Regulação da Expressão dos Genes em Organismos Eucariotos

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Tópico 03
Biologia Molecular e Biotecnologia
Regulação da Expressão dos
Genes em Organismos Eucariotos
1. Introdução
Ainda que muitos tipos de regulação sejam comuns a procariotos
e eucariotos, existem muitas diferenças nos processos entre
esses organismos. Devido à falta de compartimentação do núcleo
em procariotos, os processos de transcrição e tradução ocorrem
simultaneamente. Os mRNAs dos procariotos são
policistrônicos, codificando para várias proteínas de uma só vez,
com mais de uma proteína sendo traduzida a partir de um
mesmo mensageiro (um mRNA = várias proteínas). Em
eucariotos, transcrição e tradução ocorrem em compartimentos
separados, uma vez que essas células possuem o material
genético separado no núcleo. Nesse caso, a integração entre
transcrição e tradução não ocorre. Muitos eucariotos exibem o
controle da transcrição por repressão como nos procariotos, mas
há poucas evidências de que o controle negativo da expressão
exista em eucariotos. No entanto, o controle positivo da
transcrição também é apresentado nos eucariotos. Em
eucariotos, os operons não são comuns. Nos eucariotos, o
controle da expressão envolve complexos multiproteicos,
diferentemente dos procariotos, nos quais o controle da
expressão envolve uma enzima única, onde o mRNA é
policistrônico. Ainda, não há evidências de mRNA policistrônico
em eucariotos. Os mRNAs em eucariotos passam por um
processo de maturação, em que as sequências ditas introns (que
não codificam para a proteína a ser traduzida) são cortadas,
produzindo mRNA maduro. A produção ou não desse mRNA
maduro é uma forma de controle da expressão ao nível de
tradução. Outra forma frequente de controle nos eucariotos é a
modificação de proteínas pós tradução.
A regulação de genes é a base do processo de desenvolvimento
de organismos multicelulares, como ocorre na maioria dos
organismos eucariotos. A regulação permite que células simples
se desenvolvam em células complexas e também permite que
essas células tenham papéis distintos. Esse processo de
diferenciação celular requer que genes específicos se tornem
ativos por um determinado e preciso tempo durante o
desenvolvimento do organismo multicelular. O entendimento da
regulação gênica tem um papel imprescindível no avanço da
medicina. Vamos entender mais um pouco as diferenças básicas
entre procariotos e eucariotos.
2. Procariotos versus Eucariotos
Em todos os tipos celulares (procariotos, eucariotos) a definição
de gene é a mesma, um segmento de DNA que possui
informação para a síntese de uma proteína específica. A
regulação gênica é mais complexa em eucariotos do que em
procariotos. Primeiro pelo tamanho: uma célula procariótica
como
Escherichia coli, possui um cromossomo único e cerca de 2.000
proteínas. Um simples eucarioto como a levedura, usada para
fermentar a massa de pão, Saccharomyces cerevisiae, possui 16
cromossomos que codificam para aproximadamente 6 mil
proteínas. O genoma de uma célula humana possui 23 pares de
cromossomos. Aproximadamente 40 mil genes estão presentes
nos 3000 Mb do DNA humano (1 MB= 106 pares de bases).
Certamente, seria bem difícil para uma proteína se ligar ao lugar
certo do DNA para promover transcrição. Por causa disso,
mecanismos mais elaborados são necessários para promover a
especificidade e melhorar a sinalização da regulação.
Outro tipo de problema na complexidade da regulação gênica
dos eucarióticos está na variedade dos tipos de células presentes.
As células são diferentes umas das outras em um organismo
multicelular porque produzem tipos diferentes de moléculas de
RNA e proteínas. Os vários tipos diferentes de células que
coletivamente formam um organismo multicelular dependem da
ativação dos genes adequados, nas células corretas, no momento
necessário.
Por exemplo, células do pâncreas expressam genes diferentes
das células do fígado. O mais fascinante é que elas possuem o
mesmo genoma e fazem isso sem alterar a sequência de DNA.
