REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS PARTE II

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REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA EM 
EUCARIOTOS PARTE II 
 
A regulação gênica em eucariontes pode ser dita como uma regulação em vários 
níveis: um controle transcricional – a modificação da cromatina para que um 
determinado gene seja expresso ou não; ou então uma transição desse controle 
transcricional para um controle do processamento do RNA; além dos controles pós-
transcricionais, ou seja, o mRNA já foi transcrito e será regulado a partir daí (vistos 
nessa aula). Existe uma série de regulações que podem acontecer durante esse 
caminho - de exportação do núcleo para o citoplasma – como regulações nos níveis 3,4 
e 5 (que são chamados de regulações pos-transcricionais mas também são controles 
traducionais). 
 
INATIVAÇÃO DO CROMOSSOMO X – CONTROLE TRANSCRICIONAL 
Apesar de todas as femeas de mamíferos terem um cromossomo X a mais do que os 
machos, um desses cromossomos é inativado. Esse cromossomo X extremamente 
compactado, é chamado de corpúsculo de Barr, como foi descrito pela primeira vez. 
Na observação de células masculinas XY, são observadas duas grandes estruturas e 
quando são observadas células XX há uma estrutura diferenciada em geral sempre 
associada a membrana e então denominada de corpúsculo de Barr. Logo quando foi 
descrita, já se suspeitava que essa estrutura era o cromossomo X extremamente 
compactado. 
O silenciamento do cromossomo X é um 
evento aleatório, ou seja, não se sabe se 
será o cromossomo do pai ou da mãe que 
será desativado e ocorre no período 
embrionário – entre o 13° e o 16° dia. No 
momento que o cromossomo é silenciado, 
esse evento não pode mais ser revertido 
e todas as divisões celulares da célula que 
teve o cromossomo X silenciado, terão o 
mesmo cromossomo silenciado. 
Como esse processo é aleatório, a 
estimativa é de que em algum momento, 
50% das mulheres tenham um X materno 
silenciado e os outros 50% tenham um X 
paterno silenciado, podem formar uma 
estrutura de mosaico. 
Esse processo só é revertido em um único tipo celular, que são as células gaméticas, ou 
seja, durante a produção dos óvulos, os dois cromossomos X voltam a ser reativados já 
que um dos corpúsculos de Barr é desfeito por um processo que não se conhece muito 
ainda. 
 
O cromossomo X tem aproximadamente 1000 genes e desses genes, o silenciamento 
do cromossomo silencia aproximadamente 75% dos genes, então os outros 25% 
continuam ativos sendo que desses 25%, 15% continua constitutivamente ativos em 
qualquer célula do corpo, enquanto 10% está ativo em apenas algumas células, ou 
seja, não estão sendo transcritos naturalmente, mas em algumas células estão tendo a 
sua transcrição regulada. 
O silenciamento do cromossomo X é feito por um RNA especial denominado de XIST 
RNA e esse RNA é produzido dentro do cromossomo que será desativado, em uma 
região chamada XIC – centro de inativação do X – localizada perto do centrômero. 
Todos os cromossomos X tem essa região, mas apenas um deles terá um XIC 
transcrionalmente ativo para produzir o XIST RNA. 
O XIST RNA é um RNA não codificante, ou seja, ele já é a forma final que vai ser capaz 
de condensar um dos cromossomos X para silenciá-lo e como todo RNA, ele é um RNA 
que produz estruturas secundárias. Existem algumas teorias de como ele funciona: 1) 
no exato momento em que ele vai sendo produzido, ele tem regiões de 
reconhecimento de DNA e então ele vai “grudando” no DNA, formando pequenas 
alças no DNA; 2) forma cadeias, já que além de reconhecer DNA, ele reconheceria 
outros XIST RNA, formando uma rede um pouco mais complexa; 3) o XIST RNA se 
ligaria a DNA e isso seria um sinal para o recrutamento de algum complexo proteico, e 
esse complexo cobriria o cromossomo X. 
A teoria 3 já foi descartada, pois não existe nenhum complexo proteico que cubra o 
cromossomo X, mas é conhecido que o XIST RNA aparentemente recruta moduladores 
de histonas, de modo que além do XIST RNA se ligar a DNA, ele modifica 
quimicamente as histonas, para formar um DNA mais compactado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Obs: metilação do promotor de XIST = silenciamento desse promotor. 
CONTROLES PÓS-TRANSCRICIONAIS 
 
 Atenuação: durante o processo de transcrição do DNA em mRNA, algum evento 
faz com que a RNA pol se solte do DNA e encerre o processo de transcrição 
antes do termino; 
 Controle do processamento: por exemplo, pode impedir que um mRNA seja 
capeado; 
 Exportação nuclear: não permite que o mRNA seja exportado para fora do 
núcleo; 
 Recodificação traducional: um mRNA armazenado sem ser traduzido pode 
voltar a ser traduzido; 
 
