.
- A replicação do DNA é semiconservativa, pois só uma das fitas é
original, sendo a outra recém sintetizada.
- A DNA polimerase III adiciona nucleotídeos em uma velocidade de 500 a
5000 nucleotídeos por minuto.
Quais são os requisitos para a replicação do DNA? Primeiramente, é necessário
um molde de DNA unifilamentar, desoxirribonucleotídeos, além de enzimas e
proteínas.
Nossas células produzem as enzimas e proteínas envolvidas neste processo,
enquanto os nucleotídeos estão presentes no citoplasma. Os nucleotídeos são
estruturas químicas obtidas através dos alimentos.
Resumidamente, como vai se dar a replicação?
Primeiramente, ocorre o reconhecimento da origem de duplicação. Se dá então o
desenrolamento da fita dupla parental. Após ocorrer o rompimento, vai ser
necessário que exista algo que mantenha as fitas separadas. Mantendo as fitas
abertas inicia-se a síntese de novas fitas de DNA que serão alongadas. O DNA
molde volta a se enrolar e temos o término da replicação.
O sentido da síntese de DNA se dá no sentido 5’-3’.
1) Iniciação: o primeiro passo é saber em que ponto a molécula de DNA vai se
abrir; é importante lembrar que o DNA apresenta múltiplas origens de
replicação, dado o seu tamanho. Essas origens de replicação parecem estar
localizadas em sequências específicas de DNA, porém essas origens de
replicação estão em distâncias variáveis uma das outras.
As origens de replicação são sequências de DNA ricas em A-T. é fácil
pensar porque isso acontece: entre adenina e timina há somente duas pontes
de hidrogênio, tornando mais simples a separação das fitas de DNA, com
menor gasto de energia.
A replicação do DNA se dá então nos dois sentidos, sendo então
bidirecional, com as forquilhas de replicação (replicossomo) prosseguindo
nos dois sentidos.
No genoma humano existem cerca de 10.000 origens de replicação, com
intervalos de 30.000 a 300.000 pares de bases.
As origens de replicação possuem sequências de replicação autônoma
(ARS), justamente as sequências de DNA ricas em A-T que são
reconhecidas pelos fatores de permissão de replicação (MCM), um grupo
de proteínas que se liga nesse local. Além disso, um complexo
multiprotéico também se liga à essas origens de replicação, iniciando
então a abertura do DNA.
Aqui começa a participação de várias enzimas:
DNA topoisomerase: deselicoidização das fitas.
DNA helicase: separa as bases nitrogenadas, rompendo as pontes de
hidrogênio.
Proteínas SSB: se ligam as fitas de DNA unifilamentar, de cada lado,
mantendo as fitas separadas.
A RNA primase constrói um primer ou iniciador (10 a 15 nucleotídeos), uma
sequência de nucleotídeos que se liga à fita de DNA (sendo complementar). Os
primers são inseridos pois a DNA polimerase necessita de OH livre para inserir o
próximo nucleotídeo complementar, através de uma ligação fosfodiéster. Assim a
nova fita cresce no sentido 5’-3’, sendo a leitura do molde no sentido 3’-5’.
A síntese do DNA e leitura do molde é feita pela DNA POLIMERASE III
2) Alongamento: O DNA tem duas fitas que estão servindo como molde. A
síntese de DNA nas duas fitas ocorre de maneira diferente.
- Síntese da fita contínua (fita molde 3’-5’): síntese que utiliza como
molde a fita de DNA que está sendo lida no sentido 3’-5; esta fita de
DNA que está sendo sintetizada é idêntica à fita molde que está sendo
lida no sentido 5’-3’.
- Síntese da fita descontínua (fita molde 5’-3’): a fita descontínua já
está no sentido da replicação, porém isso é um problema, já que a
DNA polimerase III não tem a capacidade de fazer a síntese de DNA
no sentido 3’-5’ (lembrar que o sentido em que a fita filha é sintetizada
é oposto ao sentido de leitura da fita molde). Logo existem
particularidades nesse processo:
Na fita descontínua existe a necessidade de síntese de vários
primers que permitem a síntese de DNA por ação da DNA polimerase
III. ou seja permitem a síntese no sentido 5’-3’. Essa síntese é
denominada descontínua pois acontece aos pedaços.
Além disso, a síntese está indo contra o sentido da forquilha de
replicação, percorrendo somente pedaços curtos. Esses pedaços
curtos são chamados de fragmentos de Okazaki.
A DNA polimerase I remove os primers de RNA, de modo que sobram espaços
entre os fragmentos de Okazaki. Como esses fragmentos irão se unir? A ligação
é feita pela DNA ligase que catalisa a formação de uma ligação fosfodiéster, unindo
os fragmentos.
* A DNA polimerase I além de remover os primers de RNA da fita descontínua,
também remove o único primer de RNA da fita contínua.
3) Terminação: As forquilhas de replicação (replicossomos) se encontram
formando uma nova fita de DNA igual à fita mãe.
O que acontece se a DNA polimerase III ficar cansada e inserir um
nucleotídeo errado? Isso pode acontecer?
Sim, isso pode acontecer, entretanto existem mecanismos que realizam o reparo
deste erro.