Ainda, os genes dos eucarióticos não estão organizados em
operons. Ao invés disso, genes que codificam para uma via
enzimática, por exemplo, estão espalhados no genoma. Observe
a imagem abaixo mostrando que determinado segmento de DNA
codifica para uma proteína específica e, para que essa proteína
seja produzida, várias etapas são necessárias. A regulação da
expressão de uma determinada proteína pode acontecer em
diferentes níveis. Desde o acesso da maquinaria de síntese do
mRNA até modificações que acontecem após a produção da
proteína, chamadas de modificações pós traducionais.
Fluxo de informação genética: DNA, mRNA, Proteína.
Sobretudo, como a transcrição e tradução não estão acopladas
em eucarióticos, os mecanismos de regulação genérica para
expressão de genes como acontece em procariotos são
eliminados (JOHNSON, et al., 2017, LODISH, et al., 2014,
ULRICH et al., 2015). Em todas as células, proteínas essenciais
para a manutenção da vida (housekeeping gens), como geração
de energia, replicação e manutenção do material genético, são
expressas continuamente. No entanto, a regulação da expressão
gênica permite que genes sejam expressos em resposta a um
estímulo, ou são expressos de acordo com um tecido, ou
momento do desenvolvimento. Vocês conseguiram perceber o
grau de complexidade que envolve a regulação dos genes nos
eucariotos? Vamos entender como o genoma dos eucariotos está
compactado para ajudar a descobrir como a regulação ocorre!
3. Compactação do DNA em
Eucariotos
O DNA dos eucarióticos está disposto no cromossomo em pares
envolvidos por um grupo de proteínas histonas, formando
associações, nucleossomos. Essas associações favorecem a
compactação do DNA. Os nucleossomos se associam a fibras de
cromatina que apresentam graus variados de condensação. Veja
o vídeo para entender melhor essa compactação do DNA
A cromatina pode ser entendida como longa fita de DNA
envolvido pelas proteínas histonas. O estado de condensação da
estrutura da cromatina é um dos mecanismos usado como
controle da expressão gênica em eucariotos, porque ela interfere
no acesso aos sítios de ligação do DNA, mecanismo de controle
transcricional ausente em bactérias. Assim, em eucariotos
multicelulares, os genes inativos estão agrupados em cromatina
condensada (heterocromatina), o que inibe a ligação das RNA-
polimerases e dos fatores gerais de transcrição necessários para
O DNA está compactado dentro da célula em associação
com as histonas, veja no vídeo que separamos para você:

Núcleo - Como o DNA é compactado? (LegenNúcleo - Como o DNA é compactado? (Legen……
https://www.youtube.com/watch?v=1iFsb2f7bLs
a iniciação da transcrição. As proteínas ativadoras se ligam aos
elementos controladores localizados tanto na proximidade do
sítio de início da transcrição de um gene quanto a quilobases de
distância e promovem a descondensação (relaxamento) da
cromatina, a ligação da RNA-polimerase ao promotor e a
elongação da transcrição ao longo da cromatina. As proteínas
repressoras se ligam a elementos controladores alternativos,
provocando a condensação da cromatina e a inibição da ligação
da polimerase ou da elongação.
Veja na figura abaixo como o relaxamento da cromatina permite
o acesso ao gene a ser transcrito:
Estrutura do DNA nos eucariotos
Como isso acontece? Podemos entender melhor analisando
como exemplo os genes requeridos para utilização da galactose
em leveduras. Esses genes são ativados por uma proteína que se
liga ao DNA chamada de GAL 4. Ela reconhece sítios com duas
sequências separadas por 11 pares de base 5´-CGG-3´. No
entanto, aproximadamente 4.000 potenciais sítios de ligação
estão presentes no genoma da levedura, porém somente 10
regulam os genes necessários para o metabolismo da galactose.
Esse fato foi evidenciado experimentalmente e comprovou que a
estrutura da cromatina é alterada para possibilitar o acesso aos
verdadeiros sítios de ligação da GAL 4 escondendo os sítios
inativos (JOHNSON, et al.,2017, LODISH, et al., 2014). Outros
fatores estão envolvidos na regulação da transcrição
relacionados à cromatina. Vamos entender melhor!
