Regulacao Genica em Eucariotos

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Regulação Gênica 
em Eucariotos
Marcos Sousa
Estrutura Gênica
• Gene: toda a seqüência de ácido nucléico que é 
necessária para a síntese de um polipeptídeo 
funcional ou molécula de RNA.
• Unidade de Transcrição : segmento de DNA que 
codifica a seqüência no transcrito primário.
• Promotor: a seqüência mínima necessária para 
que a transcrição se inicie corretamente.
• Elementos Regulatórios em Cis: elementos que 
regulam a iniciação da transcrição.
2Prof. Dr. Marcos Sousa
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Regulação gênica em eucariotos
 não há operons semelhantes aos de 
bactérias nos eucariotos; 
 exceção de leveduras e nematóides;
 em eucariotos a transcrição é espacial e 
temporalmente separada da tradução.
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Regulação Espacial e Temporal dos 
Genes Eucarióticos
- Possuem um grande arranjo de genes que codificam as 
glicoproteínas variantes da superfície;
- A identidade do gene expresso é alterada durante uma 
infecção;
- Infecção perpetuada, levando o organismo à morte por 
exaustão.
Doença Africana do Sono Doença Africana do Sono -- TrypanosomaTrypanosoma bruceibrucei
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 Expressão controlada dos milhares de genes;
 Espacialmente: A complexidade dos eucariontes
multicelulares é parcialmente devida à expressão
histoespecífica de muitos genes diferentes;
 Temporalmente: Genes diferentes são expressões em
momentos diferentes; Sinais biológicos ou estímulos
ambientais; Mais visíveis durante o crescimento do
organismo.
Regulação Espacial e Temporal 
dos Genes Eucarióticos
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Exemplos:Exemplos:
 Regulação Espacial dos Genes de Tubulina em plantas:
São expressos de modo histoespecífico, ou seja, há genes
diferentes (TUB1 / TUB8) para expressar tubulinas (alfa e
beta) diferentes, comprovando que tipos distintos de
microtúbulos são necessários em locais distintos na planta;
 Regulação Temporal de Genes de Globina em animais:
A hemoglobina possui tetrâmeros de polipeptídeos
chamados de Globinas, cada uma composta de duas cadeias
alfa e duas beta. Os genes que as expressam se dão em
épocas diferentes, devido a necessidade.
Regulação Espacial e Temporal 
dos Genes Eucarióticos
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 Regulação pode ser feita a nível transcricional, de
processamento ou de tradução;
 Devido a compartimentalização, a regulação pode se dar no
núcleo (DNA ou RNA) ou no citoplasma (RNA ou
Polipeptídeos);
 Procariontes: regulação, principalmente, transcricional, com
proteínas interagindo positivamente (CAP/AMPcíclico) ou
negativamente (proteína repressora lac) com DNA;
 Eucariontes: Regulação transcricional é mais difícil, mas também
ocorre (fatores de transcrição);
Modos de Regular a Expressão 
Gênica Eucariótica:
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Modos de Regular a Expressão Gênica Eucariótica:Modos de Regular a Expressão Gênica Eucariótica:
 Recomposição Alternativa: Os genes eucarióticos apresentam íntrons 
e éxons. Os íntrons podem ser removidos separadamente ou em 
combinação, o que possibilita a remoção de éxons junto, modificando 
a sequência codificante de um RNA e, consequentemente, as 
proteínas formadas;
 Exemplo: Genes para Troponina T (proteína encontrada no músculo 
esquelético de vertebrados). O gene possui cerca de 18 éxons 
diferentes. Tradução de diferentes formas da proteína, evidenciando a 
variabilidade de ação muscular.
Regulação Espacial e Temporal 
dos Genes Eucarióticos
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 Controle citoplasmático: A degradação do RNA
mensageiro no citoplasma é um ponto de controle no
processo geral de expressão gênica;
 A estabilidade de um RNAm pode ser influenciada e
regulada por diversos fatores (sequência de
nucleotídeos, hormônios ou por moléculas não
codificantes de RNA);
 Moléculas reguladoras: Pequenos RNA de
interferência (siRNA) ou microRNA (miRNA).