Entre esses mecanismos temos a atividade exonucleasica 3’-5’ das DNAs
polimerases I e III. Ou seja, existem algumas classes de DNAs polimerases I e III
que além de realizarem a síntese do DNA no sentido 5’-3’, também realizam um
processo de revisão da fita, em sentido contrário, 3 '5'.
Então a DNA polimerase III, ao adicionar um nucleotídeo errado, percebe esse erro
e para o processo de replicação, andando para trás, removendo o nucleotídeo
errado e adicionando o correto.
Logo, a DNA polimerase III (e também a I) apresenta atividade polimerásica
(síntese de DNA, 5 '3') e exonucleasica (3 '5').
CLASSES DE DNA POLIMERASE EM EUCARIOTOS
Em humanos, a DNA polimerase épsilon faz a síntese na fita contínua, enquanto
na fita descontínua a síntese é feita pela DNA polimerase delta.
COMO OCORRE A REPLICAÇÃO DO DNA NOS CROMOSSOMOS?
TELÔMEROS E A TELOMERASE.
O DNA, no núcleo, está no formato de cromossomo. Quando a replicação chega
na ponta dos cromossomos, temos um processo de replicação diferente.
P.S: A ação da telomerase se dá SOMENTE na fita descontínua!
Na fita descontínua, quando a replicação chega na ponta dos cromossomos, a
sequência está em blocos, com a repetição sequencial da seguinte sequência:
GGTTA. A DNA primase não consegue construir primer para essa sequência,
não reconhece. Para contornar esse problema temos a ação da enzima DNA
telomerase que carrega o primer correspondente as sequências conservadas dos
telômeros, permitindo assim a leitura dessas sequências pela DNA polimerase
delta.
Isso permite o aumento da ponta dos telômeros, impedindo assim que a ponta
dos cromossomos não perca fragmentos com o passar das gerações.
A telomerase é uma transcriptase reversa, sintetizando DNA a partir de um
molde de RNA. Esse molde de RNA é justamente o primer de RNA que a enzima
carregar permite a leitura dos telômeros pela DNA polimerase delta.
Somente organismos unicelulares apresentam telomerase, além dos
humanos. Nos humanos as telomerases estão presentes somente nas células
germinativas (gametas) e células somáticas proliferativas (células da medula
óssea e células que revestem o intestino).
Dito isso, concluímos que a maioria das células somáticas têm pouca ou
nenhuma atividade de telomerase. A consequência disso é o encurtamento dos
telômeros, tornando os cromossomos instáveis e promovendo seu
encurtamento com o passar das gerações.
Esse fenômeno está intimamente ligado ao envelhecimento celular, estando
relacionado então com o nosso envelhecimento.
ENFOQUE CLÍNICO
1) Disceratose congênita: se caracteriza por uma falha progressiva de
medula óssea, com os indivíduos apresentando hiperpigmentação reticulada
da pele, cabelos e unhas distróficas e medula óssea insuficiente. Está
associada ao funcionamento defeituoso da enzima telomerase, levando
a telômeros encurtados, com consequente morte celular prematura e quebra
cromossômica espontânea. Os descendentes herdam os telômeros
encurtados.2) Síndrome de Werner: doença autossômica recessiva rara associada a
envelhecimento precoce, cujo quadro cutâneo pode simular o
espessamento cutâneo característico da esclerose sistêmica (ES).
Apresentam uma série de sinais e sintomas similares ao envelhecimento em
estágios precoces de suas vidas (aparência senil, alopecia precoce ou
cabelos precocemente grisalhos). Apresentam geralmente também
alterações cutâneas (hiperqueratose, pele esclerótica ou atrófica), catarata,
aterosclerose, diabetes melito tipo 2 (DM2), hipogonadismo e risco
aumentado para o desenvolvimento de neoplasias. Ocorre por mutações no
gene WRN, localizado no cromossomo 8p12 e identificado como uma
helicase tipo RecQ.
ORGANIZAÇÃO E ESTRUTURA DO GENE
Um gene codificante de proteína pode ser visualizado como um segmento de uma
molécula de DNA que contém um código para uma sequência de aminoácidos
de uma cadeia polipeptídica e as sequências reguladoras necessárias para a
sua expressão, como por exemplo a região promotora e os elementos de
regulação.
Mas os genes são sequências codificantes contínuas? Não, na maioria dos
genes, as sequências codificantes são interrompidas por uma ou mais sequências
não codificantes, denominadas íntrons.
Mas os íntrons são transcritos? Inicialmente sim, o RNA primário contém íntrons.
Porém essas sequências não codificantes não estão presentes no RNAm maduro
no citoplasma, visto que são removidas durante o splicing.
Quais são as sequências codificantes? Os éxons que se alternam com os
íntrons. Além disso, a coleção de éxons codificantes em qualquer gene em
particular é flanqueada por sequências adicionais que são transcritas, mas não
traduzidas, chamadas de regiões não traduzidas 5′ e 3′. Ou também sequências
5’UTR e 3’UTR.