3.1 EPIGENÉTICA
Existem mecanismos de repressão ou ativação que são herdados,
mas não alteram a sequência do genoma. Esses mecanismos
estão presentes somente em eucariotos e têm ganhado evidência
à medida que as técnicas para desvendar o conhecimento do
DNA têm evoluído.
O epigenoma é o conjunto de modificações químicas que
ocorrem no próprio genoma e na cromatina. Uma dessas
modificações é a adição de um radical metil (CH3) no carbono 5
da base nitrogenada citosina, feita pela enzima histona metil-
transferase (HMTs). A metilação do DNA leva ao recrutamento
de proteínas que causam a compactação da cromatina,
impedindo que a enzima RNA-polimerase se ligue à molécula,
tendo como consequência a repressão do gene que recebeu o
radical metil.
As mulheres possuem dois cromossomos X. Um
processo conhecido como compensação de dose faz com
que haja a inativação de 85% dos genes de um dos
cromossomos X, tornando os genes de um desses
cromossomos inativos através da metilação e da
compactação do DNA.

Outra modificação da epigenética é a acetilação de histonas, que
consiste na adição de um radical acetil (COCH3) nos resíduos de
lisina das histonas e ocorre por meio de enzimas chamadas
Histona Acetil-Transferases (HATs). Vá para a imagem abaixo
para entender melhor esse mecanismo.
Mecanismo de epigenética.
A acetilação das histonas resulta na descompactação da
cromatina, o que permite a ativação do gene, e sua expressão.
Esse grupo acetil pode ser retirado pelas histonas desacetilases
(HDACs) promovendo a comparação da cromatina e inibindo a
ligação da RNA polimerase e por consequência transcrição
(LODISH, et al., 2014, JOHNSON, et al., 2017).
Descubra mais sobre epigenética lendo o artigo abaixo:

Outros mecanismos de regulação da transcrição estão presentes
em eucariotos. Vamos estudá-los agora!
4. Regulação da Transcrição
A regulação da transcrição é mediada pela interação entre várias
proteínas e o promotor do DNA em eucarióticos. A expressão de
um gene é regulada por uma combinação de elementos trans ou
cis. Elementos trans são as proteínas regulatórias que são
codificadas por um gene distante do promotor que elas irão
regular. Essas proteínas reguladoras da transcrição reconhecem
sequências específicas de DNA (geralmente com 5 a 10 pares de
nucleotídeos de comprimento) chamadas cis-atuantes, pois
devem estar no mesmo cromossomo (ou seja, em cis) dos genes
que elas controlam. Veja na imagem abaixo como essas
sequências estão organizadas no genoma dos eucariotos:
Sequências de regulação do DNA em eucariotos.
As proteínas reguladoras transcricionais ligam-se a essas
sequências cis, que se encontram dispersas pelos genomas, e
https://www.embrapa.br/busca-de-
publicacoes/-/publicacao/1110162/epigenetica-
mecanismos-heranca-e-implicacoes-no-melhoramento-
animal#:~:text=Existem%20dois%20mecanismos%20e
pigen%C3%A9ticos%20principais,ou%20da%20m%C3
%A3e)%20se%20expressa.
https://www.embrapa.br/busca-de-publicacoes/-/publicacao/1110162/epigenetica-mecanismos-heranca-e-implicacoes-no-melhoramento-animal#:~:text=Existem%20dois%20mecanismos%20epigen%C3%A9ticos%20principais,ou%20da%20m%C3%A3e)%20se%20expressa.
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essas ligações dão início a uma série de reações que, por último,
especificam quais genes serão transcritos e em quais taxas isso
deve acontecer. Os promotores dos eucariotos possuem uma
sequência conhecida como TATA box (elemento de ação cis) que
se encontra a 5“ do ponto de início da transcrição da grande
maioria dos genes.
