Controle de Expressão Gênica

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Controle de Expressão Gênica 
 
As células possuem o mesmo genoma, mas expressam RNAs e proteínas diferentes. Uma típica 
célula diferenciada expressa apenas cerca de metade dos genes de seu repertório total. 
Proteínas de Manutenção (proteínas comuns a todas as células do organismo): 
- Proteínas estruturais dos cromossomos 
- RNA-polimerases 
- Enzimas de reparo do DNA 
- Proteínas dos ribossomos 
- Enzimas envolvidas na glicólise e outros processos metabólicos básicos. 
- Muitas das proteínas que formam o citoesqueleto 
 
Uma célula pode alterar a expressão dos seus genes em resposta a sinais externos. Glândulas 
suprarrenais podem aumentar expressão de cortisol em resposta a jejum, estresse e exercício físico 
intenso, causando no fígado aumento na produção de glicose a partir de aminoácidos como tirosina 
pela enzina tirosina-aminotransferase e já os adipócitos respondem de forma diferente, diminuindo 
produção de tirosina-aminotransferase. Diferentes tipos celulares podem responder de maneiras 
diferentes para o mesmo sinal extracelular. 
 
Seis etapas nas quais a expressão gênica eucariótica pode ser controlada. 
 
 
Reguladores Pré-Transcricionais: Ativadores e Repressores 
Na bactéria E. Coli, em situações de 
baixos níveis de glicose, aumenta a 
quantidade do sinalizador AMP que 
se liga a proteína ativadora CAP, 
sinalizando a região promotora para 
a RNA Polimerase. Quando aumenta 
a quantidade intracelular de lactose, 
o repressor na região operadora 
muda sua conformação em contato 
com ela, liberando o Óperon LAC para transcrição. Conforme caem os níveis de lactose, ela se desliga 
do receptor que volta a inativar o óperon. O uso de um ativador (pode aumentar a taxa de transcrição 
até mil vezes) e um repressor permitem que o gene seja expresso apenas quando a glicose está ausente 
e a lactose está presente. 
Quando regiões 
da eucromatina são 
convertidas ao estado 
de heterocromatina, 
seus genes geralmente 
são desligados 
Em contrapartida, a regulação da transcrição em eucariotos envolve dezenas de reguladores 
controlando um único gene, com sequências reguladoras espalhadas ao longo de dezenas de milhares 
de pares de nucleotídeos, com a formação de alças de DNA possibilitando que interajam umas com as 
outras e com a RNA-polimerase no promotor. 
Região promotora (TATA-box) é uma 
região rica em timina e adenina pois facilita a 
abertura da fita e é onde a RNA-Polimerase vai 
se ligar. Para algumas proteínas as células 
possuem uma taxa basal de produção, mas em 
algumas situações é necessário o aumento na 
produção, como no caso do cortisol, que irá 
levar uma proteína ativadora a se ligar na região 
estimuladora no DNA, que então se dobra e faz 
contato com a RNA-Polimerase e fatores gerais 
de transcrição através de uma proteína 
mediadora, ativando a RNA-Polimerase 
aumentando o início da transcrição, no caso de 
tirosina-aminotransferase. 
 
Proteínas modificadoras de cromatina 
 
 
 Modificação da estrutura da heterocromatina é feita pela proteína complexo de remodelagem 
de cromatina, que cria um espaçamento entre os nucleossomos, e pelas enzimas histona-
acteiltransferase e histona-metiltransferase que acetila as histonas, neutralizando sua carga positiva, que 
atraía o DNA, e afrouxando a cromatina, tornando o promotor acessível aos fatores gerais de transcrição 
e à RNA-polimerase. 
 
Controle combinatório: Reguladores transcricionais, proteínas modificadoras de cromatina, fatores 
gerais de transcrição e RNA-Polimerase atuam em conjunto formando um mesmo complexo através do 
mediador para regular a expressão de um gene individual. Cada regulador transcricional também pode 
controlar a expressão de muitos genes, de modo que a diferente combinação entre eles permite a 
formação de diferentes tipos celulares, mesmo que os reguladores sejam os mesmos. Dessa forma, a 
expressão artificial de três reguladores transcricionais específicos de neurônios em células 
hepáticas pode converter essas células hepáticas em células nervosas funcionais 
 
Herança epigenética 
Mudanças na expressão gênica que podem ser herdadas, mas que não alteram a sequência do DNA. 
Uma célula de músculo liso, por exemplo, possui uma combinação de reguladores transcricionais que 
garantem as características dessa célula mediante a expressão e inibição de certos genes e, na divisão 
celular, as células filhas herdam esse padrão e também se desenvolvem em células de músculo liso. Isso 
se chama memória celular. Esses reguladores transcricionais também irão sempre transcrever seu próprio 
gene, o que cria um ciclo de retroalimentação positiva que mantém essa característica. Outro 
mecanismo epigenético é a metilação do DNA, feita pela adição de 
um radical metil na posição 5’ de uma citosina seguida por uma 
guanina e esse mecanismo se propaga pela enzima metiltransferase 
de manutenção que metila a citosina da fita complementar se a 
citosina da fita parental estiver metilada. A metilação auxilia a reprimir 
a transcrição interferindo na ligação de reguladores transcricionais e 
fatores gerais de transcrição, silenciando o gene, além de atrair enzimas modificadoras de histonas, 
fazendo com que a cromatina se enovele mais fortemente nas histonas e torne o gene menos acessível. 
Esse mecanismo é muito presente em células tumorais onde a metilação das ilhas CG na região 
promotora silencia genes supressores de tumores, favorecendo a progressão do câncer. 
 
As células contêm um conjunto de genes herdado do pai e um da mãe. A expressão de uma 
pequena minoria de genes depende de ele ser herdado da mãe ou do pai: quando a cópia herdada 
do pai é ativa, a herdada da mãe é silenciosa, ou vice-versa. Esse fenômeno é denominado imprinting 
genômico. Aproximadamente 300 genes sofrem imprinting em humanos. Como somente uma cópia de 
cada um desses genes é expressa, o imprinting pode “desmascarar” mutações que normalmente seriam 
suprimidas pela cópia funcional. Por exemplo, a síndrome de Angelman, um distúrbio do sistema nervoso 
em humanos que causa redução da capacidade mental e prejuízos graves na fala, resulta de uma 
deleção gênica em um homólogo cromossômico e o silenciamento, por imprinting, do gene intacto no 
cromossomo homólogo correspondente. (Síndrome de Prader Willi também ocorre por imprinting). 
Imprinting é o silenciamento por metilação, que dependendo da origem pode ser metilado ou não, 
como o gene Igf2 no camundongo. A cópia materna sempre é metilada, enquanto que a paterna não. 
Se houver uma mutação na cópia materna nada acontece, mas se a mutação for na cópia de origem 
paterna irá afetar o crescimento da prole porque a metilação da cópia da mãe impede transcrição e 
compensação. Durante a formação da célula germinativa a metilação é apagada, se o indivíduo for 
do sexo feminino em cada cópia do gene no ovócito maturo ocorrerá metilação, porém se o indivíduo 
for do sexo masculino não haverá metilação nas cópias do gene dos espermatozoides maduros, mesmo 
que o indivíduo tenha herdado uma cópia materna metilada.