controle expressão eucariontes

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22/06/2012
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CONTROLE DA EXPRESSÃO
GÊNICA
Eucariontes
• 5 fatores gerais de transcrição (27 
subunidades): a montagem das 
subunidades fornece várias etapas 
em que a taxa de início da 
transcrição pode ser aumentada ou 
diminuída
• não tem operons (cada gene é 
regulado individualmente)
• Genes controlados por muitas 
proteínas regulatórias (às vezes 
centenas!)
• Componente central da regulação 
gênica: Mediador – complexo com 24 
subunidades
• Empacotamento do DNA em 
cromatina fornece várias 
oportunidades para a regulação da 
transcrição
Procariontes
• Fator sigma (único fator 
geral de transcrição)
• operons – conjuntos de 
genes relacionados 
transcritos como uma 
unidade
• Genes controlados por 
uma ou poucas proteínas 
regulatórias
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NÍVEIS DA REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA 
EM EUCARIONTES
1. Transcrição
2. Processamento do pré-mRNA
3. Estabilidade do mRNA (pós-transcricional)
4. Tradução
5. Pós-traducional
Controle da transcrição
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Regulação transcricional eucariótica
Mediada por interações DNA-proteína
Proteínas 
reguladoras 
positivas
Proteínas 
reguladoras 
negativas
Ativam transcrição Inibem transcrição
EM EUCARIONTES:
REGIÃO DE 
CONTROLE 
GÊNICO
• Promotor – onde FTs e RNA 
polimeraseII se associam
• Sequências regulatórias – onde 
proteínas regulatórias se ligam para 
controlar as taxas dos processos de 
associação ao promotor
Podem estar localizadas muito longe do gene!
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Como pode uma 
sequência regulatória 
estar tão longe do 
gene que regula?
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• A flexibilidade do DNA permite uma volta curva 
a cada ~200pb
• A interação proteica é facilitada quando 2 sítios 
de ligação a proteínas são separados por múltiplos 
de 10, o que coloca ambas as proteínas do mesmo 
lado da dupla hélice de DNA
DIFERENÇAS ENTRE FATORES GERAIS DE 
TRANSCRIÇÃO E PROTEÍNAS DE REGULAÇÃO 
GÊNICA
Fatores Gerais de 
Transcrição:
• Proteínas 
abundantes
• Poucos tipos 
diferentes
• Associam-se aos 
promotores de 
TODOS os genes 
transcritos pela 
RNApolII
Proteínas de regulação gênica (ou 
Fatores Especiais de Transcrição):
• Podem ativar a transcrição, 
ligando-se a sequências 
estimuladoras (acentuadoras ou 
enhancers) 
• Podem ser reguladores negativos, 
inibindo a transcrição
• Milhares de tipos diferentes
• Cada uma presente em qtd mto 
peq na cél.
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Você sabia que dos nossos 
cerca de 30.000 genes, 
estima-se que 5 a 10 % 
codificam para proteínas 
regulatórias?
É, mas as proteínas 
regulatórias 
representam, cada uma, 
menos de 0,01% do total 
de proteínas na célula!
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PROTEÍNAS ATIVADORAS EUCARIÓTICAS
COMO FUNCIONAM AS PROTEÍNAS ATIVADORAS 
DE GENES?
Desenho modular com pelo menos 2 domínios 
distintos:
1)Motivo estrutural que reconhece uma sequência 
de DNA regulatória específica
2)Domínio de ativação – acelera a taxa de início 
da transcrição
Maioria das proteínas de 
regulação
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Uma vez ligadas ao DNA, como as proteínas 
eucarióticas de ativação gênica aumentam a taxa 
de início da transcrição?
