Expressão gênica

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● Expressão gênica: decodificação do conteúdo
de um gene até seu produto final através de
transcrições e traduções (transformação do
genótipo em fenótipo).
● Diferenciação celular: variação da expressão
gênica entre as células de acordo com sua
função.
o Totipotência: capacidade de se diferenciar e
desenvolver novas estruturas.
o Pluripotência: célula ainda possui
capacidade de diferenciação, porém está
pré-determinada a determinado tipo celular
(alguns genes foram silenciados). Ex.:
células tronco.
❖ Transcitoma (material genético transcrito) e
proteoma (proteínas sintetizadas) são
responsáveis pela diferenciação celular. Todas
as células possuem o mesmo genoma.
❖ A complexidade de um organismo não está
relacionada ao número de genes, mas sim ao
número de padrões de expressão gênica.
● Morfogênese: processo coordenado de
regulação sequencial da expressão gênica
(ocorre em todas as fases da vida).
o Cascatas de expressão gênica regulam a
“passagem” entre diversas fases da vida
⇒ COMO OCORRE A REGULAÇÃO DA
EXPRESSÃO GÊNICA?
● Genes estruturais: participam do metabolismo
ou biossíntese (possuem papel estrutural).
● Genes reguladores: interagem com estruturas e
regulam a transcrição gênica ou tradução do
RNA.
❖ Genes Homeobox = codifica homeodomínio
que se liga a elementos responsivos no DNA e
regulam transcrição e tradução.
❖ Genes HOX = codificam fatores de transcrição
(proteínas HOXA, HOXB, HOXC e HOXD).
o Regulam genes estruturais do embrião
(sentido ântero-posterior).
❖ Níveis de controle: espacial (expressão difere
de acordo com o tipo celular, como bainha de
mielina e miosina) temporal (gene só é
expresso em determinado período, como
proteínas do embrião ou de determinada fase
do ciclo celular) e ambiental (em resposta a
choques térmicos, poluentes).
o Exemplo em nível temporal: produção de
diferentes tipos de hemoglobina.
⇒ NÍVEIS DE CONTROLE DA EXPRESSÃO
GÊNICA:
1. Ativação da cromatina (acessibilidade ao
DNA).
2. Controle no nível de transcrição.
3. Controle de processamento do mRna
(splicing, cauda poli A, capeamento).
4. Transporte de RNA
5. Controle de tradução
6. Controle pós-traducional.
● EPIGENÉTICA: estudo das mudanças
produzidas na expressão gênica que correm
sem alteração na sequência de bases de DNA.
● Plasticidade fenotípica: capacidade de
adaptação dos organismos a diversas
condições ambientais.
Ativação da cromatina:
A compactação do DNA é feita pelas proteínas
histonas. A cromatina apresenta-se de duas
formas:
o Eucromatina: cromatina menos condensada,
ou seja, com DNA acessível para transcrição.
o Heterocromatina: cromatina mais
condensada, DNA menos acessível para
transcrição.
1. Nas histonas: forma código de histonas.
a) Acetilação das lisinas: com a acetilação, as
lisinas de positivas tornam-se neutras.
Dessa forma, ocorre o enfraquecimento da
interação eletrostática entre esse
aminoácido e o DNA (carga negativa).
● DIMINUI A COMPACTAÇÃO DA
CROMATINA.
b) Metilação: depende da histona e do
aminoácido.
● H3 na lisina 9 = facilita metilação do
DNA e silenciamento gênico.
● H3 lisina 4 = abre cromatina e facilita
transcrição
c) Fosforilação da serina ou treonina:
aumenta carga dos aminoácidos,
diminuindo interação com DNA.
2. No DNA:
a) Metilação das ilhas CGp: Ocorre metilação
do carbono 5 da citosina (ocorre
principalmente na região promotora).
Proteínas de ligação as ilhas
DIFICULTAM A INTERAÇÃO DOS
FATORES GERAIS DE TRANSCRIÇÃO
com a região promotora.
● Metilação promovida pelas enzimas
metiltransferase.
● Metil proveniente do ácido fólico (fator
epigenético).
