Reg. da Expressıo Gınica Eucariotos

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Regulação em 
Eucariotos 
Resumo 
Regulação em Eucariotos 
•  Procariotos: ajuste das células às mudanças 
nutricionais no ambiente, de forma que o seu 
crescimento e divisão sejam otimizados. 
•  Eucariotos: regula um programa genético 
fundamental para o desenvolvimento 
embrionário e a diferenciação. 
Procariotos X Eucariotos 
Regulação em Eucariotos 
•  Procariotos: molécula de DNA “mais 
disponível” para transcrição no nucleóide. 
•  Eucariotos: a transcrição deve levar em 
consideração a compactação do DNA nos 
nucleossomos e as formas mais compactas da 
estrutura da cromatina. 
Procariotos X Eucariotos 
Regulação em Eucariotos 
Procariotos X 
Eucariotos 
mRNAs eucarióticos são monocistrônicos 
P A B C P P 
P A B C 
mRNAs bacterianos são policistrônicos! 
Cada gene com 
seu promotor 
específico 
sendo traduzido 
em uma proteína 
Um promotor 
específico para 
vários genes são 
traduzidos em 
várias proteínas 
Regulação em Eucariotos 
•  Procariotos: genes freqüentemente 
controlados por uma única seqüência 
regulatória, tipicamente localizada próxima 
ao promotor. 
•  Eucariotos: proteínas reguladoras 
(repressores e ativadores) atuam mesmo 
quando estão ligadas ao DNA a milhares de 
pares de nucleotídeos distantes do promotor. 
Procariotos X Eucariotos 
Regulação 
em 
Eucariotos: 
Promotores e 
elementos de 
controle 
Regulação em Eucariotos 
•  Procariotos: uma RNA-polimerase, capaz de 
iniciar a transcrição sem o auxílio de 
proteínas adicionais. 
•  Eucariotos: três tipos: RNA-polimerase I, 
RNA-polimerase II e RNA-polimerase III. 
Requerem a ajuda de um grande conjunto de 
proteínas chamadas fatores gerais de 
transcrição. 
Procariotos X Eucariotos 
Regulação em Eucariotos 
RNA-polimerases 
•  RNA-polimerase I: maioria dos rRNA; 
•  RNA-polimerase II: Pré mRNA, mais alguns 
genes que codificam pequenos RNAs (ex. 
“spliceosomes”); 
•  RNA-polimerase III: tRNAs, rRNA 5S 
Regulação 
em 
Eucariotos 
Tipos da 
RNA-
polimerase 
Regulação em Eucariotos 
Fatores de Transcrição 
•  Os promotores isoladamente são 
geralmente ineficientes. 
•  Os Fatores de Transcrição seletivos 
aumentam a atividade do promotor; 
•  Em alguns casos, proteínas adicionais 
(mediadores, coativadores) também são 
requeridos para estimular a transcrição; 
Regulação em Eucariotos 
Fatores de Transcrição 
•  Posicionam corretamente a RNA-polimerase 
no promotor; 
•  Ajudam na separação das fitas de DNA 
para permitir o início da transcrição; 
•  Liberam a RNA-polimerase do promotor 
quando a transcrição se inicia; 
Regulação em Eucariotos 
Etapas na 
formação do 
complexo de 
iniciação da 
transcrição 
em eucariotos 
Fatores de 
Transcrição 
Os fatores transcricionais seletivos 
aumentam a atividade do promotor 
• Os promotores isoladamente são geralmente 
ineficientes. Fatores de transcrição seletivos que se 
ligam à região “upstream” e a “enhancers” aumentam 
a iniciação. 
• Em alguns casos, proteínas adicionais (mediadores, 
coativadores) são requeridos para estimular a 
transcrição. 
• Proteínas que se ligam a seqüências de “enhancer” 
devem atuar de forma semehante àquelas que se 
ligam próximas ao promotor. O DNA entre o 
“enhancer” e o promotor forma uma alça para permitir 
que as proteínas ativadoras ligadas ao “enhancer” 
façam contato com as proteínas ligadas ao promotor. 
Complexo TBP-TFIIA-TFIIB-DNA 
Regulação na Transcrição 
• As proteínas reguladoras ou fatores de transcrição 
estimulam a transcrição e possuem dois domínios 
um de ligação ao DNA e outro de ativação 
transcricional. 
• As proteínas reguladoras são proteínas que ligam-
se ao DNA reconhecendo regiões específicas, 
denominadas domínios ou motivos. Dentre estes 
domínios tem-se: 
1. Hélice-giro-hélice 
2. Dedo de zinco 
3. Homeodomínio 
4. Zíper de Leucina 
5. Hélice alça hélice 
1. Domínio Hélice-giro-hélice 
• Compreende cerca de 20 
a m i n o á c i d o s e m d o i s 
segmentos curtos de α hélice. 
• Cada α hélice contém de sete 
a n o v e r e s í d u o s d e 
aminoácidos de comprimento 
e são separadas por uma volta 
β. 
• Um dos dois segmentos é 
c h a m a d o d e h é l i c e d e 
reconhecimento ou seja o mais 
próximo a carboxila liga-se ao 
DNA. 
 