 
 
ATENUAÇÃO 
1. HIV-1/Tat: Esse mecanismo foi descrito pela primeira vez no HIV e esse vírus é 
transcrionalmente inativo e para que ele seja ativado, ele precisa de uma 
proteína viral chamada Tat. Essa proteína se liga num loopping produzido pelo 
mRNA viral, chamado de TAR. Normalmente, essa alça TAR tornaria a ligação da 
RNA pol com o DNA muito instável, fazendo com que ela não conseguisse 
produzir totalmente o mRNA viral, porém a presença da proteína Tat impede 
essa pausa da RNA pol, por causa da ligação a várias proteínas celulares, 
estabilizando a RNA pol e aumentando em 100x o nível de transcrição. 
2. Ribocontroles (riboswitch): mecanismo de atenuação mais comum em 
bactérias. O mRNA produz estruturas secundárias assim como todos os RNAs e 
umas dessas estruturas pode ser um bolsão que será reconhecido por 
pequenas moléculas. Uma vez que uma molécula reconhece esse bolsão, ela 
modifica a estrutura tridimensional desse bolsão, fazendo com que esse mRNA 
continue a ser transcrito ou não. No caso dos riboswitch, o bolsão reconhece 
uma molécula de guanina que se liga ali. Quando a guanina está ausente, 
ocorre a montagem do bolsão e não há a formação de uma alça que consiga 
parar a transcrição daquele mRNA e na presença da guanina há a formação de 
uma alça correspondente a um sitio intrínseco de termino de transcrição. Esse 
mRNA será o responsável pela produção de purinas, ou seja, a ausência da 
guanina é um indicativo de falta de purinas e incentivo para a produção de mais 
purinas e o oposto um indicativo de presença suficiente de purinas e incentivo 
para parar a produção das mesmas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
SPLICING ALTERNATIVO 
Proteínas regulatórias competem nos sítios flanqueadores de splicing do éxon e 
podem levar ao reconhecimento ou não deste sítio pelo spliceossomo. 
Há duas formas de splicing alternativo: o constitutivo e o regulado. No constitutivo há 
um sitio que irá regular positivamente o splicing e um sitio que irá regular 
negativamente e aleatoriamente, eles têm o mesmo grau de regulação, ou seja, terão 
mRNAs que permanecerão com o splicing e mRNAs que não permanecerão e isso 
ocorrerá ao acaso. O regulado acontece quando há a presença dos dois sítios, mas 
também há a presença de alguma proteína que possa inibir algum dos dois sítios. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EDIÇÃO DE RNA 
É considerada uma outra forma de processamento do mRNA. A edição de RNA existe 
tanto para tRNA quanto para rRNA porém somente alguns mRNA irão sofrer esse tipo 
de processamento de edição de RNA e isso teria uma origem evolutiva. 
Conceitualmente, é basicamente alterar a sequência de nucleotídeos de uma forma 
que esse transcrito diverge da sua sequência de DNA molde, ou seja, não foi 
sintetizado por um determinado molde de DNA. Essas modificações têm dois tipos: 
modificações de base – que são as modificações químicas de tRNA e rRNA – ou entãoinserção e deleção de bases. 
O processamento a nível de edição de RNA pode modificar as regiões codificantes de 
proteínas, as regiões intronicas ou então as regiões UTR. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Um caso bem especifico de 
edição de mRNA é o de 
mitocôndrias de 
tripanossomos. Nesse caso, 
existe um novo tipo de RNA 
que é o gRNA – RNA guia – 
que possui três partes: a 
parte vermelha e azul 
acoplam com o mRNA alvo 
por complementaridade de 
bases e a região amarela é 
chamada de região ancora, 
responsável pelo 
processamento do RNA e 
pela inserção ou deleção de bases. O caso mais extremo de um mRNA mitocondrial 
nos tripanossomos é quando 50% de todo esse mRNA é modificado pelos gRNAs. 
Então os gRNAS podem agir de duas formas: a primeira seria reconhecer regiões ricas 
em uracila e retirar essas regiões, como em um splicing alternativo, por meio de 
excisão através de um aparato proteico e depois da unificação do mRNA. Não 
necessariamente o gRNA irá retirar uracilas subjacentes, mas também pode deletar 
uracilas que se encontram espalhadas na sequência de mRNA e além disso ele também 
pode fazer inserções. 
Outro exemplo, nesse caso em humanos, é o caso da Apoliproteina B que produz um 
mRNA em que no nucleotídeo 6666 está presente a sequência CAA, que corresponde a 
uma glutamina, e no fígado ocorre a produção da proteína inteira codificada por esse 
mRNA (Apo-B 100). Porem esse mesmo mRNA, quando produzido no intestino, dará 
origem a outra proteína, a Apo-B 48, porque uma outra proteína responsável pela 
edição da Apoliproteina – a APOBEC - faz a troca da citosina do CAA por uma uracila, 
dando origem então a um stop códon e consequentemente a uma proteína truncada, 
mas funcional, a Apo-B 48. Nesse caso ocorreu uma desaminação de uma citosina para 
uma uracila. 
 