Os íntrons estão presentes em todos os genes do nosso genoma? Na verdade
não. Mas é importante salientar que estão presentes na grande maioria. Em muitos
genes, o tamanho cumulativo dos íntrons compõe uma proporção muito maior
do comprimento total de um gene do que os éxons. Embora alguns genes
tenham apenas alguns pares de quilobases de tamanho, outros estendem‑se por
centenas de pares de quilobases. Além disso, alguns genes são muito grandes;
por exemplo, o gene da distrofina no cromossomo X (nos quais mutações levam
à distrofia muscular de Duchenne) abrange mais de 2 Mb, dos quais, notavelmente,
menos de 1% consiste em éxons codificantes.
O gene é formado apenas pelas sequências codificantes de nucleotídeos
reais? Não, na estrutura do gene também estão presentes sequências adjacentes
necessárias para a expressão adequada do gene. Isto, para a produção adequada
de RNAm normal, no local correto e no tempo certo. Essas sequências fornecem os
sinais moleculares de início e parada para a síntese de RNAm.
A sequência de DNA que antecede o local de início da transcrição recebe qual
nome? Sequência a montante, ou upstream. É aí que está presente a região
promotora que inclui sequências responsáveis pelo início adequado da
transcrição.
A sequência de DNA além do local de término da transcrição recebe qual
nome? Sequência a jusante ou downstream.
A sequência promotora é conservada? Sim, ela é frequentemente conservada
entre vários genes diferentes, desempenhando papel importante na regulação
gênica.
Além dos promotores há outros elementos reguladores, localizados tanto em 5’
ou 3’ de um gene ou em seus íntrons. Esses elementos reguladores incluem os
acentuadores, os insuladores e as regiões de controle do locus. Alguns desses
elementos reguladores encontram-se a uma distância significativa da porção
codificante de um gene.
* A sequência promotora e os elementos reguladores podem ser locais de
mutação em doenças genéticas que podem interferir na expressão normal de um
gene.
* Importante lembrar também que na região não traduzida 3’ (sequência 3’
UTR) temos a presença de um sinal para a adição de uma sequência de resíduos
de adenosina, a chamada cauda poliA, à extremidade do RNAm maduro.
Mudanças nas sequências dos promotores causam doenças genéticas
No estágio embrionário, as gônadas são indiferenciadas. Somente a partir de um
determinado estágio do desenvolvimento embrionário que as gônadas se
diferenciam em testículos e ovários. Um gene, denominado SRY, localizado no
telômero do cromossomo Y, tem importância crucial nesse processo. O produto
desse gene desencadeia a determinação testicular durante o desenvolvimento
embrionário, com a produção de hormônios androgênicos entre a oitava e a nona
semana de gestação.
O que acontece se um indivíduo apresentar mutação na região promotora do
gene SRY? O indivíduo irá manifestar a Síndrome da Feminização testicular ou
Insensibilidade Andrógena. Ocorre deleção na região promotora do gene SRY, em
um dos sítios de consenso de ligação, impedindo a formação de um complexo de
transcrição, com consequente diminuição na expressão do gene SRY. Esse
acontecimento leva à ausência de formação dos testículos e reversão sexual
completa na paciente.
Famílias de genes
Muitos genes pertencem a famílias gênicas, que compartilham sequências de
DNA estreitamente relacionadas e codificam polipeptídeos com sequências de
aminoácidos estreitamente relacionadas.
Uma família gênica pequena e clinicamente importante é composta de genes
que codificam as cadeias de proteínas encontradas nas hemoglobinas.
Acredita‑se que o aglomerado de genes da β‑globina no cromossomo 11 e o
aglomerado de genes da α‑globina no cromossomo 16 tenham surgido pela
duplicação de um gene precursor primitivo há cerca de 500 milhões de anos.
Esses dois aglomerados contêm múltiplos genes que codificam cadeias de
globina estreitamente relacionadas.
Os padrões éxon‑íntron dos genes funcionais de globina foram conservados
durante a evolução; cada um dos genes funcionais de globina possui dois íntrons
em localizações semelhantes.
PSEUDOGENES
Sequências de DNA que se assemelham muito aos genes funcionais, mas não
produzem qualquer RNA funcional ou produto proteico. São de dois tipos: não
processados e processados.
- Não processados: representam genes mortos que antes eram funcionais,
mas que perderam a sua função por inativação.
- Processados: formados por um processo denominado retrotransposição,
que envolve a transcrição do DNA e em seguida a geração de uma cópia de
DNA, denominada DNAc, a partir do RNAm por transcrição reversa. Estes
genes não possuem íntrons, visto que a retrotransposição ocorre no RNAm
maduro que já sofreu o splicing. Por fim, esse DNAc é integrado ao genoma
em um local geralmente distante do gene original.
*Em muitas famílias existem tanto ou mais pseudogenes quanto genes
funcionais.
GENES DE RNA NÃO CODIFICANTE
Existem cerca de 20.000 a 25.000 genes de RNAnc, além dos 20.000 genes
codificantes de proteínas. Esses genes codificam quais RNAs?
RNAt: 70 a 100 nucleotídeos, trazem os aminoácidos corretos para a posição
correta ao longo do molde de RNAm, para serem adicionados à cadeia polipeptídica
em crescimento. São específicos para um aminoácido particular. São os elos
moleculares entre os códons e aminoácidos específicos.