Em contraste com os procariotos, os fatores de transcrição não
realizam um efeito provocado por eles propriamente, como fator
de transcrição sigma que se liga a RNA polimerase nos
procariotos. Nos eucariotos, cada fator recruta outras proteínas
para construir um complexo de interação, máquina de
transcrição por assim dizer, e é esse complexo que vai ativar ou
reprimir a expressão de determinado gene. Vamos entender
melhor como esses complexos proteicos se formam para
sinalizar qual gene deverá ser transcrito!
4.1 ATIVAÇÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS
Para que a transcrição ocorra, a RNA polimerase precisa
reconhecer e se ligar à região promotora do gene.
Adicionalmente, vários fatores de transcrição gerais (TF-
transcription factor) são necessários para que a RNA polimerase
reconheça seu sítio.
Em eucariotos existem três tipos de RNA polimerase: Pol I, II e
III. A formação de complexos de iniciação de transcrição
envolvendo a Pol I e a Pol III é semelhante, em alguns aspectos,
à formação dos complexos de iniciação da Pol II. No entanto,
cada uma das três RNA-polimerases nucleares eucarióticas
requer seus próprios fatores de transcrição específicos e
reconhece diferentes elementos controladores de DNA. Além
disso, a RNA polimerase I (Pol I) transcreve genes de RNA
ribossomal (5S, 5.8S, 18S e 28S), a RNA polimerase II (Pol II)
transcreve genes que codificam para pre-mRNA que irá dar
origem a proteínas, formadas por regiões codificantes e não
codificantes. A RNA polimerase III (Pol III) transcreve outros
RNA funcionais tais como RNAs transportadores (tRNA).
Em organismos multicelulares, é comum dezenas de reguladores
transcricionais controlarem um único gene. No DNA dos
organismos eucarióticos, os elementos de controle
frequentemente estão localizados mais distantes do promotor
que regulam. Além disso, as mesmas proteínas reguladoras da
transcrição podem frequentemente atuar como ativadores ou
como repressores da transcrição, dependendo da sua associação
com fatores de transcrição. Em muitos casos, essas ligações de
proteínas ao DNA influenciam a iniciação da transcrição por
exporem o gene ou seu sítio regulatório para a ligação da
proteína regulatória, mais do que diretamente interagindo com a
RNA polimerase, como em procariotos.
Vamos observar a associação de fatores de transcrição para
reconhecimento da RNA polimerase do seu sítio, analisando a
imagem abaixo:
Ativação gênica em eucariotos.
Perceba na imagem que a formação de alças de DNA possibilita
que proteínas reguladoras ligadas ao DNA interajam umas com
as outras e, por consequência, com a RNA-polimerase no
promotor. Os fatores de transcrição se ligam a sequências
específicas de DNA, os promotores, que caracterizam o local de
início da transcrição e recrutam a RNA polimerase.
Vamos entender a seguir como os complexos de proteína atuam
para dar início à transcrição. Em eucariotos, o fator TFIID
(Transcription Factor IID) reconhece primeiramente o local de
início e se liga ao TATA box) através de sua subunidade TBP.
Essa enzima faz parte do fator de transcrição TFIID e tem uma
alta afinidade pela sequênciaconsenso desse elemento. Ligado, o
TFIID recruta, então, o TFIIA seguido pelo TFIIB. Assim, a RNA
polimerase (Pol II) é recrutada e ligada aos fatores TFIIF e
TFIIE. Em seguida junta-se ao TFIIH e aos acentuadores e
ativadores (JOHNSON, et al., 2017, LODISH, et al., 2014).
Retorne a imagem acima para conferir como esses complexos se
organizam formando o complexo de transcrição.
Vamos entender como a regulação da transcrição é afetada pelos
acentuadores!
