AULA 5 - Regulação da expressão gênica

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Regulação da 
expressão gênica
As propriedades biológicas de cada tipo de célula eucariótica são 
amplamente determinadas pelas proteínas expressas dentro dela.
✓ Organismos procariontes e eucariontes são sensíveis à pequenas variações do meio ambiente, tais
como a disponibilidade de nutrientes, sinais hormonais, etc.
✓ Assim a regulação da expressão dos seus genes às necessidades celulares objetiva uma melhor
adaptação às variações do meio.
✓ Genes para os produtos que são requeridos durante todo o tempo são expressos em níveis constantes.
São os chamados genes da economia doméstica (housekeeping).
✓ A expressão invariável destes genes é denominada de expressão gênica constitutiva. Ex. Enzimas do 
Ciclo de Krebs
✓ Genes que são expressos em resposta a sinais moleculares enquadram-se na expressão gênica regulada.
Estes genes podem ser induzidos ou reprimidos de acordo com as necessidades celulares
Princípios da regulação gênica
Essa constelação de proteínas expressas determina uma grande parte 
da arquitetura da célula, suas atividades enzimáticas, suas interações 
com o seu ambiente e muitas outras propriedades fisiológicas. 
•Regulação gênica é o processo de controlar quais genes no
DNA da célula são expressos (usados para produzir um produto
funcional como uma proteína).
•Diferentes células em um organismo multicelular podem
expressar conjuntos de genes muito diferentes, apesar de
possuírem o mesmo DNA.
•O conjunto de genes expressos em uma célula determina o
grupo de proteínas e RNAs funcionais que ela possui,
conferindo-lhe suas características únicas.
Se o produto final é uma proteína, a regulação pode ser alcançada por
meio do controle da transcrição do DNA em RNA ou da tradução do RNA
em proteína.
• Regulação gênica transcricional.
• Regulação gênica pós-transcricional.
• Regulação gênica pós-traducional
• Mecanismos epigenéticos.
Os padrões de expressão gênica
eucariótica podem ser extraordinariamente complexos
A quantidade de transcritos produzida variam amplamente entre os genes eucarióticos. Um gene
pode ser transcrito apenas durante um estágio do desenvolvimento e outro apenas na presença
de uma infecção viral.
Finalmente, a maioria dos genes em uma célula eucariótica está desligada em qualquer
momento. Com base nessas considerações isoladamente, a regulação gênica eucariótica deve ser
capaz de:
✓Assegurar que a expressão da maior parte dos genes no genoma esteja desligada em qualquer 
momento enquanto ocorre a ativação de um subgrupo de genes.
✓Gerar milhares de padrões de expressão gênica.
Constitutivos
Genes tecido-específicos
A regulação da transcrição de genes não é simplesmente dependente da presença ou ausência de fatores
de transcrição DNA-binding que por sua vez ligam ou desligam genes, mas também envolve processos que
determinam a capacidade de fatores de transcrição acessarem e se ligarem em seu DNA alvo.
Regulação Gênica em Eucariotos
Genes
A iniciação da transcrição é o ponto mais crítico do controle da expressão gênica; por isso os genes
eucarióticos possuem muito mais regiões regulatórias upstream da ‘open reading frame’.
✓ Estrutura de promotores
✓ Elementos de controle cis e trans
✓ Alteração de cromatina
✓ Acetilação de histonas
✓ Metilações da ilhas de CpG encontradas nos sítios de início da transcrição
Controle transcricional
Em genética, chama-se fase de leitura aberta a cada uma das sequências de DNA compreendidas entre
um códon de início da tradução e um códon de terminação
Controle transcricional
Como os genes eucarióticos são capazes de exibir enorme número e 
diversidade de padrões de expressão?
O maquinário necessário para a geração de tantos padrões de transcrição gênica in vivo
apresenta muitos componentes, incluindo as proteínas reguladoras de ação trans e as sequências
de DNA reguladoras de ação cis.