RNAr: compõem a estrutura dos ribossomos.
RNAs nucleolares (RNApno): envolvidos na modificação de RNAr.
RNAInc: moléculas de RNA bem longas; desempenham papel na regulação gênica,
no silenciamento gênico e em doenças humanas.
microRNAs (miRNA): cerca de 22 bases de comprimento; suprimem a tradução
de genes específicos, que são seus alvos.
Como é feita essa supressão? Os microRNAs se ligam aos RNAms produzidos
por estes genes-alvo, impedindo assim sua consequente tradução.
* Alguns miRNAs mostraram regular negativamente centenas de RNAms cada;
combinados, prevê‑se que os miRNAs, portanto, controlem a atividade de até
30% de todos os genes codificantes de proteínas no genoma.
EXPRESSÃO GÊNICA
O início da transcrição de um gene está sob a influência de promotores e outros
elementos reguladores, bem como de proteínas específicas conhecidas como
fatores de transcrição, que interagem com sequências específicas dentro dessasregiões.
A transcrição de um gene é iniciada no início de uma região 5′ transcrita, mas
não traduzida, a chamada sequência 5′ UTR, imediatamente a montante das
sequências codificantes.
Após a modificação nas extremidades 5′ e 3′ do transcrito de RNA primário, as
porções correspondentes aos íntrons são removidas e os segmentos
correspondentes aos éxons são removidos em conjunto, um processo chamado de
splicing de RNA. Após o splicing, o RNAm resultante é transportado do núcleo
para o citoplasma, onde o RNAm é finalmente traduzido em uma sequência de
aminoácidos do polipeptídeo codificado.
1) TRANSCRIÇÃO:
A transcrição de genes codificantes de proteínas pela RNA polimerase II é iniciada
no início da sequência 5’UTR. A síntese do RNAm segue na direção 5’ para 3’,
enquanto a fita molde é lida na direção 3’ para 5’.
O RNA sintetizado apresenta o mesmo sentido e a mesma sequência de bases
nitrogenadas (substituindo T por U) da fita de DNA não transcrita. Logo essa fita é
denominada fita de DNA codificante, ou senso.
A fita de DNA que sofre a transcrição é denominada fita de DNA não
codificante, ou antissenso. Ela não tem o mesmo sentido e nem a mesma
sequência de bases nitrogenadas apresentada pelo RNAm.
O transcrito primário de RNA é processado pela adição de uma estrutura
química de “cap” (ou capuz) na extremidade 5′ do RNA e pela clivagem da
extremidade 3′, seguida pela adição de uma cauda poliA à extremidade 3′ do
RNA; a cauda poliA parece aumentar a estabilidade do RNA poliadenilado
resultante.
A localização do ponto de poliadenilação é especificada em parte pela
sequência AAUAAA (ou uma variante desta), geralmente encontrada na porção
3′ não traduzida do transcrito de RNA (sequência 3’UTR).
* Todas essas modificações pós‑transcricionais ocorrem no núcleo, assim
como o processo de splicing de RNA.
O RNAm maduro é então transportado para o citoplasma onde ocorre a tradução.
TRADUÇÃO e CÓDIGO GENÉTICO
A síntese proteica ocorre nos ribossomos, complexos macromoleculares
compostos de RNAr (codificados pelos genes de RNAr 18S e 28S) e várias dúzias
de proteínas ribossômicas.
A chave para a tradução é um código que relaciona aminoácidos específicos com
combinações de três bases nitrogenadas ao longo do RNAm. Cada conjunto de
três bases constitui um códon, específico para um determinado aminoácido.
Em qualquer posição, existem quatro possibilidades (A, T, C ou G); assim, para três
bases, existem 43, ou 64, possíveis combinações de trincas. Esses 64 códons
constituem o código genético.
Como existem apenas 20 aminoácidos e 64 códons possíveis, a maioria dos
aminoácidos é especificada por mais de um códon; portanto, o código é
considerado degenerado.
* Apenas a metionina e o triptofano são, cada um, especificados por um único
códon.
* A base na terceira posição da trinca frequentemente pode ser uma purina (A ou
G) ou uma pirimidina (T ou C) ou, em alguns casos, qualquer uma das quatro
bases, sem alterar a mensagem codificada.
A tradução de um RNAm processado é sempre iniciada em um códon que
especifica metionina. A metionina é, portanto, o primeiro aminoácido codificado
de cada cadeia polipeptídica, embora seja geralmente removida antes de a
síntese de proteínas ser concluída.
AUG é o códon para metionina, sendo denominado códon iniciador,
responsável por estabelecer a matriz de leitura do RNAm.
Um local determinado em cada RNAt forma um anticódon de três bases que é
complementar a um códon específico no RNAm.
A ligação entre o códon e o anticódon leva o aminoácido adequado à próxima
posição no ribossomo, onde será inserido a cadeia polipeptídica crescente. A
inserção se dá através de uma ligação peptídica na extremidade carboxílica dessa
cadeia.
A tradução termina quando um códon de parada (UGA, UAA ou UAG) é
encontrado na mesma matriz de leitura que o códon iniciador.