• Vários mecanismos, que podem atuar juntos num 
mesmo promotor
• Atraem, posicionam e modificam os fatores gerais 
de transcrição e a RNA polII no promotor
Atuando diretamente na 
maquinaria de transcrição ou 
alterando a estrutura da 
cromatina ao redor do 
promotor
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Ativação do início da 
transcrição em 
eucariontes pelo 
recrutamento do 
complexo RNA pol II 
holoenzima
Modelo para a ação de alguns ativadores 
transcricionais eucarióticos
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Proteínas de ativação gênica atuam sinergicamente
4 modos pelos quais as proteínas ativadoras 
eucarióticas podem alterar a estrutura local da 
cromatina para ativar a transcrição
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Facilitação da ligação 
de proteínas ativadoras 
adicionais
Cauda da histona H4, 
com lisinas acetiladas, 
atrai TFIID
Acetilação X estímulo da transcrição
Domínio específico para o 
reconhecimento de histonas 
acetiladas
PROTEÍNAS REPRESSORAS EUCARIÓTICAS
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O SILENCIAMENTO GÊNICO PODE 
OCORRER POR DIFERENTES 
MECANISMOS
Proteínas de repressão gênica
6 MANEIRAS PELAS QUAIS AS 
PROTEÍNAS EUCARIÓTICAS DE 
REPRESSÃO PODEM OPERAR
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Proteínas de regulação gênica eucarióticas 
frequentemente associam-se em complexos no DNA
Não se ligam ao DNA, mas associam-se 
a proteínas de regulação gênica ligadas 
ao DNA
Interagem com 
complexos de 
remodelamento da 
cromatina, enzimas 
modificadoras de 
histonas, RNA pol 
holoenzima e FGTs
•Em alguns casos forma-se uma estrutura elaborada 
de DNA-proteína, chamada ESTIMULOSSOMA
Garante que o gene seja expresso 
somente quando a combinação correta 
de proteínas esteja presente na célula
Contém proteínas arquiteturais que 
dobram o DNA em um ângulo definido 
Promovem a associação de 
outras proteínas
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As proteínas regulatórias também têm sua atividade 
controlada
O que faz com que a região 
controladora de um gene 
não influencie em outro 
gene, bagunçando sua 
expressão?
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OS ELEMENTOS ISOLADORES OU LIMÍTROFES!!
• Sequências de DNA que impedem as proteínas 
regulatórias de influenciar genes adjacentes
• Ligam-se a proteínas específicas
1)Tamponam os genes dos efeitos repressores da 
heterocromatina
2) Podem bloquear a ação dos estimuladores se 
estiverem localizados entre o estimulador e o 
promotor do gene-alvo
Será que...
... Se trocarmos a posição do gene em um 
cromossomo a transcrição será afetada?
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Variação na densidade da cromatina dentro do 
núcleo celular
Coloração diferencial de segmentos cromossômicos
Heterocromatina
(densamente 
corada)
Eucromatina
(pouco corada)
Maioria dos genes eucarióticos!
O que acontece se translocarmos um gene 
eucromático para uma região de 
heterocromatina?????
Funcionam anormalmente ou não funcionam!
Ex. Variegação de efeito de posição
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Drosophila na qual o alelo selvagem do gene white foi realocado por uma 
inversão para uma região de heterocromatina do cromossomo X (à esq.). A 
interferência na expressão normal do gene white leva à variegaçào do efeito 
de posição
Fatores ambientais podem induzir a expressão 
gênica em eucariontes?
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GENES EUCARIÓTICOS
Controle espacial
Controle temporal
Regulação da 
expressão 
gênica em 
diferentes 
estágios em 
eucariontes, 
possibilitada 
pela 
compartimenta
lização celular
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Para que um 
sinal externo 
tenha efeito 
sobre o nível 
de transcrição 
precisa antes 
passar por...
Nos eucariontes multicelulares...
Ainda será necessário o sinal ambiental 
atravessar várias camadas de células para 
ter impacto na transcrição dos genes de um 
determinado tecido
COMUNICAÇÃO INTERCELULAR
Fator importante na regulação 
transcricional eucariótica!!
