Controle da expressão gênica Visao Geral

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Controle da expressão Controle da expressão 
gênicagênica
Visão Geral
M a r
l i s e
B L G
 1 0 1
7
Uma célula diferenciada contém todas as instruções 
genéticas necessárias para formar um organismo
Uma célula diferenciada contém todas as instruções 
genéticas necessárias para formar um organismo
ALGUMAS OBSERVAÇÕES...
1.Muitos processos são comuns a todas as células e 
quaisquer 2 células em um organismo possuem muitas 
proteínas em comum
2.Algumas proteínas são abundantes nas células 
especializadas onde atuam, mas não são encontradas 
em outras células
3. Uma célula humana expressa ~10 a 20 mil genes, 
em qq época, entretanto o nível da expressão da 
maioria dos genes ativos varia de um tipo celular 
para o outro
4. Enorme diferença no padrão de produção de 
proteínas: a expressão gênica pode ser regulada 
em vários passos após a transcrição; ocorrência 
de splicing alternativo; modificação química das 
proteínas
ALGUMAS OBSERVAÇÕES...
UMA CÉLULA PODE ALTERAR A EXPRESSÃO DE 
SEUS GENES EM RESPOSTA A SINAIS EXTERNOS
Ex.:
GLICOCORTICÓIDE
Cél. Fígado:
Aumenta a produção 
de várias proteínas, 
como a tirosina 
aminotransferase
(tirosina →→→→ glicose)
Céls. adiposas:
Diminui produção de 
tirosina 
aminotransferase
Alguns tipos 
celulares não 
respondem a 
glicocorticóides
6 PASSOS ONDE A EXPRESSÃO GÊNICA PODE SER 
CONTROLADA EM EUCARIONTES
COMO UMA CÉLULA DETERMINA QUAIS DOS 
SEUS GENES IRÁ TRANSCREVER?
A transcrição de cd gene é controlada por uma 
região REGULATÓRIA de DNA relativamente 
próxima ao sítio de início da transcrição
Simples
(Comutadores 
acionados por um 
único sinal)
Complexa
(respondem a vários 
sinais)
2 componentes fundamentais:
1. Pequenos trechos de DNA com sequência definida
2. Proteínas de regulação gênica que reconhecem e se 
ligam a eles
PROTEÍNAS DE REGULAÇÃO GÊNICA
• Reconhecem informações da 
sequência de DNA nos sulcos 
maior e menor na dupla hélice
• reconhecem os padrões dos 
grupamentos doadores e 
aceptores de pontes de H
• reconhecem distorções na 
hélice determinadas pela 
sequência de nts
• Azul = doadores 
potenciais de 
pontes de H
• Vermelho = 
aceptores
potenciais de 
pontes de H
• Amarelo = 
protuberâncias 
hidrofóbicas dos 
grupamentos metila
• Branco = H não 
disponíveis para 
pontes de H
APENAS NO SULCO MAIOR OS PADRÕES SÃO APENAS NO SULCO MAIOR OS PADRÕES SÃO 
MARCADAMENTE DIFERENTES PARA CADA UM DOS MARCADAMENTE DIFERENTES PARA CADA UM DOS 
QUATRO ARRANJOS ENTRE OS 4 PARES DE BASES!QUATRO ARRANJOS ENTRE OS 4 PARES DE BASES!
Proteínas de regulação gênica geralmente se 
ligam ao sulco maior
• necessidade de 
distorção do DNA 
para maximizar 
encaixe entre DNA 
e proteína
• capacidade de 
distorção depende 
da sequência de nts
Algumas proteAlgumas proteíínas de regulanas de regulaçção gênica ão gênica 
induzem uma grande curvatura no DNA, induzem uma grande curvatura no DNA, 
quando se ligam a ele, como a CAP (protequando se ligam a ele, como a CAP (proteíína na 
ativadora de catabolismo), em ativadora de catabolismo), em E. coliE. coli
•• reconhecimento reconhecimento 
molecular depende de molecular depende de 
encaixe perfeito entre encaixe perfeito entre 
duas molduas molééculasculas
•• superfsuperfíície da cie da protprot de de 
regularegulaçção ão éé complementar complementar 
ààs caracters caracteríísticas sticas 
especiais da superfespeciais da superfíície da cie da 
dupla hdupla héélicelice
•• ~20 contatos são ~20 contatos são 
estabelecidos entre a estabelecidos entre a 
proteproteíína e o DNA: pontes na e o DNA: pontes 
de H, ligade H, ligaçções iônicas, ões iônicas, 
interainteraçções hidrofões hidrofóóbicasbicas
MOTIVOS PROTEICOS DE LIGAMOTIVOS PROTEICOS DE LIGAÇÇÃO AO DNAÃO AO DNA
