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18/05/15 1 linfócito Neurônio Regulação Gênica em Eucariotos A transcrição em Eucariotos é mais complexa • Procariotos e eucariotos unicelulares – Resposta direta à variações ambientais • Nutricionais • Tóxicos • Luz • Eucariotos multicelulares – Resposta a estímulos internos • células estão organizadas em tecidos e órgãos – Transcrição ocorre longe da tradução • Não há acoplamento, resposta lenta 18/05/15 2 Exemplos de Sinais que Regulam a Expressão Gênica em Eucariotos • Hormônios (ex: hormônios esteróides) • Fatores de Crescimento e de Diferenciação Celular • Contato célula-célula (adesão celular) • Alterações nutricionais (resposta é limitada!) • Alterações ambientais (ex: choque térmico) Diferentes níveis de regulação da expressão gênica em eucariotos Controle transcricional Controle pós-transcricional Controle do transporte do mRNA Controle traducional Controle pós-traducional Remodelagem da cromatina 18/05/15 3 Controle da expressão acontece principalmente em nível de transcrição • Acessibilidade à cromatina • Iniciação da transcrição • Processamento do RNA • Estabilidade do transcrito Existe um efeito de posição na cromatina 18/05/15 4 Fatores de trasncrição (ativadores) recrutam histona acetilases (HATs) para o complexo de iniciação da transcrição As histonas desacetilases (HDACs) são recrutadas por fatores inibitórios e tornam a cromatina inacessível, podendo redundar no seu silenciamento Adaptado de Kwaks & Otte, Trends in Biotechnology 24, 137 (2006) . O grau de acetilação controla a acessibilidade da maquinaria de transcrição à cromatina Modelo de funcionamento em levedura A presença de fatores de ativação desestabilizam progressivamente o nucleossomo 18/05/15 5 Fatores ativadores podem agir junto a cromatina Controle da expressão acontece principalmente em nível de transcrição • Acessibilidade à cromatina • Iniciação da transcrição • Processamento do RNA • Estabilidade do transcrito 18/05/15 6 Controle da expressão acontece principalmente em nível de transcrição • Acessibilidade à cromatina • Iniciação da transcrição – Aparato basal de transcrição • fatores de transcrição gerais e RNA pol – Elementos de Resposta no DNA • Promotor, Enhancer, Silencers, outras sequências – Fatores de transcrição e proteínas acessórias • Processamento do RNA • Estabilidade do transcrito Elementos que regulam a transcrição pela RNA Polimerase II • Elementos que agem em cis – seqüências regulatórias • Elementos que agem em trans – Fatores de transcrição que ligam nos elementos cis 18/05/15 7 Os promotores de metazoários são mais complexos A quantidade de regiões regulatórias reflete a complexidade organismal Adaptado de Lewin, B. (2000) Genes VII/Benjamin Lewin; trad. Henriue Ferreira ... [et al.]. - Porto Alegre: Artmed Editora, 2001. Ex: promotor de metalotioneína: proteção contra metais pesados Os promotores normalmente respondem a múltiplos sinais 18/05/15 8 A maquinaria basal interage com os vários elementos ativadores Elementos regulatórios são preservados filogeneticamente Enhancer do gene de interferon γ 18/05/15 9 Os fatores de transcrição atuam normalmente na forma de dímeros Os quatro principais desenhos básicos (motivos) para proteínas ligadoras de DNA • Dedos de Zinco (zinc fingers) • Zíper de leucina • Hélice-volta-hélice (helix-turn-helix) • Basic Helix-laço-hélice (helix-loop-helix) 18/05/15 10 Zinc-finger • Os dedos de zinco são formados por duas fitas β- pregueadas anti-paralelas e uma α-hélices • FT deste tipo contêm um ou mais domínios de dedos de zinco • Cisteínas e histidinas coordenam o complexo com Zn++ Zíper de leucina • são proteínas que apresentam uma hélice com repetições periódicas de leucina • Estes domínios dimerizam formando uma super-hélice (coiled coil) 18/05/15 11 Hélice-volta-hélice • São formadas por duas hélices separadas por uma volta (turn) • Estrutura típica em repressores procariotos, ocorre também em FT eucariótiocos Hélice-laço-hélice (HLH) • Relacionado ao domínio de zíper de leucina • contém duas hélices separadas por um laço • Formam dímeros 18/05/15 12 Vários fatores de transcrição agem na forma de dímeros • Incluindo os TF das famílias dedos de zinco, zíper de leucina e HLH • Podem ser homo ou heterodímeros • Permite uma maior diversidade na resposta aos TFs O Complexo iniciador da transcrição depende de ativadores associados a regiões reguladoras distais os enhancers 18/05/15 13 Fatores repressores podem também agir de diversas formas Os insuladores garantem a compartimentalização do efeito dos enhancers 18/05/15 14 A metilação da cromatina tem um papel importante no silenciamento de genes O Controle pode ser epigenético 18/05/15 15 Quem regula o regulador? Adaptado de Lewin, B. (2000) Genes VII 18/05/15 16 Muitos promotores respondem a estímulos extra-celulares • Alguns fatores de transcrição respondem a presença de hormônios como a corticóides, tiroxina ou ácido retinóico • Estes receptores hormonais transitam entre o citoplasma (na forma livre) e o núcleo (forma ligada) Estes fatores são relacionados estruturalmente 18/05/15 17 Estímulos extra-celulares também podem vir de fatores protéicos • Hormônios polipeptídicos não são internalizados e reconhecem receptores específicos na membrana citoplasmática, desencadeando uma cascata de eventos que levam a mensagem ao núcleo Regulação pelo fator NF-κB Nature Immunology 4, 723 - 724 (2003) The Cell 2010 18/05/15 18 Podemos regular a expressão gênica com fármacos • O efeito de algumas drogas utilizadas no nosso dia a dia pode ser entendida através de circuitos regulatórios complexos • Por exemplo os corticóides interferem na síntese de IkBα que age sequestrando o fator NFkB, um importante fator regulatório que só pode chegar ao núcleo quando IkBα é degradado sob efeito da presença de TNF
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