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INDUÇÃO DA ATIVIDADE TRANSCRICIONAL 
POR FATORES AMBIENTAIS E BIOLÓGICOS
temperatura luz hormônios
TEMPERATURA
Genes Heat-shock
• Codificam proteínas altamente 
conservadas (identidade entre as 
sequências de aa de E. coli e Drosophila ~ 
40 a 50%)
• HSP70 – codificada por famílias de 
genes situados em 2 grupos; 5 a 6 cópias
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• HSTF no núcleo 
celular
• T > 33°C, 
HSTF é 
fosforilado
• Liga-se a 
sequências antes 
dos genes hsp70 
(elementos de 
resposta heat-
shock), tornando-
os acessíveis à 
RNApolII
• Transcrição 
intensamente 
estimulada
LUZ
• Genes da ribulose 1,5-bifosfato-
carboxilase em plantas (enzima 
crucial na fotossíntese)
• Subunidades enzimáticas 
codificadas por genes diferentes
• Processo de indução 
incompletamente conhecido
• Luz absorvida por cromóforo 
ligado ao fitocromo (prot citop), 
causando alteração conformacional 
neste, o qual dispara alterações em 
outras proteínas... Alguns TFs
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HORMÔNIOS
2 classes gerais em animais:
• esteróides
• peptídicos
A expressão gênica induzida por hormônios 
é mediada por Elementos de Resposta 
Hormonal (HRE) – sequênciasno DNA onde 
se ligam os fatores de transcrição
HORMÔNIOS ESTERÓIDES
• moléculas pequenas, lipossolúveis, derivadas do 
colesterol
• facilidade para atravessar membranas 
celulares
• interagem com receptores hormonais 
(proteínas citoplasmáticas) formando um 
complexo que atua como fator de transcrição 
para regular a expressão de alguns genes
Exs:
• estrogênio, progesterona e testosterona
• glicocorticóides (nível de açúcar no sangue)
• ecdisona (desenvolvimento em insetos)
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HORMÔNIOS PEPTÍDICOS
• moléculas proteicas grandes para atravessar 
livremente a membrana
• sinal transmitido por proteínas receptoras 
ligadas à membrana
• eventos em cascata levam o sinal até o 
núcleo regulando a expressão de certos genes
TRANSDUÇÃO DE SINAL
Ex.:
• insulina (nível de açúcar no sangue)
• somatotrofina (crescimento)
• prolactina (leite)
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VÁRIAS MOLÉCULAS PROTEICAS PODEM 
INDUZIR A ATIVIDADE TRANSCRICIONAL
• fator de crescimento nervoso
• fator de crescimento epidérmico
• fator de crescimento derivado de plaquetas
Moléculas circulantes
• proteínas associadas à superfície celular
• proteínas associadas à matriz entre células
Moléculas não -circulantes
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SPLICING ALTERNATIVO (RECOMPOSIÇÃO)
CONTROLE DO PROCESSAMENTO DO PRÉ-mRNA
Ex. 1: Gene da troponina (proteína do músculo 
esquelético) em ratos
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Ex. 2: Gene regulador principal da determinação do 
sexo em Drosophila Sxl ligado ao X 
A proteína reguladora 
codificada por Sxl, 
presente nos embriões XX, 
induz a expressão de 
genes fazendo com que 
tais embriões se 
desenvolvam em fêmeas
A recomposição é 
controlada pela proporção 
entre cromossomos X e 
Autossomos
• X:A = 1,0 fêmea
• X:A = 0,5 macho
CONTROLE CITOPLASMÁTICO DA 
ESTABILIDADE DO mRNA
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A longevidade do mRNA pode ser influenciada por
• cauda de poli(A)
• sequência da região 3’ UTR que precede a cauda 
de poli(A)
• fatores químicos como hormônios (em Xenopus
estrogênio ativa a transcrição do gene da 
vitelogenina E aumenta a estabilidade do mRNA)
• RNAs pequenos de interferência (siRNA) ou 
microRNA (miRNA)
REGULAÇÃO PÓS-
TRANSCRICIONAL DA EXPRESSÃO 
POR INTERFERÊNCIA DE RNA
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RNA de interferência
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Fim! (Por Hoje)