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Modos de Regular a Expressão Gênica 
Eucariótica:
INDUÇÃO DA ATIVIDADE GÊNICA POR 
FATORES AMBIENTAIS E BIOLOGICOS
 ´´A expressão gênica eucariótica pode ser induzida por fatores 
ambientais como calor luz e por moléculas sinalizadoras tais 
como hormônios e fatores de crescimento´´
 Temperatura: Os genes heat-shock:
• O estresse de alta temperatura regula a nível transcricional a produção de 
proteínas Heat-Shock.
• As Heat-shock ajudam a estabilizar o ambiente intracelular.
• Presente tanto em eucariontes quanto em procariontes.
• HSP70 em Drosophilas.
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Luz: Os genes da ribulose 1,5 bifosfato carboxilase em plantas:
 RBC: papel crítico na fotossíntese, incorpora o CO2 as moléculas de 
acucar.
 A fotossíntese depende da capacidade da planta de absorver energia, 
no escuro o processo é interrompido.
 O mecanismo de transcrição da RBC ainda não é bem compreendido.
INDUÇÃO DA ATIVIDADE GÊNICA POR 
FATORES AMBIENTAIS E BIOLOGICOS
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Hormônios esteróides => moléculas 
lipossolúveis derivadas do colesterol.
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Hormônios peptídicos => cadeias 
lineares de aminoácidos.
 Hormônios esteróides
 Lipossolúveis
 Derivados do colesterol
 Estrogênio e Progesterona
 Testosterona
 Glicocorticoides
 Hormônios peptídeos
 Cadeias lineares de AA
 Insulina
 Somatrofina
 Prolactina
Moléculas de sinalização: Genes que respondem a hormônios:
INDUÇÃO DA ATIVIDADE GÊNICA POR 
FATORES AMBIENTAIS E BIOLOGICOS
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 A expressão gênica por elementos de resposta hormonal (HRE).
 Cooperatividade entre HRE e complexo Hormônio/Receptor.
 Outros fatores podem induzir a transcrição: Fator de crescimento 
nervoso, fator de crescimento epidérmico, fator de crescimento 
derivado de plaquetas e outros.
INDUÇÃO DA ATIVIDADE GÊNICA POR 
FATORES AMBIENTAIS E BIOLOGICOS
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 ´´A transcrição de genes eucarióticos é regulada por 
interações entre proteínas e sequências de DNA 
dentro ou perto dos genes´´
CONTROLE MOLECULAR DA 
TRANSCRIÇÃO EM GENES EUCARIONTES
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Inicio da transcrição:
 Promotores de um gene.
 Fatores basais de transcrição.
 Controle feito pelos acentuadores E fatores especiais 
de transcrição.
CONTROLE MOLECULAR DA 
TRANSCRIÇÃO EM GENES EUCARIONTES
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Propriedades dos acentuadores:
 Atuam em distâncias relativamente grandes.
 Independem da orientação.
 Seus efeitos independem da posição.
 A maioria dos acentuadores funcionam de maneira
histoespecífica.
CONTROLE MOLECULAR DA 
TRANSCRIÇÃO EM GENES EUCARIONTES
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 Fatores de transcrição:
• Proteínas que estão estreitamente associadas ao 
processo transcrição.
• Possuem dois domínios químicos.
CONTROLE MOLECULAR DA 
TRANSCRIÇÃO EM GENES EUCARIONTES
Dedo de zinco (zinc finger)
Três dedos de zinco 
ligados ao DNA
Comum em proteínas 
eucarióticas
Poucos exemplos em 
procariotos.
Motivos estruturais dos fatores:
Regulação transcricional da expressão 
gênica
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Leucine zipper
Um motivo leucine zipper ligado ao DNA.
Resíduos de Leu são mostrados em vermelho.
