Aula 9 Controle da Expressão Gênica em Eucariotos

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Controle da Controle da 
Expressão GênicaExpressão Gênica
-- Eucariotos Eucariotos --
Capítulo 10, Griffiths, 8ª edição
Capítulo 28, Stryer, 4ª edição
Regulação da expressão gência em 
eucariotos
• Em procariotos, os genes são normalmente controlados na
forma de operon
• Em eucariotos, genes são controlados individualmente e 
operons não são conhecidos
• O controle da expressão gênica é muito mais complexa:
– Existência de um núcleo e assim transcrição e tradução
não são acopladas
– A RNA polimerase II é muito maior e complexa do que
sua contraparte procariótica
– Os mRNA são processados durante a transcrição
(capacete 5’, caula poliA, introns)
Classificação da Regulação em 
Eucariotos
• Curta duração
os genes são rapidamente ativados ou
reprimidos em resposta ao ambiente e as 
necessidades da célula
• Longa duração
genes envolvidos na regulação do 
desenvolvimento e diferenciação
Expressão gênica pode ser
regulada várias etapas
• Controle Transcricional
• Controle do Processamento de 
RNA
• Controle de transporte de 
mRNA
• Controle de degração de mRNA
• Controle de tradução
• Controle de atividade de 
proteína
• Degradação de proteína
Expressão gênica pode ser
regulada várias etapas
• Controle Transcricional
• Controle do Processamento de 
RNA
• Controle de transporte de mRNA
• Controle de degração de mRNA
• Controle de tradução
• Controle de atividade de 
proteína
• Degradação de proteína
Controle Transcricional
• RNA polimerase II transcreve os mRNAs
• Controle da expressão gênica em eucariotos 
requer a ação de fatores de transcrição
– Fatores de transcrição gerais são necessãrios
para a iniciação da transcrição
– Fatores de transcrição específicos que
aumentam a transcrição gênica em certos tipos
de células ou em resposta à sinais específicos
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Fatores Gerais de
Transcrição
• O início da transcrição ocorre
através do reconhecimento dos 
promotores pelos fatores gerais 
de transcrição (FGT)
• A região promotora eucariótica 
típica se localiza na posição -30 
(TATA box) 
• FGT posicionam a RNA pol II e 
no local correto para iniciar a 
transcrição 
• O complexo de pré-iniciação é
formado por 6 FGTs mais RNA 
pol. II (Complexo Basal de 
Transcrição)
Fatores Específicos de Transcrição
• Fatores Específicos de Transcrição (FET) ocorrem acima do 
sítio de iniciação da transcrição
• Cada FET reconhece sequências cis específicas próximas ao
promotor
• Um ou mais FET podem regular a expressão de um mesmo
gene 
• FET podem regular positiva ou negativamente
Acentuadores e Silenciadores
• Existem Fatores Específicos de Transcrição que reconhecem
sequências de DNA localizadas a considerável distância
tanto acima quando abaixo do sítio de início da transcrição
• Acentuadores são sequências no DNA nos quais fatores de 
transcrição específicos (ativadores) se ligam para aumentar
a taxa de transcrição
• Silenciadores são sequências no DNA nos quais fatores de 
transcrição específicos (repressores) se ligam para diminuir
a taxa de transcrição
• Quando estas proteínas se ligam ao DNA ocorre a formação
de alças aproximando as sequências acentuadoras ao RNA 
pol II
Acentuadores e Ativadores
• O complexo acentuador/ativador interage a distância com a 
RNA polimerase no promotor resultando em uma 
transcrição mais eficiente e aumentada
Fatores Gerais de Transcrição Acentuadores e Ativadores
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Co-ativadores e Mediadores
• Co-activadores e mediadores são também
necessários para a ativação dos fatores de 
transcrição
• Co-activadores e mediadores se ligam aos
fatores de transcrição e se associam a outras
partes do complexo de ativação da 
transcrição
Mediadores
• O complexo protéico dos mediadores e os fatores de 
transcrição interagem com a RNA polimerase II para 
aumentar a transcrição
Expressão gênica pode ser
regulada várias etapas
• Controle Transcricional
• Controle do Processamento de 
RNA
• Controle de transporte de mRNA
• Controle de degração de mRNA
• Controle de tradução
• Controle de atividade de 
proteína
• Degradação de proteína
Controle Pós-Transcricional
• Além de controlar o início da transcrição, os
eucariotos possuem mecanismos para
controlar a expressão após a síntese do RNA 
ter sido feita.
• Alguns mecanismos são:
– Degradação do mRNA
– Interferência do RNA (RNAi)
– Inibição da Tradução
Degradação do mRNA
• A quantidade de proteína produzida de um 
determinado gene pode ser influenciada pela
meia-vida do mRNA
• O mRNA maduro possuem diferentes tempos 
de vida dependendo da sua estabilidade na
célula
A estabilidade e meia vida do mRNA
Wilson, 2003
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Interferência do RNA (RNAi)
• Interferência do RNA é uma mecanismo que
– Inibe a tradução do mRNA
– Impede a transcrição do DNA
• O processo se inicia com a presença de 
moléculas de dupla fita de RNA (dsRNA) no 
citoplasma da célula
• dsRNA pode ter origem endógena ou 
exógena e em ambos os casos, o dsRNA é
clivado por pela enzima DICER
Mecanismo do RNAi
LE 19-9
Dicer
Hydrogen
bond
Protein
complex
miRNA
Target mRNA
Degradation of mRNA
OR
Blockage of translation
Funções do RNAi
• RNAi foi primeiro descoberto no organismo modelo
Caenorhabdidtis elegans, um nematodo de vida livre
• Hoje, já foi documenta que o RNAi é um mecanismo
presente em vários eucariotos: Drosophila, fungos, 
plantas
• Inicialmente, o RNAi foi descrito como um 
mecanismo de defesa contra vírus e transposons
• O RNAi tem importante papel na regulação da 
expressão gênica
• Este mecanismo tem sido explorado para terapia
gênica
Inibição da Tradução
• Existem proteínas 
que se ligam 
diretamente na 
região 3’ UTR dos 
mRNA
• O posicionamento 
destas proteínas 
impedem 
diretamente o inínico
da tradução
• forms are often less
active and cause a 
general depression of
translation in the cell.