INÍCIO DA TRANSCRIÇÃO
Há bem mais de 1.000 fatores de transcrição de ligação ao DNA, sendo que
alguns deles são universais em sua expressão, enquanto outros são específicos
para o tipo celular ou tecido.
Uma sequência promotora importante encontrada em muitos genes é a TATA box,
uma região conservada rica em adeninas e timinas que está, aproximadamente,
25 a 30 pb a montante do sítio de início da transcrição. A TATA box determina a
posição do início de transcrição.
Uma segunda região conservada, a CAT box (na verdade CCAAT), está a poucas
dúzias de pares de bases mais a montante. Mutações experimentalmente
induzidas e as de ocorrência natural nesses elementos de sequência, bem como
em outras sequências reguladoras ainda mais a montante, levam a uma redução
acentuada no nível da transcrição, demonstrando assim a importância desses
elementos para a expressão gênica normal.
Nem todos os promotores de genes contêm os dois elementos específicos
que acabamos de descrever.
Em particular, os genes que são expressos na maioria ou em todos os tecidos,
os chamados genes de manutenção, muitas vezes não têm os boxes CAT e TATA,
que são mais típicos dos genes tecido‑específicos.
Os promotores de muitos genes de manutenção contêm uma alta proporção de
citosinas e guaninas em relação ao DNA circundante. Tais promotores ricos em
CG são muitas vezes localizados em regiões do genoma chamadas de ilhas
CpG, assim denominadas por causa da concentração surpreendentemente alta do
dinucleotídeo CpG.
As ilhas de CpG também são importantes porque elas são alvos de metilação de
DNA.
A transcrição pela RNA polimerase II (RNA pol II) é sujeita à regulação em
múltiplos níveis, incluindo a ligação com o promotor, o início da transcrição, o
desenrolamento da dupla‑hélice de DNA para expor a fita‑molde e o alongamento à
medida que a RNA pol II se move ao longo do DNA.
Além das sequências que constituem um promotor em si, existem outros
elementos de sequência que podem alterar significativamente a eficiência da
transcrição:
Os acentuadores são elementos reguladores que podem atuar à distância de um
gene para estimular a transcrição. Ao contrário dos promotores, os acentuadores
são independentes tanto em posição como em orientação e podem estar
localizados a 5′ ou 3′ do sítio de início da transcrição. Estão envolvidos na
especificidade tecidual ou no nível de expressão de muitos genes, em conjunto
com um ou mais fatores de transcrição.
A interação de acentuadores com proteínas reguladoras específicas leva a
níveis aumentados de transcrição.
A expressão normal dos genes também requer sequências mais distantes,
chamadas de região controladora de locus (RCL), localizadas a montante do sítio
de início da transcrição.
PROCESSAMENTO DO RNA
1) Revestimento cap: adição de revestimento de 7-metilguanosina na
extremidade 5’ (cap). Este revestimento protege o RNA da degradação,
sendo reconhecidos por fatores protéicos durante a tradução e influenciando
na remoção de íntrons. Ocorre enquanto o RNA ainda é sintetizado.
2) Adição da cauda poli A - Poliadenilação: adição de adeninas (50 a 250
adeninas) como uma cauda na extremidade 3’ UTR (sequência que será
transcrita, mas não traduzida). A adição é feita pela enzima poli A
polimerase. A cauda poli A confere estabilidade ao RNA e auxilia no
transporte do RNA para o citoplasma. Ocorre ao final da síntese de RNA.
3) SPLICING DE RNA:
As reações de splicing são guiadas por sequências específicas no RNA primário,
em ambas as extremidades, 5′ e 3′, dos íntrons.
A sequência 5′ consiste em nove nucleotídeos, dos quais dois, o dinucleotídeo
GT, praticamente não variam entre sítios de splicing de diferentes genes.
A sequência 3′ consiste em aproximadamente uma dúzia de nucleotídeos, dos
quais dois, o dinucleotídeo AG, são obrigatórios para o splicing normal.
Essas sequências conservadas, em ambas as extremidades, também podem
ser AGGU.
O significado clínico do splicing de RNA é ilustrado pelo fato de que mutações
dentro das sequências conservadas nos limites íntron‑éxon comumente
prejudicam o splicing de RNA, com consequente redução da quantidade normal
de RNAm maduro.
Mutações nos dinucleotídeosGT ou AG eliminam o splicing normal do íntron
que contém a mutação.
Como vai acontecer a remoção dos íntrons? Existem três processos:
- Spliceossomos: forma de remoção mais comum. Os spliceossomos
consistem em pequenos RNAs nucleares associados à proteínas. Possuem
atividade catalítica, clivando o RNA nas sequências conservadas AGGU. No
exemplo apresentado, os spliceossomos U1 e U2 ligam-se aos sítios de
corte, localizados nas extremidades 3’ e no meio do íntron, respectivamente.
A partir daí começam a chegar mais spliceossomos formando um
conglomerado. Este conglomerado faz com que a molécula de RNA, na
região de íntron, forme uma alça que se torna cada vez mais afunilada, até
que a molécula de RNA é clivada exatamente na junção íntron-exón. Essa é
a primeira clivagem, após isso os spliceossomos se soltam da fita de RNA,
partindo para a outra extremidade, onde vão realizar a segunda clivagem.