4.2 REGULAÇÃO POR ACENTUADORES
Os acentuadores (enhancers) são proteínas que se ligam a
sequências de DNA em sítios específicos. Essas sequências nas
quais os acentuadores vão se ligar não possuem promotores
próprios, porém, elas aumentam grandemente a atividade de
muitos promotores em eucariotos. Esses acentuadores estão
muitas vezes localizados a vários milhares de pares de base do
gene a ser expresso. Os acentuadores aumentam a afinidade da
maquinaria de transcrição por um certo promotor. Além disso,
eles interagem com coativadores e ativadores em um sítio
específico, favorecendo a formação dos complexos
multiproteicos da transcrição. Retome a figura da ativação
gênica em eucariotos para entender melhor a formação desses
complexos. O início da transcrição é mais complexo em
eucariotos por eles serem organismos mais complexos
(JOHNSON, et al., 2017, LODISH, et al., 2014). No entanto,
tanto a ativação como a repressão da transcrição também
existem nesses organismos. Vejamos como esse tipo de
regulação acontece.
5. Regulação Transcricional por
Ativação ou Repressão
Vimos que interações entre proteínas e DNA como CAP
(proteína catabólica ativadora) e RNA polimerase podem ativar a
transcrição em procariotos. Já em eucariotos, interações
proteína-proteína são a forma mais comum de regulação da
expressão. Além disso, em eucariotos cada fator de transcrição
recruta várias outras proteínas para construir um complexo que
interage com a maquinaria de transcrição para ativar ou
reprimir genes. A maior vantagem desse modelo de regulação é
que uma proteína regulatória pode ter diferentes efeitos, esse
efeito depende da presença de outras proteínas na célula. Esse
fenômeno é chamado de controle combinatório e é essencial em
organismos multicelulares que possuem diferentes tipos de
células no mesmo organismo.
Assim como os procariotos, os eucariotos podem ajustar a
expressão de um gene em resposta à presença de uma substância
química em seu ambiente.
Veja no vídeo abaixo como a variação na expressão gênica pode
permitir que a célula seja susceptível ao vírus da Zika:
Veja no video abaixo como a biotecnologia ajuda a
explicar como bebês afetados possuem uma enzima
(TSC2) mais ativa do que bebês não afetados pelo zika
vírus!

Os eucariotos possuem muitos sistemas para responder aos
estímulos de moléculas específicas. Vamos analisar como
exemplo o sistema que detecta a presença de estrogênio na
célula. Sintetizado e liberado pelos ovários, os estrogênios, como
estrona, são moléculas derivadas do colesterol, hormônio
esteroide. Eles são requeridos para as características femininas e
junto com progesterona participam do ciclo ovariano.
Acompanhe como esse processo acontece, observando a imagem
abaixo.
A diferença está nos genes “ligados” ou “desligados”: o
padrão de expressão gênica
A diferença está nos genes "ligados" ou "deslA diferença está nos genes "ligados" ou "desl……
https://www.youtube.com/watch?v=CXNl-2UsfAI
Resposta a hormônios esteroides.
O hormônio estrogênio é uma molécula hidrofóbica (repelido
pela água), ele se difunde facilmente através da membrana
celular. Dentro da célula, o estrogênio se liga a um receptor
específico (1). Os receptores são proteínas citoplasmáticas.
Quando o receptor do estrogênio está ligado ao estrogênio,
(ligante), o complexo receptor-ligante entra no núcleo (2) e
modifica a expressão de genes específicos por meio de ligações a
elementos de controle no DNA (3).
Algumas moléculas de receptores são conhecidas como
receptores nucleares e constituem uma superfamília de fatores
de transcrição regulados pela interação com hormônios. Fazem
parte dessa família de receptores de hormônios: tireoidiano,
estrogênio, androgênio, glicocorticoides. Como o complexo
receptor-ligante altera a expressão gênica? A ligação do receptor
ao ligante altera suas propriedades e regula a expressão de genes
DNA. O receptor do hormônio (molécula ligante) tem dois
domínios. Enquanto um domínio se liga ao ligante (C-terminal),
o outro domínio central da proteína irá se ligar ao DNA.
Receptores-ligantes atravessam o núcleo, ligam-se ao DNA,
alterando a expressão dos genes-alvo em resposta a um sinal
hormonal específico. Esse mecanismo é parecido com o lac
repressor em procariotos (BERG et al., 2004, JOHNSON, et al.,
2017, LODISH, et al., 2014).
