6 - Regulação da expressão gênica

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Adriano Negrão Zingra
 RESUMO GENÉTICA E BIOLOGIA MOLECULAR 
Assunto: Regulação da expressão genética.
Introdução:
· Mesmo a bactéria unicelular mais simples pode usar os seus genes seletivamente – por exemplo, ativando e inibindo genes de maneira a produzir enzimas necessárias para digerir diferentes fontes de alimento disponíveis.
· As diferenças entre um neurônio e um linfócito de mamíferos, por exemplo, são tão extremas que é difícil imaginar que as duas células contenham o mesmo DNA.
· Todas as células de um organismo multicelular contêm o mesmo genoma.
· A diferenciação celular é, em vez disso, obtida por mudanças na expressão gênica.
· Diferentes tipos celulares produzem diferentes conjuntos de proteínas.
Uma célula pode mudar a expressão dos seus genes em resposta a sinais externos
· Se uma célula do fígado é exposta, por exemplo, a um hormônio glicocorticoide (um tipo de esteroide), a produção de várias proteínas específicas é aumentada drasticamente.
· Quando o hormônio não está mais presente, a produção dessas proteínas diminui para o seu nível normal.
· Diferentes tipos celulares frequentemente respondem de maneiras diversas para o mesmo sinal extracelular.
A expressão gênica pode ser regulada em muitas das etapas na via que vai do DNA para o RNA até a proteína:
· Existem muitos passos no caminho que leva do DNA à proteína, e todos eles podem, em princípio, ser regulados. 
· Portanto, uma célula pode controlar as proteínas que produz por:
· (1) controle de quando e quão frequentemente um determinado gene é transcrito
· (2) controle de como a transcrição de RNA é submetida a splicing ou de alguma outra maneira processada
· (3) seleção de quais mRNAs são exportados do núcleo para o citosol
· (4) degradação seletiva de certas moléculas de mRNAs, 
· (5) seleção de quais mRNAs são traduzidos por ribossomos
· (6) ativação ou inativação seletiva de proteínas após a sua produção
· A classificação usada pela professora foi a seguinte:
· Fatores Genômico.
· Transcricional.
· Pós-transcricional.
· Traducional.
· Pós-traducional.
Fatores genômicos:
· Os fatores genômicos se referem ao grau de condensação da cromatina, dependendo do grau de condensação do DNA haverá uma facilidade ou não de ocorrer a expressão genica.
· Heterocromatina é o filamento mais condensado, região mais escura.
· A própria conformação de um DNA já é uma etapa para regulação da expressão genética, uma vez que a condensação do DNA impede o reconhecimento do DNA pela maquinaria de replicação e outros processos.
· 
· A Eucromatina é o filamento mais frouxo, consiste no Dna ativo, e é a parte mais clara. Menos condensado.
· A heterocromatina pode se expressar em dois tipos:
1. Heterocromatina constitutiva, que nunca se expressa como proteínas e que se encontra localizada à volta do centrómero (contém geralmente sequências repetitivas);
2. Heterocromatina facultativa, que, por vezes, é transcrita em outros tipos celulares, consequentemente a sua quantidade varia dependendo da atividade transcricional da célula. Apresenta condensada na interfase.
· Na acetilação e desacetilação de histona, as histonas são acetiladas e desacetiladas em resíduos de lisina na ramificação N-terminal como parte da regulação genética.
· Tipicamente, estas reações são catalisadas por enzimas com atividade "histona acetiltransferase" (HAT) ou "histona desacetilase" (HDAC ou HD).
· A acetilação das histonas diminui a interação das terminações N das histonas com os grupos fosfato negativamente carregados do DNA. Como consequência a cromatina fica mais relaxada e descondensada, associada com maiores níveis de transcrição de genes. 
· Este relaxamento pode ser revertido pela atividade HDAC (desacetilase). Relaxada, o DNA transcricionalmente ativo é relacionado à eucromatina.
· A condensação pode ser conduzida por processos incluindo desacetilação e metilação; a ação de metilação é indireta e não tem efeito sobre a carga.
· A regulação genica da replicação depende do quanto a cromatina está descondensada.
· Na metilação que é feita pelas metiltransferases (HMTS) o cromossomo passa a ficar mais condensado, nesse estado a expressão genética fica mais difícil de ocorrer.