● Também pode ocorrer desatilação das
lisinas.
Gene ativo: acetilação das histonas e Dna NÃO
metilado.
Gene inativo: desacetilação das histonas e Dna
metilado
HERANÇA EPIGENÉTICA:
1. Inativação do cromossomo X: formação do Corpúsculo de Barr para compensação de dose gênica ocorre com
silenciamento gênico (efeito epigenético).
● Ativação é permanente, desfeita somente na gametogênese.
● Depende do gene Xist pesente no centro de inativação = RNA transcrito recobre cromossomo e promove
desacetilção de lisina e metilação do DNA.
● X ativo transcreve RNA Tsix = antisenso do xist.
2. Em cromossomos autossomos: distingue expressão de genes maternos ou partenos através de imprinting
genômico, sendo uma forma epigenética de marcação alélica parental que leva ao silenciamento de genes
maternos ou paternos.
-imprinting por metilação são redefinidos a cada geração.
a. Síndrome de Beckwith-Wiedmann: falha na metilação do gene materno IGF2 (codifica hormônio do crescimento)
= duas cópias ativas do gene.
b. Síndrome de Prader Will: causada por deleção na região 15 q do cromossomo paterno (normalmente não sofre
imprinting) OU dissomia uniparental do cromossomo materno – ausência cr15 paterno (ambos alelos silenciados)
OU mutação de imprinting (alelo paterno marcado) OU reorganização cromossômica (perda da região 15q)
c. Síndrome de Algeman: causada por deleção do gene materno OU mutação de imprinting OU dissomia
uniparental paterna OU inativação dos dois genes
Controle de transcrição:
Controle ocorre através da regulação dos fatores gerais de transcrição (trans atuantes).
● Fatores gerais de transcrição: responsáveis pelo posicionamento correto da RNA-polimerase no
promotor (regulador cis atuante); ajudam na separação das fitas de DNA para início da transcrição;
liberam RNA-polimerase do promotor quando transcrição se inicia.
1. Elementos acentuadores/reforçadores (enhancers) cis-atuantes: proteínas reguladoras se ligam a
sequência reforçadora e fazem com que o DNA entre o promotor e tal sequência se dobre, aproximando
essas regiões = aumenta o nível de transcrição basal.
2. Elementos silenciadores (cis-atuantes): localizados anteriormente ao promotor, bloqueia a expressão de
genes em tecidos nos quais sua expressão não é requerida.
3. Elementos insuladores (cis-atuantes): bloqueiam a ação de acentuadores e silenciadores.
Controle pós-transcricional:
1. Splicing alternativo/emenda alternativa de éxons: combinação diferencial de exons para compor mRNA
final.
● Um mesmo pré-mRNA pode dar origem a duas ou mais formas alternativas de mRNA, que darão origem
a diferentes proteínas.
2. Desadelinação (remoção da cauda poliA) e remoção do capacete levam a degradação do mRNA.
3. MicroRNA: clivagem do mRNA, inibição da tradução, degradação do mRNA, silenciamento de sua
transcrição (Rnas de interferência/RITS alteram a conformação da cromatina).
Controle traducional: proteínas que respondem aos sinais de controle da tradução inibem ou
permitem a tradução.
Ex.: baixa concentração de ferro = proteína IRE se liga ao elemento de resposta ao ferro na alça do RNA
e impede transcrição de ferritina (proteína intracelular que liga ao ferro).
Herança epigenética trasngeracional:
● Herança genética = alteração na sequência de
DNA
● Herança epignética = alteração da cromatina
em células somáticas.
● Herança trangeracional: A marcação
epigenética permanece em células
germinativas e é passada para a próxima
geração
o Transmissão trasngeracional de variação
fenotípica. Deve ser observada na quarta
geração no caso de fêmeas.
❖ No desenvolvimento das células gaméticas
ocorre a desmetilação de alguns genes.
Entretanto, nos genes imprintados (silenciados
em monoalelismo) não são desmetilados.
❖ Modificações epigenéticas nas células
germinativas são promovidas por microRNAs.
● Marcas vão se esgotando ao longo do tempo.