Ainda é importante mencionar que genes eucarióticos raramente
estão organizados no genoma de acordo com a função. Eles não
estão dispostos em operons, em vez disso, a maior parte dos
repressores eucarióticos age gene a gene. Os repressores
bacterianos competem diretamente com a RNA-polimerase pelo
acesso ao DNA, já os repressores dos eucariotos atuam por
vários outros mecanismos para bloquear a transcrição pela RNA-
polimerase. Repressores transcricionais eucarióticos atuam
juntamente com correpressores para impedir a transcrição do
DNA. Assim como no caso da ativação transcricional, a
repressão da transcrição pode atuar por meio de mais de um
mecanismo em um dado gene-alvo, garantindo uma repressão
especialmente eficiente. Esse mecanismo é importante, por
exemplo, no desenvolvimento do indivíduo, na embriogênese, no
crescimento de plantas (JOHNSON, et al., 2017, LODISH, et al.,
2014).
Outros sistemas de controle são específicos dos eucariotos, como
a regulação pós-transcricional que veremos a seguir.
6. Regulação Pós-Transicional
Uma vez que o RNAm foi transcrito, nos eucariotos, a regulação
do processamento do pré-mRNA (retirada das regiões não
codificantes, introns pelo processamento-splicing), a exportação
a partir do núcleo, a tradução e a localização das moléculas de
mRNA são reguladas para que as novas proteínas sintetizadas se
concentrem onde são necessárias. As etapas de processamento
do mRNA incluem, além do splicing, o capeamento 5“, e a
poliadenilação 3”. A capeamento é a adição de uma guanina (G)
modificada adicionada ao primeiro nucleotídeo transcrito do
mRNA e protege o transcrito de ser quebrado e auxilia o
ribossomo a se ligar ao mRNA para ser traduzido. Uma cauda de
adenina é adicionada a extremidade 3“ do mRNA. Veja na figura
abaixo como a maturação do mRNA acontece.
Maturação do mRNA
Esse processamento é importante para tornar os mRNA estáveis
e protege-los de enzimas que digerem rapidamente as moléculas
de RNA. A cauda e o capeamento ainda ajudam a exportar o
RNA maduro do núcleo para o citosol. Além disso, pré-mRNAs
processadas inadequadamente (splicing) são impedidas de
serem transportadas para o citosol ou têm a sua degradação
induzida, caso tenham sido transportadas. Etapas adicionais de
controle da expressão gênica podem ocorrer no citoplasma.
È extremamente importante que apenas moléculas maduras de
mRNA completamente processadas sejam exportadas do núcleo
para o citoplasma, pois tradução de pré-mRNAs
incompletamente processadas, contendo íntrons, levaria à
produção de proteínas que poderiam interferir no
funcionamento da célula. A estabilidade e a taxa de tradução de
um mRNA contribuem para a quantidade de proteína expressa a
partir de um gene. Além disso, splicing é alternativo, ou seja,
existe alteração do pedaço de pré-mRNA que será retirado,
alterando a proteína a ser expressa. Esse processamento
alternativo é regulado por proteínas específicas e não é feito
aleatoriamente (LODISH, et al., 2014, JOHNSON, et al., 2017).
Assim que o mRNA deixa o núcleo, agora processado, a
quantidade de proteína para a qual ele codifica dependerá de
doisfatores, quanto tempo o mRNA vai flutuar no citosol e quão
prontamente o ribossomo, pode se ligar a ele para começar a
tradução. Nesse processo, pequenas moléculas de RNA fita
simples de aproximadamente 22 nucleotídeos, conhecidas como
microRNAs (miRNAs) e RNA curto de interferência (siRNAs, do
inglês, short interfering RNA), são responsáveis pela regulação
pós-transcricional. Os miRNAs funcionam como um tipo de
edição de mRNA, pareando com o mRNA maduro (que passou
pelo splicing). Se esse pareamento por complementação der
certo, esse mRNA será traduzido, caso contrário, ele não será
traduzido e sim clivado. Os miRNAs reduzem, assim, a expressão
de determinados genes (LODISH, et al., 2014, JOHNSON, et al.,
2017). Os siRNAs, também conhecidos como silenciadores, são
capazes de reconhecer especificamente uma sequência de
Os fibroblastos (células do tecido conjuntivo) produzem
certo tipo da proteína fibronectina extracelular, os
hepatócitos (células do fígado) produzem outro tipo.