- Recomposição autocatalítica - cofator guanina (transferência de
ligações): o próprio íntron faz sua clivagem. Ele necessita de guanina
como cofator. Esse íntron acaba se auto-pareando, formando alças, e
na presença da guanina ele é capaz de se auto clivar.
- Nuclease e ligase: ação enzimática. A nuclease reconhece o sítio de
corte, cliva, como uma tesoura. Os íntrons saem e os exons se unem
por ação da ligase.
* E outros RNAs também sofrem processamento? Eles não sofrem capeamento
e poliadenilação, somente splicing.
Sequência de nucleotídeos do gene da β globina humana completo. É mostrada a sequência
da fita de 5′ a 3′ do gene. As áreas acastanhadas com letras maiúsculas representam
sequências exônicas que correspondem ao RNAm maduro. As letras minúsculas indicam
íntrons e sequências flanqueadoras. As sequências CAT e TATA box na região flanqueadora 5′
são indicadas na cor marrom. Os dinucleotídeos GT e AG, importantes para o splicing de RNA
nas junções íntron- éxon, e o sinal AATAAA, importante para a adição de uma cauda poliA,
estão também realçados. O códon iniciador ATG (AUG no RNAm) e o códon de parada TAA
(UAA no RNAm) são mostrados em letras vermelhas. A sequência de aminoácidos de β 
globina é mostrada acima da sequência codificante.
EPIGENÉTICA
Estados epigenéticos podem ser estabelecidos por mecanismos que modificam o
DNA e alteram o empacotamento da cromatina ou o acesso a ela, sendo que
essas mudanças de cromatina podem ser altamente dinâmicas e transitórias,
capazes de responder rapidamente às necessidades da célula, ou podem ser de
longa duração, capazes de serem transmitidas através de múltiplas divisões
celulares ou mesmo para gerações subsequentes.
Mecanismos epigenéticos não alteram a sequência de DNA e isso os
distinguem de mecanismos genéticos.
As mudanças epigenéticas e a sequência de DNA compõem o conjunto de sinais
que orientam o genoma a expressar seus genes no momento certo, no lugar
certo e nas quantidades certas.
Entre os mecanismos que estabelecem estados epigenéticos temos:
1) Metilação do DNA: Modificação de bases de citosina por metilação
do carbono na quinta posição no anel de pirimidina. Geralmente
ocorre no C de dinucleotídeos CpG, presentes nas ilhas CpG,
inibindo a expressão gênica pelo recrutamento de proteínas
específicas que se ligam a metil-CpG. A ligação dessas enzimas ao
dinucleotídeo metilado acarreta no recrutamento sequencial de
enzimas de modificação que silenciam a transcrição.
A metilação do DNA é feita pelas enzimas DNA metiltransferases. Outra
forma de silenciamento da transcrição é a ligação do grupo metila ao
sulco principal do DNA, impedindo a ligação dos fatores de transcrição
e proteínas necessárias para o processo transcricional.
Uma desmetilação extensa ocorre durante o desenvolvimento das células
germinativas e nas fases iniciais de desenvolvimento embrionário, para
restaurar a totipotência ou pluripotência do zigoto e das células‑tronco.
O DNA hipometilado está relacionado ao aumento do processo
transcricional.
O DNA hipermetilado está relacionado à supressão do processo
transcricional.
2) Modificações de histonas: modificações em qualquer um dos tipos
principais de histonas: H2A, H2B, H3 e H4. Essas modificações
incluem a metilação, a fosforilação, a acetilação das histonas e a
ubiquitinação, ocorrendo em resíduos de aminoácidos específicos,
localizados principalmente nas “caudas” N‑terminais de histonas.
Essas modificações epigenéticas influenciam a expressão gênica, afetando a
compactação da cromatina ou sua acessibilidade e sinalizando
complexos de proteínas que — dependendo da natureza do sinal — ativam
ou silenciam a expressão gênica naquele local.
Qual grupo de proteínas especiais promove a modificação das
histonas? Grupo polycomb (PcG), agindo na repressão do processo
transcricional.
Importante frisar que a modificação individual de uma histona não é
capaz de influenciar a atividade de transcrição de um gene, sendo
necessária a presença combinada de múltiplas modificações.
Além da transcrição, as modificações de histonas influenciam o reparo do
DNA e a sinalização do ponto de verificação do ciclo celular. A
ubiquitinação da histona H2B é necessária para o reparo de quebras de
fita dupla de DNA. Essa modificação leva a metilação de outra histona,
acarretando em alterações na estrutura da cromatina e acesso aos genes
que sintetizam proteínas necessárias para o reparo da quebra de fita dupla.
A metilação das histonas pode aumentar ou diminuir o processo
transcricional, enquanto a acetilação, por promover a desestabilização da
cromatina, torna-a mais acessível, promovendo um aumento do processo
transcricional.
3) Variantes de histonas: Algumas histonas são produtos de genes
completamente diferentes, sendo consideradas variantes. Estes
genes estão localizados em partes diferentes do genoma, e suas
sequências de aminoácidos são diferentes das histonas verdadeiras.