Muito encontrado em eucariotos.
Pouco encontrado em procariotos.
Cada hélice é part e int egrante 
de uma cadeia polipeptídica, 
mantidas ligadas pelo motivo 
leucine zipper na formação do 
dímero.
Motivos estruturais dos fatores:
Regulação transcricional da expressão 
gênica
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Basic helix-loop-helix
Primeira hélice – vermelho
Segunda hélice – roxo
A hélice de ligação ao DNA 
(rosa) está fundida à primeira 
hélice do motivo.
Um único par de Leu liga as 
hélices (vermelho no topo).
Regulação transcricional da expressão 
gênica
Motivos estruturais dos fatores:
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Regulação transcricional da expressão 
gênica
Hélice-volta-hélice (helix-turn-helix)
Em laranja e vermelho
Motivos estruturais dos fatores:
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Regulação pós-transcricional;
Ocorre por RNA de interferência( não codificante), que atua no 
RNAm
RNA bifilamentar Dicer RNAi
RNA + Proteína= Complexo de silenciamento induzido por 
RNA(RISC)
Pequenos RNA de interferência e micro RNA
Utilizados para verificar a função dos genes
Regulação pós-transcricional da expressão 
gênica por interferência de RNA
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Silenciamento gênico mediado por RNA de interferência
Dicer = endonuclease
stRNA = small temporal RNA
Dicer
siRNA
Regulação pós-transcricional da expressão 
gênica por interferência de RNA
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Expressão gênica e 
Organização Cromossômica
Ativação e Inativação de 
cromossomos inteiros
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Expressão gênica e Organização Cromossômica
1) Características Gerais;
 Tipos de transcrição.
 Evidências de transcrição;
 Regulação da transcrição;
2) Silenciamento Gênico:
Silenciamento por proteínas do grupo Polycomb.
 Silenciamento do gene vsg em tripanossoma.
 Cassetes de silenciamento do tipo reprodutivo.
 Silenciamento de transcrição do tipo RNAi.
 Metilação e Imprinting.
3) Ativação e Inativação de cromossomos inteiros:
Amplificação de genes relacionados aos ribossomos.
 Inativação aleatória.
 Hiperatividade da expressão.
 Hipoatividade da expressão.
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Expressão gênica e Organização 
Cromossômica
Transcrição:•Estrutura do DNA e do Núcleo:
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Controle da expressão gênica
pela organização dos
cromossomos
Plumosos => meióticos
Politênicos => interfásicos
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Cromossomos Especiais
Cromossomos plumosos
 Presentes em oócitos de anfíbios
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Cromossomos Especiais
Cromossomos plumosos
 Alta atividade gênica em alças descondensadas
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Cromossomos Especiais
Cromossomos politênicos
 Descondensação de cromômeros (alças)
 Alta atividade de síntese na região do pufe de 
DNA
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Expressão gênica e Organização 
Cromossômica
GENES: Wm4 ; su(var) e e(var);
Genes da Heterocromatina e da Eucromatina
Genes heterocromáticos exibem efeitos de posição 
opostos aos eucromáticos.
Drosphila
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Expressão gênica e Organização 
Cromossômica
• Silenciamento de transcrição do tipo RNAi.
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Expressão gênica e Organização 
Cromossômica
Metilação e Imprinting
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Expressão gênica e Organização 
Cromossômica
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Expressão gênica e Organização 
Cromossômica
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Ativação e Inativação de cromossomos 
inteiros
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Genes Eucarióticos São Regulados 
por 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
um determinado gene na célula correta, em
resposta a uma dada condição, 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.
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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 combinação
necessária para ativar ou reprimir um
gene.
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Uma Única Proteína Pode Coordenar 
a Expressão de Diferentes Genes
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.
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A ação exagerada de um
gene responsável pelo
desenvolvimento do sistema
óptico levou ao surgimento
de um terceiro olho em
girinos (foto: University of
Utah)
Antenapedia
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