Ambas as isoformas de fibronectina são codificadas pela
mesma unidade transcricional, a qual sofre splicing
diferente em cada um dos tipos celulares, gerando dois
mRNAs diferentes.

mRNA-alvo e mediar sua clivagem ou repressão traducional
(LODISH, et al., 2014, JOHNSON, et al., 2017).
Vimos até aqui como são os processos de regulação em nível de
transcrição e processamento de mRNA. Vamos ver como a
regulação da tradução funciona!
7. Regulação ao Nível da Tradução
A regulação da tradução modula a expressão dos genes em
diferentes condições e etapas de vida, desde o desenvolvimento
embrionário, crescimento e metabolismo celular. Nos eucariotos,
diferentes sinais podem regular a tradução de uma proteína
globalmente ou individualmente, possibilitando respostas à
demanda, como mudança no meio celular ou extracelular. O
início da síntese proteica em eucariotos envolve participação de
um complexo de proteínas. Para que a síntese comece, as
subunidades ribossomais (grande e pequena) se associam em
torno do mRNA que tem um tRNA iniciador. Nesse processo, há
formação de um complexo ternário metionil tRNA que se liga ao
fator de iniciação da tradução elF2 e a GTP. Todo o processo de
tradução conta com os fatores de iniciação da tradução
eucariótica. Durante a tradução, o ribossomo move-se ao longo
da cadeia de mRNA interagindo com vários fatores de iniciação
de tradução (eIF 1, 1A, 2,3,4,5) e tRNAs que passam por várias
miRNAs são pequenas moléculas de RNA não
codificantes mas importantes para a regulação gênica.
Mudanças nos níveis de expressão dos miRNAs estão
implicadas no câncer, obesidade e doenças cardíacas.

mudanças conformacionais. Vários dos fatores de iniciação se
ligam a GTP (trifosfato de guanosina) e a quebra de GTP a GDP
(difosfato de guanosina) atua como um fator de edição da
transcrição. O passo seguinte só acontece se a etapa anterior foi
realizada corretamente. Antes da hidrólise do GTP, o complexo é
instável, o complexo só se estabiliza se for o correto para aquela
etapa, e tem como consequência a hidrólise (quebra do GTP). A
tradução é encerrada pelo reconhecimento do códon de parada
pelo tRNA. Uma ou mais proteínas de ligação a GTP participam
em cada estágio da tradução. Essas proteínas pertencem à
superfamília das GTPases, proteínas que se alternam entre a
forma ativa ligada a GTP e a forma inativa ligada a GDP; elas
atuam em várias etapas de controle de qualidade da tradução. A
maneira mais global de controle de tradução em eucarióticos é
realizada através do controle da atividade ou na quantidade dos
complexos evolvidos no início da tradução. Esse controle da
tradução é modulado pela fosforilação e desfosforilação de vários
sítios-alvo presentes nos fatores de iniciação realizados através
da troca de GTP a GDP. (LODISH, et al., 2014, JOHNSON, et al.,
2017). Outro exemplo de regulação da tradução é o que acontece
com a ferritina, proteína de reserva do ferro. Vamos verificar
como essa regulação acontece observando a figura abaixo:
Regulação da tradução da ferritina.
A tradução da ferritina somente acontece quando a concentração
de ferro está alta na célula. Nesse momento, a proteína que inibe
a tradução está ligada ao ferro (IRE- iron responsive element). A
ferritina pode ser então produzida (reserva de ferro). Quando a
concentração de ferro está baixa, a tradução da ferritina é
impedida pela ligação da IRE no seu sítio ao mRNA, já que não
há ferro sobrando para ser guardado em reserva. Existem ainda
modificações das proteínas após sua tradução, o que vamos ver
agora!