As variantes de histonas substituem — completa ou parcialmente — a
histona principal correspondente, para gerar estruturas de cromatina
especializadas.
Algumas variantes marcam regiões específicas ou locus no genoma com
funções altamente especializadas; por exemplo, a histona CENP‑A é uma
variante de histona da H3, sendo encontrada exclusivamente em
centrômeros funcionais, contribuindo para as características essenciais da
cromatina centromérica, responsáveis por marcar a localização de
cinetocoros ao longo do cromossomo.
Outras variantes são mais transitórias; por exemplo, H2A.X é uma histona
variante de H2A envolvida na resposta a danos ao DNA, marcando regiões
do genoma que requerem reparo do DNA.
EXPRESSÃO GÊNICA É RESULTADO DA INTEGRAÇÃO DOS
SINAIS GENÔMICOS E EPIGENÔMICOS
O perfil de expressão gênica de qualquer célula em um determinado
indivíduo em um determinado momento (quer no contexto do ciclo celular,
no desenvolvimento precoce ou durante toda uma vida) e sob um
determinado conjunto de circunstâncias (conforme influenciado pelo meio
ambiente, estilo de vida ou doença) é, assim, a soma integrada de vários
efeitos diferentes, mas inter‑relacionados, incluindo os seguintes:
• A sequência primária dos genes, suas variantes alélicas e os seus produtos
codificados.
• As sequências reguladoras e o seu posicionamento epigenético na
cromatina.
• As interações com os milhares de fatores transcricionais, RNAnc e outras
proteínas envolvidas no controle de transcrição, splicing, tradução e
modificações pós‑traducionais.
• A organização do genoma em domínios subcromossômicos.
• As interações programadas entre as diferentes partes do genoma.
• O empacotamento tridimensional e dinâmico da cromatina no núcleo.
EXPRESSÃO GÊNICA MONOALÉLICA
1) Rearranjo somático: Observado nos genes que codificam imunoglobulinas e
receptores de células T, que fazem parte da resposta imunológica do
organismo.
Os genes que codificam esses anticorpos são submetidos ao rearranjo
somático. Esse rearranjo ocorre pelo corte e colagem de sequências de
DNA nas células precursoras dos linfócitos, promovendo assim uma
reorganização dos genes. Esse rearranjo ocorre aleatoriamente,envolvendo
apenas um dos dois alelos. Logo, a expressão de RNAms maduros para as
subunidades da cadeia pesada ou leve de imunoglobulina é exclusivamente
monoalética.
O mesmo acontece nos genes de receptores de células T.
Esse mecanismo é exclusivo para essas linhagens celulares.
2) Expressão monoalélica aleatória: Resulta da regulação epigenética
diferencial dos dois alelos, sendo a escolha também aleatória. No caso
da família gênica de RO, apenas um único alelo de um gene de RO é
expresso em cada neurônio sensorial olfativo. Esse mecanismo pode
aumentar a diversidade de respostas das células que interagem com o
ambiente externo. Não é restrito aos sistemas imunes e sensoriais, visto
que um bom número de genes humanos têm demonstrado passar por
esse silenciamento alélico aleatório; esses genes estão distribuídos
amplamente em todas as células autossômicas.
3) Imprinting de origem parental: Neste caso, diferente dos outros dois
mecanismo, a escolha do alelo a ser expressado não é aleatória; o alelo a
ser expresso depende da origem parental, ou seja, se veio do pai ou da
mãe. Envolve a introdução de marcadores epigenéticos na linhagem
germinativa de um dos progenitores, definindo o alelo a ser expresso.
Esses marcadores podem ser inseridos em um único gene ou em vários
genes.
Ocorre durante a gametogênese, antes da fertilização. O estado
imprintado do gene persiste até a idade adulta, através de centenas de
divisões celulares, de modo que somente a cópia paterna ou materna é
expressa nos tecidos.
O imprinting é reversível; se um menino receber um alelo de origem
materna com imprinting, este alelo, nas células germinativas, deve ser
convertido em um alelo de imprinting paterno, para ser transmitido para sua
prole.
Apesar da região imprintada poder abranger mais do que um único gene,
esse mecanismo é restrito a um segmento genômico delimitado. Ou
seja, o imprinting parental não vai se espalhar por todo o cromossomo, ele
tem um limite, uma “fronteira”, digamos assim, até onde ele pode ir.
Geralmente envolve centenas de pares de quilobases a alguns megabases
de tamanho.
Ocorre principalmente nos cromossomos 11, 14 e 15.
CROMATINA SEXUAL
4) Inativação do cromossomo X: mecanismo de compensação de dose, com
a finalidade de equilibrar a expressão dos genes localizados no
cromossomo X entre células masculinas e femininas, que resulta no
silenciamento epigenético da maioria dos genes em um dos dois
cromossomos X. O cromossomo X a ser silenciado é escolhido
aleatoriamente.
O cromossomo X inativo pode ser diferenciado do ativo através da
observação de metilação do DNA, modificações de histonas e a presença
alta de uma variante de histona, denominada macroH2A.
A escolha aleatória está sob controle de um locus complexo chamado de
centro de inativação do X. Essa região contém um gene de RNAnc
incomum, o XIST. A inativação de X não pode ocorrer na sua ausência.