✓ Inicio da transcrição: Proteínas de ação trans interagem com sequências reguladoras de ação cis
no DNA denominadas elementos proximais do promotor.
✓Os Fatores de transcrição se ligam às sequências reguladoras de ação cis no DNA denominadas 
acentuadores.
Como os genes eucarióticos são capazes de exibir enorme número e 
diversidade de padrões de expressão?
• Elementos trans – proteínas codificadas por outra molécula de DNA ou por
genes distantes que precisam se locomover para chegar ao promotor que será
regulado.
• Elementos cis – sequências presentes no promotor ou no enhancer do gene
regulado.
Elementos de ação Cis
Cerne promotor e elementos proximais ao promotor.
✓O cerne promotor, refere-se a região do sítio de início da transcrição. Incluindo o TATA box (O 
TATA box é um dos principais promotores eucarióticos conhecidos e encontra-se a 5' do ponto 
de início da transcrição da grande maioria dos genes). 
✓ Este promotor é incapaz de mediar por si mesmo, uma transcrição eficiente.
✓Os elementos proximais ao promotor estão dentro do sítio de inicio da transcrição. 
Elementos de ação Cis
Cerne promotor e elementos proximais ao promotor.
✓O cerne promotor, refere-se a região do sítio de início da transcrição. Incluindo o TATA box (O 
TATA box é um dos principais promotores eucarióticos conhecidos e encontra-se a 5' do ponto 
de início da transcrição da grande maioria dos genes). 
✓ Este promotor é incapaz de mediar por si mesmo, uma transcrição eficiente.
✓Os elementos proximais ao promotor estão dentro do sítio de inicio da transcrição. 
Acentuadores: Sequências de ação cis que podem aumentar muito a taxa de transcrição dos
promotores na mesma molécula de DNA.
Silenciadores: Sequência de ação cis que são ligados a repressores, inibindo assim os
ativadores e reduzindo a transcrição.
Elementos de ação cis independentes da distância.
✓ Proteína que se liga ao TATA box (TATA-Binding Protein TBP)
Para que a transcrição realmente se inicie é necessário que haja o
reconhecimento do TATA box por uma proteína específica, conhecida
como TBP – TATA Binding Protein. Essa enzima faz parte do fator de
transcrição TFIID e tem uma alta afinidade pela sequência consenso
desse elemento.
✓ Fatores transcricionais (TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF,TFIIH)
Elementos de ação Trans
✓ Modificações de histonas, por acetilação: 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). A acetilação das 
histonas resulta na descompactação da cromatina, o que permite a expressão gênica. 
Mecanismos moleculares que medeiam a remodelação da cromatina:
Mecanismos moleculares que medeiam a remodelação da cromatina:
✓ Adição de grupos químicos às bases do DNA, como metilação das ilhas CpGs - A
metilação consiste na adição de um radical metil (CH3) no carbono 5 da base nitrogenada citosina. Após a adição do
radical metil, a base nitrogenada metilada passa a se chamar 5-metil-citosina.
Promotores que apresentam metilação de ilhas CpG
se mostram transcricionalmente silentes: a
inativação do gene se dá pelo reconhecimento
dessa marca de metilação por proteínas do tipo
MBD que, por sua vez, recruta enzimas que
promovem a remodelação de cromatina, tais como
HDAC e HMT, tornando o lócus inativo. Por outro
lado, promotores não metilados são permissivos à
transcrição gênica.
✓ Controle pós-transcricional
✓ Splicing alternativo
✓ Estabilidade do mRNA
✓ Estratégias de regulação pós-traducional
✓ miRNAs: pequenos RNA citoplasmáticos envolvidos no 
silenciamento do RNAm.
E-mail Jorge.ferreira@faminasbh.edu.br
Obrigado
Jorge Ferreira
mailto:Jorge.ferreira@faminasbh.edu.br