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A Estrutura do Cromossomo
Eucariótico
O papel da cromatina na expressão
Gênica Eucariótica
• As regiões heterocromáticas altamente 
condensadas têm menos genes e menores 
frequências de recombinação do que as regiões 
eucromáticas menos condensadas
• Foi suporto que a transcrição e recombinação eram 
restritas a regiões eucromáticas por elas serem mais 
acessíveis as proteínas envolvidas nestes processos
• Entretanto a cromatina eucromática pode ser 
alterada e além disso, genes ativos nessas regiões 
podem ser se tornar inativos por diferentes 
mecanismos
Herança Epigenética
• O termo epigenética se refere as alterações 
no fenótipo ou na expressão gênica causada 
por mecanismos não relacionados a 
sequência do DNA
• Estas alterações podem ser mantidas através 
de divisão celular por todo o tempo de vida 
da célula e até mesmo por várias gerações
Inativação do cromossomo X
• O cromossomo X de mamíferos tem cerca de 1000 
genes
• As fêmeas têm o dobro de cópias destes genes 
ligados ao X e normalmente expressam o dobro de 
transcritos que os machos
• Este desequilíbrio de dosagem é corrigido através 
da compensação de dose que inativa 
aleatoriamente um dos dois cromossomos X
• O cromossomo X inativado é chamado de 
corpúsculo de Barr
Inativação do cromossomo X
• A maioria dos genes no 
cromosso X não são
expressos (silenciosos)
• Os genes no cromossomo
inativado permanecem
inativos em todas as 
descentestes desta célula
• Os cromossomos
inativados possuem maior
nível de metilação no DNA
Imprinting Parental
• Imprinting Parental é outro exemplo de 
herança epigenética
• No Imprinting parental, alguns genes são 
expressos como se houvesse apenas uma 
cópia do gene presente na célula 
(hemizigotos) mesmo que sejam dois
• No processo de imprinting, genes que estão 
transcricionalmente ativos são menos 
metiladosque genes inativos
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Mecanismo de Imprinting
• O processo de imprinting começa nos gametas, 
onde o alelo a ser inativado é marcado através da 
metilação nas ilhas CpG da região promotora do 
gene
• Imprinting Paterno é quando o alelo herdado do pai 
não é expresso na prole
• ImprintingMaterno é quando o alelo herdado da 
mãe não é expresso na prole
• Imprinting é a razão de que a partenogênese não 
ocorre em animais: dois genomas maternos não 
produz um embrião viável porcausa dos genes 
silenciados através do imprinting
A Remodelagem da Cromatina
• O acesso da RNA polimerase ao DNA vai 
depender da compactação da cromatina
• A remodelagem da cromatina ocorre através 
de dois mecanismos:
– Metilação do DNA
– Modificações pós-transducionais das 
histonas 
A cromatina
• A estrutura da cromatina
está diretamente
relacionada com o controle
da expressão gênica
• O primeiro nível de 
organização da cromatina
é o nucleossomo
• Os nucleossomos são
capazes de bloquear o 
acesso da RNA polimerase
II ao promotor
A Remodelagem da Cromatina
• O acesso da RNA polimerase ao DNA vai 
depender da compactação da cromatina
• A remodelagem da cromatina ocorre através 
de dois mecanismos:
– Metilação do DNA
– Modificações pós-transducionais das 
histonas 
Metilação do DNA
• Metilação do DNA é a 
adição de um grupo CH3
nas bases do DNA 
• O padrão de metilação
mais conhecido é nas
regiões ricas em Citosina
e Guanina
• Estas regiões são
conhecidas como “ilhas
CpG”
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Metilação da Citosina
• O nível de metilação do DNA geralmente está
correlacionado ao estado transcricional de 
um gene: genes ativos são menos metilados
Herança do Padrão de Metilação do DNA
Organização do Nucleossomo
• O cerne do nucleossomo é formado por 8 
proteinas histonas: 
– duas H2A, 
– duas H2B, 
– duas H3
– duas H4
Porção N-terminal da 
cadeia polipeptídica
Modificações nas Histonas
• As histonas do nucleossomo sofrem modificações pós-
traducionais:
– Metilação nos resíduos de Lisina (irreversível)
– Acetilação
– Fosforilação nos resíduos de Serina e Treonina
– Ubiquitinação e Sumolização
Acetilação da Histonas
• Acetilação dos resíduos de 
lisina remove cargas 
positivas global das 
histonas
• Isto provoca uma redução 
da afinindade das histonas 
pelo DNA
• Assim, a RNA pol e fatores 
de transcrição têm acesso 
mais fácil a região 
promotora
• Acetilação das histona está
associada a genes 
ativamente expressos
Acetilação das Histonas
Genes 
ativos são 
hiper 
acetilados
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Remodelagem da Cromatina
A dinâmica dos nucleossomos