O produto de XIST é um RNAnc longo que permanece no núcleo em
estreita associação com o cromossomo X inativo, meio que “cobrindo” ele.
Inativação aleatória do cromossomo X no início do desenvolvimento feminino. Um pouco depois
da concepção de um embrião feminino, tanto os cromossomos X de herança paterna como os de
herança paterna (pat e mat, respectivamente) estão ativos. Na primeira semana da embriogênese,
um ou outro X é escolhido ao acaso para se tornar o futuro X inativo, por meio de uma série de
eventos envolvendo o centro de inativação do X (quadrado preto). Esse X torna -se então o X
inativo (Xi, indicado pelo sombreamento) naquela célula e em sua progênie, e forma o corpúsculo
de Barr em núcleos interfásicos. O embrião feminino resultante é, assim, um mosaico clonal de
dois tipos de células epigeneticamente determinadas: uma expressa alelos do X materno (células
em rosa), enquanto a outra expressa alelos do X paterno (células em azul). A proporção dos dois
tipos de células é determinada aleatoriamente, mas varia entre mulheres normais e entre as
mulheres que são portadoras de alelos de doenças ligadas ao X.
Para visualizarmos a cromatina sexual, podemos utilizar a Técnica da
Cromatina Sexual.
Em quais situações clínicas essa técnica é utilizada? Situações em que
existem dúvidas quanto ao sexo do paciente, mulheres com amenorréia ou
crescimento retardado e homens com problema de fertilidade.
Quais são as células utilizadas como material biológico? Células da
mucosa oral, sedimento urinário, líquido amniótico e bulbo capilar.
A melhor fase para observação da cromatina sexual é durante a
interfase, onde a cromatina sexual está em grau máximo de condensação.
A cromatina sexual, também chamada de corpúsculo de Barr, é o resultado
da inativação do cromossomo X; fenómeno que já foi explicado
anteriormente.
O corpúsculo de Barr está preferencialmente grudado à carioteca.
A inativação do cromossomo X se dá entre o 13o ao 16o dias de vida
embrionária, onde o blastocisto apresenta menos de 100 células.
A inativação do X é reversível nas células germinativas e irreversível
nas células somáticas.
Na imagem acima pode distinguir os sexos através da técnica da cromatina
sexual. Sabendo que a cromatina está preferencialmente grudada à
carioteca, podemos inferir que o indivíduo da segunda imagem é uma mulher.
MOSAICISMO SOMÁTICO
O mosaicismo somático, citado anteriormente, está ligado à cor da pelagem
de muitos mamíferos, com mosaico de manchas. Em uma ninhada de gatos,
por exemplo, iremos visualizar filhotes com padrões diferentes de pelagem,
resultantes da inativação do X paterno ou materno.
MANUTENÇÃO DA INATIVAÇÃO DO CROMOSSOMO X
A manutenção da inativação se dá pela metilação do DNA. A metilação
como já foi explicado anteriormente é catalisada pelas enzimas DNA
metiltransferases e etc… Só voltar na parte de epigenética que tem lá os
detalhes.
Se os cromossomos X extras são inativos, as pessoas com
cromossomos X (ou faltando) não deveriam ser
fenotipicamente normais?
Isso ocorre porque 25% dos genes do cromossomo X inativo escapam da
inativação. Esses genes encontram-se nas pontas dos braços curtos e longos
do cromossomo X.
Desses genes que escapam (16), 12 deles têm homólogos no cromossomo
Y. Desse modo temos a compensação da dose.
	REPLICAÇÃO DO DNA
	Resumidamente, como vai se dar a replicação?
	O que acontece se a DNA polimerase III ficar cansada e inserir um nucleotídeo errado? Isso pode acontecer?
	CLASSES DE DNA POLIMERASE EM EUCARIOTOS
	COMO OCORRE A REPLICAÇÃO DO DNA NOS CROMOSSOMOS?TELÔMEROS E A TELOMERASE.
	Disceratose congênita e síndrome de Werner
	ORGANIZAÇÃO E ESTRUTURA DO GENE
	Mudanças nas sequências dos promotores causam doenças genéticas
	Famílias de genes
	PSEUDOGENES
	GENES DE RNA NÃO CODIFICANTE
	EXPRESSÃO GÊNICA
	TRADUÇÃO e CÓDIGO GENÉTICO
	INÍCIO DA TRANSCRIÇÃO
	PROCESSAMENTO DO RNA
	EPIGENÉTICA
	Metilação do DNA
	Modificações de histonas
	Variantes de histonas
	EXPRESSÃO GÊNICA É RESULTADO DA INTEGRAÇÃO DOSSINAIS GENÔMICOS E EPIGENÔMICOS
	EXPRESSÃO GÊNICA MONOALÉLICA
	Rearranjo somático
	Imprinting de origem parental
	CROMATINA SEXUAL
	MOSAICISMO SOMÁTICO
	MANUTENÇÃO DA INATIVAÇÃO DO CROMOSSOMO X
	Se os cromossomos X extras são inativos, as pessoas com cromossomos X (ou faltando) não deveriam ser fenotipicamente normais?