· A capacidade de diferenciar gêmeos monozigóticos através do grau de metilação que eles acumulam com o tempo. Sequenciadores sensíveis ao grau de metilaçao do DNA leem e analisam o grau dessa mesma, sabendo se indivíduos com o mesmo DNA tem o mesmo grau de metilação. Mesmo gêmeos com o mesmo DNA possuem características diferentes devido a expressão genética diferente.
Transcricional:
· Transcriptoma: estração do RNA da célula, com isso você consegue observar uma diferença de expressão genética entre tecidos de diferentes tipos celulares. Nesse teste poderíamos observar RNAs iguais apenas se considerarmos os basais. Esse teste mostra a diferença de expressão genética em diferentes tipos celulares.
· O fator de transcrição é necessário para construir toda a estrutura das células, incluindo as organelas.
· A RNA-polimerase de eucariotos necessita de fatores gerais de transcrição para conseguir funcionar e ser direcionada para “ o que ela deve traduzir”.
· Essas proteínas acessórias se ligam ao promotor, onde posicionam a RNA-polimerase, deslocam e separam a dupla-hélice para expor a fita-molde e direcionam a RNA-polimerase para dar início ao processo de transcrição.
· Uma vez que o primeiro fator geral de transcrição se tenha associado a esse sítio do DNA, os outros fatores e a RNA-polimerase também são associados, para a formação de um complexo de iniciação de transcrição completo.
· Depois de a RNA-polimerase ter sido conectada ao DNA promotor por meio do complexo de iniciação de transcrição, ela deve ser liberada do complexo de fatores de transcrição para que possa dar início à sua tarefa de produção de uma molécula de RNA. Ela é liberada através de uma fosforilação em sua cauda.
· Apenas a forma defosforilada da RNA-polimerase II é capaz de dar início à síntese de RNA sobre um promotor.
· A supressão de um fator de transcrição impede que ocorra uma expressão genica normal, por esse motivo os fatores de transcrição são importantes para a regulação genica a nível transcricional.
· Muitas vezes uma alteração no promotor pode levar a uma maior eficiência do promotor, isso pode ser considerável uma mutação relacionada a regulação. A hiperatividade do promotor pode levar a produção exacerbada de células caracterizando o câncer.
· Desdiferenciação celular:
1. Consiste em tomar uma célula adulta, diferenciada, e retorná-la ao seu estágio indiferenciado, ou seja, o seu início, para aí induzir a sua diferenciação no tipo de célula desejado.
2. A desdiferenciação celular também é um modo de regulação da expressão genética.
Pós-transcricional
· As duas modificações que ocorrem na pós-transcrição são o capeamento e a poliadenilação.
· Duas etapas do processamento que ocorrem apenas em transcritos destinados a tornarem-se moléculas mRNA são o capeamento e a poliadenilação:
1. O capeamento do RNA envolve uma modificação da extremidade 5’ do transcrito de mRNA, a extremidade que é sintetizada em primeiro lugar durante a transcrição.
2. A poliadenilação provê uma estrutura especial, ou cauda, para a extremidade 3’ da maioria dos mRNAs recém-sintetizados.
3. Acredita-se que essas modificações aumentem a estabilidade da molécula de mRNA eucariótica, auxiliando sua exportação do núcleo para o citoplasma e sua identificação geral como mRNA.
· Após isso o transcrito sofre o splicing, o splicing alternativo pode mudar os modos como ele irá ligar o exons podendo ter vários modos de como ligar os RNA gerando diversos tipos de proteínas.
Traducionais:
· Os microRNAs podem se ligar ao RNAm e silenciar ele, impedindo que ocorra a tradução do mesmo em proteína (silenciamento GENICO).
· Após o silencimaneto gênico o RNA é sinalizado para degradação.
Pós-traducional
· A regulação pós-traducional recorre as modificações pos-traducionais que ocorrem nas proteínas, mudando a conformação e endereçando as proteínas.
· Ribossomosdo reticulo endoplasmático estão relacionados com a produção de proteínas que serão destinadas para fora da célula e os ribossomos livres estão relacionados as proteínas internas da célula.
· Modificações pós-traducionais (MPTs) são eventos de processamento covalente que mudam as propriedades das proteínas por clivagem proteolítica ou por adição de um grupo químico a um ou mais aminoácidos.
· Estas modificações podem determinar a atividade, a localização, e interações com outras proteínas.
· Na sinalização, por exemplo, cascatas de quinases são ativadas e/ou desativadas pela adição e/ou remoção reversíveis de grupos fosfatos.