8. Regulação Pós-Tradução
Outro tipo de regulação muito comum em eucariotos é o que
ocorre com modificações das proteínas após a tradução. Existem
muitos tipos de modificações pós-traducionais de proteínas,
sendo essas modificações determinantes para sua ativação,
degradação, sinalização celular entre outras funções. No caso de
proteínas quinases, elas fosforilam outras proteínas transferindo
um grupo fosfato do ATP para resíduos de treonina, serina ou
tirosina. Como consequência, essa adição de grupo fosfato irá
servir de estímulos extracelulares ou intracelulares, e acabam
por regular a atividade dessas proteínas. Entre essas proteínas,
estão a proteína quinase A (pKA), proteína quinase C (pKc),
proteína quinase dependente de calmodulina e cálcio (CaMK),
entre outras. Veja na tabela abaixo alguns tipos de modificações
de proteínas pós-traducionais.
Existem também modificações conformacionais, como nas
proteínas relacionadas ao movimento na miosina por exemplo
(LODISH, et al., 2014, ZAHA et al., 2014, JOHNSON, et al.,
2017).
9. Conclusão
Este tópico procurou mostrar que devido à complexidade do
genoma dos eucarióticos, os mecanismos de regulação da
expressão gênica são mais complexos do que os encontrados em
procariotos. O DNA desses organismos está ligado a proteínas
chamadas histonas e essa combinação é chamada de cromatina.
O envolvimento do DNA em volta de octameros de histona forma
os nucleossomos. Essa formação acaba por bloquear o acesso ao
DNA impedindo a ligação de proteínas e por fim atuando como
regulação, uma vez que, dessa forma, o gene se tornará
inacessível para transcrição. Mudanças na estrutura da
cromatina também atuam na regulação da expressão gênica.
Existem ainda mecanismos de repressão ou ativação que não
levam a alteração da sequência do genoma, mecanismos
epigenéticos.
A ativação e repressão da transcrição é comumente mediada por
interação proteína-proteína-DNA, formando complexos
multiprotéicos. Os acentuadores podem modular a expressão de
genes que estão a uma distância de até 1000 pares de base do
sítio de início da transcrição.
Ainda existem a regulação pós transcricional de maturação do
pré-mRNA, de seleção e edição realizadas pelos microRNAs
(miRNAs) e silenciamento de genes pelos RNA interferência
(siRNAs).
A regulação da tradução está relacionada ao agrupamento de
proteínas e fatores de iniciação, onde as GTPases são o ponto
chave de regulação e controle para a tradução. Os receptores
nucleares regulam genes específicos por meio de ligações a
elementos de controle no DNA.
Regulação pós-tradução com modificação de proteínas ocorre
frequentemente em eucariotos.
10. Referências
ANTUNES D. Casa da ciência, 2020. Mecanismos epigenéticos.
BERG, Jeremy Mark; TYMOCZKO, John L.; STRYER, Lubert.
Bioquímica. 5. ed. Rio de Janeiro (RJ): Guanabara Koogan,
2004. 1059 p. ISBN 8527708728.
LODISH, Harvey F et al. Biologia celular e molecular. 7.ed. Porto
Alegre, RS: Artmed, 2014. xxxiv, 1210 p., ISBN 9788582710494.
JOHNSON, Alberts et al. Biologia molecular da célula. 6 ed.
Porto Alegre RS: Artmed, 2017. 1464 p., ISBN 978-85-8271-423-
2.
ULRICH, Henning et al. (Org.). Bases moleculares da
biotecnologia. Rio de Janeiro, RJ: Roca, 2015. xi, [1], 5218 p.
ISBN 9788572417594.
ZAHA, Arnaldo et al. Biologia molecular básica. 5. ed. Porto
Alegre: Artmed, 2014. 407 p. ISBN 978-85-8271-058-6.YouTube. (2011). Biologia molecular e celular NF. Núcleo –
Como o DNA é compactado. 01min42. Disponível em:
<https://www.youtube.com/watch?v=1iFsb2f7bLs>.
YouTube. (2018, Fevereiro, 02). ABTDPR. A diferença está nos
genes “ligados” ou “desligados”: o padrão de expressão gênica.
4min00. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?
v=CXNl-2UsfAI>
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