Hélice-volta-hélice
• 2 αααα hélices conectadas por pequena cadeia de aa
(“volta”)
• Hélice C-terminal: reconhecimento – encaixe no 
sulco >
Ex. de Proteínas de ligação ao DNA hélice-volta-
hélice
Muitas proteMuitas proteíínas de liganas de ligaçção a sequências ão a sequências 
especespecííficas do DNA ligamficas do DNA ligam--se como dse como díímeros meros 
simsiméétricos a dois tricos a dois ““meiomeio--ssíítiostios”” similares de ligasimilares de ligaçção ão 
no DNA, tambno DNA, tambéém arranjados simetricamentem arranjados simetricamente
Proteína Cro de fago lâmbda
VVáárias proterias proteíínas com motivo estrutural nas com motivo estrutural hhéélicelice--
voltavolta--hhéélicelice apresentam uma apresentam uma sequênciasequência de ~60 de ~60 aaaa, , 
denominada denominada HOMEODOMHOMEODOMÍÍNIONIO
Estas proteEstas proteíínas são codificadas por nas são codificadas por genes genes 
seletores seletores homehomeóóticosticos, que têm um papel cr, que têm um papel críítico na tico na 
orquestraorquestraçção do desenvolvimento em ão do desenvolvimento em DrosophilaDrosophila
ProteProteíínas com nas com homeodomhomeodomíínionio têm sido identificadas têm sido identificadas 
em virtualmente todos os organismosem virtualmente todos os organismos
Ligação de um homeodomínio à sua sequência
específica de DNA
Selvagem Antennapedia
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MOTIVOS PROTEICOS DE LIGAMOTIVOS PROTEICOS DE LIGAÇÇÃO AO DNAÃO AO DNA
Dedos de zinco
• Nome alusivo à aparência do motivo em desenhos 
esquemáticos
• Vários grupos estruturais distintos
Estrutura de um fragmento de proteína de 
regulação gênica de camundongo ligada ao DNA: 3 
dedos de zinco arranjados em repetições diretas, 
onde cada dedo é construído a partir de uma 
folha ββββ antiparalela seguida por uma αααα hélice
Dímero do domínio dedo de zinco de uma família de 
receptores intracelulares ligado a sua sequência de 
DNA específica: cd domínio tem 2 átomos de Zn, um 
que estabiliza a hélice de reconhecimento do DNA e 
outro que estabiliza uma alça envolvida na formação 
do dímero
MOTIVOS PROTEICOS DE LIGAMOTIVOS PROTEICOS DE LIGAÇÇÃO AO DNAÃO AO DNA
Zíper de leucina
• Dímero com 2 hélices, 1 de cd
monômero, mantidas juntas por 
interações entre as cadeias laterais 
de aa hidrofóbicos (leucina 
principalmente)
• Cadeias laterais entram em contato 
com o sulco >
Várias proteínas de regulação gênica, como as 
zíperes de leucina, podem formar heterodímeros, 
aumentando o repertório de especificidades de 
ligação ao DNA
Cada proteína zíper de leucina forma dímeros com somente um 
pequeno conjunto de outras proteínas zíper
Controle combinatório
MOTIVOS PROTEICOS DE LIGAMOTIVOS PROTEICOS DE LIGAÇÇÃO AO DNAÃO AO DNA
Hélice-alça-hélice
• αααα hélice pequena conectada 
por uma alça a outra αααα hélice 
>
• flexibilidade da alça permite 
que uma hélice se dobre e 
empacote com a outra
• forma homo e heterodímeros
• pode formar heterodímeros
inativos
ATENATENÇÇÃO!ÃO!
Não me confundir Não me confundir 
com com hhéélicelice--voltavolta--
hhéélicelice!!
Dímero hélice-alça-
hélice ligado ao DNA
Regulação inibitória 
por uma proteína 
HLH truncada
MOTIVOS PROTEICOS DE LIGAMOTIVOS PROTEICOS DE LIGAÇÇÃO AO DNAÃO AO DNA
Folhas ββββ pregueadas
• Duas fitas leem a 
informação na 
superfície do sulco 
>
• Reconhecem várias 
sequências 
diferentes
• A sequência
reconhecida 
depende da 
sequência de aa da 
folha ββββ pregueada
Proteína repressora met bacteriana
ÉÉ POSSPOSSÍÍVEL PREVER AS SEQUÊNCIAS DE DNA VEL PREVER AS SEQUÊNCIAS DE DNA 
RECONHECIDAS POR TODAS AS PROTERECONHECIDAS POR TODAS AS PROTEÍÍNAS DE NAS DE 
REGULAREGULAÇÇÃO GÊNICA?ÃO GÊNICA?
Interação comum
Ligação do mesmo motivo a 
diferentes sequências