· Outro exemplo é a ubiquitinação de ciclinas no ciclo celular que corresponde à marcação de proteínas para a destruição em tempos definidos. 
Proto-oncogene, oncogene e gene supressor de tumor (Relações com o câncer).
· Proto-oncogene: gene normal, geralmente envolvido na regulação da proliferação celular, que poder ser convertido, por mutação, em um oncogene causador de câncer. Exemplos de proto-oncogenes incluem RAS, WNT, MYC, ERK e TRK. 
· Oncogene: gene forma mutante de um gene normal envolvido no controle do crescimento ou divisão celular.
· Gene supressor de tumor: gene que parece ajudar a impedir a formação de um câncer. Mutações com perda de função nesses genes favorecem o desenvolvimento tumoral.
·  Quando um proto-oncogene sofre mutações ou existem muitas cópias do mesmo, torna-se um gene "ruim", que pode ficar permanentemente ligado ou ativado quando não deveria ser assim.
· Quando isso acontece, a célula cresce fora de controle, o que pode levar ao câncer.
· Este gene ruim é chamado de oncogene. 
· O produto proteico do que era um proto-oncogene passa a apresentar ação deficiente ou fica inativado - por ex., por mutação que insere códon de parada ou altera a fase de leitura do RNAm - deixando de existir qualquer controle da divisão celular. Quando isto ocorre diz-se que o oncogene foi ativado.
· A expressão de oncogenes pode ser regulada por microRNAs(miRNAs), pequenos RNAs com 21-25 nucleotídeos de comprimento que controlam a expressão. Mutações nesses microRNAs podem levar à ativação de oncogenes.
·  Quando os genes supressores do tumor não funcionam corretamente, as células podem se desenvolver fora de controle, o que pode levar ao câncer. 
· Uma diferença importante entre oncogenes e genes supressores do tumor é que os oncogenes resultam da ativação de proto-oncogenes, enquanto que os genes supressores do tumor provocam câncer quando eles são inativados.
· Alterações herdadas do gene supressor do tumor foram encontradas em algumas síndromes cancerígenas hereditárias causando certos tipos de câncer, em determinadas famílias.
· A maioria das mutações de genes supressores do tumor é adquirida, não herdada. Por exemplo, anormalidades do gene TP53 (que codifica a proteína p53) foram encontradas em mais de metade dos cânceres humanos.
· Uma mutação no promotor do protooncogene pode alterar de modo que a sua transcrição seja muito eficiente, porem essa eficiência exacerbada pode levar a uma proliferação exacerbada que leva ao câncer.
· Uma outra possibilidade é uma amplificação de um protooncogene que pela superexpressão, isso se chama amplificação genica, essa expressão em maior grau, pode induzir esse protooncogene a virar o oncogene induzindo o câncer.
· Até mesmo dentro do gene, uma determinada mutação pode levar a uma transcrição com maior eficiência levando a hiperatividade e depois o câncer.
Papel do PRB no câncer.
· A Proteína Rb (pRb) é uma molécula que funciona como reguladora universal do ciclo de divisão celular, sendo normalmente expressa em praticamente todas as células do organismo.
· A pRb funciona como um freio que restringe a entrada da célula na fase S, da intérfase, por ligar-se e inibir as proteínas reguladoras de genes da família E2F – necessárias para transcrever genes que codificam proteínas que ativam a fase S.
· Normalmente, essa inibição por pRb é liberada no tempo apropriado por meio de fosforilação da pRb por várias Cinases Dependentes de Ciclina (Cdks), que fazem com que a pRb libere seu domínio inibidor na proteína E2F.
· A pRb, em condições normais, está ativada e inibindo a síntese de DNA; e que, estando o complexo G1-CdK ativo, ocorre fosforilação da pRb e, por conseguinte, sua inativação.
· Desse modo, o circuito que leva à síntese de DNA passa a ficar desbloqueado, liberando a continuação do ciclo celular.
· Dado que a pRb é um dos principais interruptores do progresso da divisão celular, sua perda pode possibilitar que as células entrem inapropriadamente em ciclos de divisão celular (1) – eventualmente levando à ocorrência de câncer.
· No retinoblastoma, a perda do Rb frequentemente é a principal etapa que leva à malignidade – estado em que as células cancerosas migram e invadem outros tecidos do organismo, caracterizando a metástase.
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