Regulação na Transcrição 
2. Domínio dedo de 
zinco 
• 30 res íduos de 
a m i n o á c i d o s 
formando uma alça 
mantida junta pela 
base por meio de 
um íon de Zn, que 
está coordenado a 
quatro resíduos de 
Cys e duas His. 
• V á r i a s c a d e i a s 
laterais hidrofóbicas 
n o n ú c l e o d a 
estrutura levam a 
estabilidade. 
• Os dedos de Zn 
ligam-se ao DNA 
• R e c e p t o r e s d e 
h o r m ô n i o s 
esteróides 
Fatores de Transcrição: eucariotos 
Hélice-giro-hélice 
Hélice-alça-hélice 
Regulação em Eucariotos 
Enhancer 
•  Proteínas que se ligam a seqüências de 
“enhancer ” devem atuar de forma 
semelhante àquelas que se ligam próximas ao 
promotor. 
•  O DNA entre o “enhancer” e o promotor 
forma uma alça para permitir que as 
proteínas ativadoras ligadas ao “enhancer” 
façam contato com as proteínas ligadas ao 
promotor; 
Regulação em Eucariotos: Fatores de Transcrição 
Regulação em Eucariotos: Combinação de Proteínas 
•  A maioria das proteínas reguladoras de genes 
atuam como parte de um “comitê” de proteínas 
reguladoras, 
•  Todas essenciais para a expressão de 
determinado gene na célula correta, sob 
determinadas condições, no tempo certo e no nível 
requerido; 
• O termo controle combinatorial refere-se a forma 
como grupos de proteínas trabalham juntas para 
determinar a expressão de um único gene. 
Uma Única Proteína Pode Coordenar a 
Expressão de Diferentes Genes 
• Embora o controle da expressão gênica em eucariotos 
seja combinatorial, o efeito de uma única proteína 
reguladora pode ser decisiva para ligar e desligar, 
simplesmente completando a combinaçção necessária 
para ativar ou reprimir um gene. 
• Um exemplo disso em humanos é o caso do receptor 
de glicocorticóide. Para se ligar aos sítos no DNA o 
receptor precisa formar um complexo com uma 
molécula de um hormônio esteróide (p.ex. cortisol). Em 
resposta aos hormônios glicocorticóides, as células do 
fígado aumentam a expressão de vários genes. 
Características principais que distinguem a regulação em 
eucariotos 
Mecanismos 
de repressão 
em 
eucariotos 
• Modelos para a mudança 
da cromatina 
1. Modelo de competição 
prévia: 
• Histonas versus Fatores de 
transcrição 
• Se a cromatina estiver na 
forma de nucleossomo os 
fatores de transcrição e a 
RNA pol não podem se ligar 
•  Se fatores de transcrição e 
a RNA pol se ligarem no 
promotor as histonas são 
excluídas 
Pontos de regulação 
DNA 
Nucleossomos 
Nucleossomos 
formando solenóides 
Um ‘loop’ 
 Uma roseta 
 (Seis ‘loops’) 
Uma cromátide 
Centrômero 
Cromossomo metafásico 
Nucleossomo 
•  A transcrição de um gene eucariótico é 
fortemente reprimida quando o DNA está 
condensado dentro da cromatina na forma de 
nucleossomo. 
Modificações na Cromatina aumenta a 
acessibilidade ao DNA 
• A cromatina é remodelada pela acetilação 
e por deslocamentos nucleossomais. 
• Complexos enzimáticos são capazes de 
catalisar as alterações estruturais da 
cromatina durante a transcrição. 
• Estas enzimas acetilam e deacetilam as 
histonas básicas do nucleossomo, outras 
usam a química do ATP para remodelar os 
nucleossomos no DNA. 
Modificações na Cromatina aumenta a 
acessibilidade ao DNA Coativadores 
acetilam as 
histonas do 
nucleossomo 
Modificações na Cromatinaaumenta a acessibilidade 
ao DNA 
(a) Repressor dirige a 
deacetilação da histona na 
extremidade N terminal do 
nucleossomo inibindo a 
ligação dos fatores de 
transcrição reprimindo a 
expressão gênica. 
(b)  O ativador dirige a 
hiperacetilação da histona 
na extremidade N terminal 
do nucleossomo facilitando 
o acesso dos fatores de 
transcrição requeridos para 
a ativação da expressão 
gênica. Repressão e 
ativação de muitos genes 
em eucariotos superiores 
ocorre de modo similar. 
 
 
Modificações na Cromatina aumenta a 
acessibilidade ao DNA 
• Expressão gênica também esta associada à 
metilação 
• Metilação nas proximidades do promotor 
principalmente na citosina reprime a transcrição 
• A metilação do DNA está associada ao 
silenciamento gênico em mamíferos 
• Uma minoria dos sítios é metilado nos tecidos em 
que o gene não é expresso, mas genes ativos nunca 
estão metilados. 
• Exemplo de metilação: Inativação do cromossomo 
X em mamíferos 
Características principais da regulação gênica 
transcricional em eucariotos 
• Restrição ao acesso dos promotores eucarióticos pela 
estrutura da cromatina e a ativação da transcrição é 
associada com alterações múltiplas na estrutura da 
cromatina na região transcrita. 
• Predominância dos elementos regulatórios positivos. 
Todo gene eucariótico requer ativação para ser 
transcrito. 
• As proteínas regulatórias são multiméricas, grandes e 
complexas. 
• A transcrição no núcleo eucariótico está separada 
tanto no espaço, quanto no tempo da tradução no 
citoplasma. 
Controle da expressão gênica pós 
transcricional ou no processamento 
do pré mRNA mensageiro 
Regulação em Eucariotos: Processamento pré mRNA 
Processamento Alternativo 
• Um mesmo gene pode originar diferentes produtos 
pelo processamento alternativo (Alternative 
splicing) ou recomposição alternativa dos 
transcritos gênicos primários ou seja um único gene 
codifica polipeptídeos diferentes 
Processamento Alternativo