Um outro exemplo mais clássico, é a edição de mRNA transformando uma adenina em 
uma inosina e isso ocorre em aproximadamente 1000 genes humanos codificadores já 
conhecidos através da proteína ADAR. No momento que o mRNA é sintetizado e será 
editado pela ADAR, ele forma um grampo dupla hélice, que é reconhecido pelas 
proteínas ADAR, que por sua vez transforma as adeninas em inosinas. Essa mudança 
por gerar sítios de splicing alternativo, alterar o processamento através de miRNA, 
recodificar a proteína, formar uma interação proteína-RNA, alterar a estabilidade do 
RNA, sua estrutura e seu transporte. 
Aparentemente a ADAR e a APOBEC são relacionadas, ou seja, tiveram alguma origem 
em comum, aparentemente em bactérias e pode ser que a edição de DNA pode não 
ser a função primária delas e sim seria a de proteger o genoma contra retrovírus e 
retrotransposons. Então acredita-se que essa edição de DNA surgiu como um 
mecanismo de defesa. No caso do HIV, por exemplo, existe uma proteína chamada 
APOBEC3G, que reconhece RNA dupla fita no citoplasma e ela tem o mesmo papel da 
APOBEC, que é transformar citosina em uracila, porém no caso anterior, isso acontecia 
em um nucleotídeo especifico e nesse caso é completamente aleatório, praticamente 
transformando sempre uma citosina em uma uracila e isso gera muitos stop códons, 
conseguindo então degradar o genoma do vírus. 
REGULAÇÃO DO TRANSPORTE DE RNA 
Estima-se que, nos mamíferos, apenas 5% do RNA produzido deixa o núcleo. No caso 
dos RNAm maduros, apenas metade é exportado para o citoplasma. Os íntros 
produzidos são em geral degradados e RNAs processados erroneamente também são 
degradados. O transporte de RNAm é postergado por uma série de controles proteicos 
até ser completamente processado. Logo mecanismos que sobreponham esse controle 
podem ser usados para regular a expressão de determinado RNA. 
O exemplo mais bem entendido é o do HIV. Esse vírus produz apenas um único mRNA 
e dependendo de como esse mRNA sofre splicing, há a produção de diferentes 
proteínas. Então quando o vírus entra na célula, se instala e começa a produzir suas 
proteínas, duas proteínas são produzidas principalmente: tat e rev. A tat tem a função 
de produzir o mRNA em larga escala e rev tem a função de impedir o splicing dentro do 
HIV, ou seja, conseguir então produzir as outras proteínas e quando surge um RNA que 
não sofre nenhum tipo de splicing, será esse então o RNA genomico que vai ser 
empacotado na nova partícula viral. Dentro do mRNA genomico produzido, há uma 
forma tridimensional localizada dentro de um intron chamada de RRE e essa sequência 
é um sitio de reconhecimento de rev, para que a mesma consiga retirar o mRNA 
rapidamente do núcleo celular. 
 
CONTROLES TRADUCIONAIS 
Podem ser o controle de degradação do mRNA, o controle da tradução em si – ou 
seja, evitar que o ribossomo se junte naquele mRNA – ou então o controle da 
localização – ou seja, pode-se ter um mRNA pronto para ser traduzido, mas ele não 
está na localização certa da célula para que isso ocorra. 
REGIÕES UTRs 
Essas sequencias UTR são bem conservadas, apesar de não codificarem proteínas, e se 
elas não tivessem função nenhuma, isso não aconteceria. 
Na região 5’, por exemplo, pode-se ter a presença de uma uORF, ou seja, um AUG 
anterior ao ORF verdadeiro e pode-se ter também a formação de IRES. 
Já na região 3’ UTR há mais funções associadas, como a presença de um sinal de 
localização celular; é responsável pela estocagem celular, ou seja, locais onde os RNAs 
de resposta a estresse são armazenados; responsáveis pelo controle da meia-vida do 
mRNA, então dentro dessa região existem sítios de endonuclease; e responsáveis pela 
adição da nova cauda poli-A. 
 
 
1. uORF (upstream ORF): a principal função é competir com a ORF original, então 
basicamente ela tem um AUG e um stop códon e todos os ribossomos se 
ligarão nela, passarão por ela e sairão e nesse caso a ORF verdadeira pode não 
ser traduzida. Elas são raras, ou seja, determinados genes específicos que tem 
essas uORFs e proteínas se ligam a elas para que elas sejam reguladas. No 
momento que proteínas se ligam, as uORFs são escondidas dos ribossomos e 
então a ORF verdadeira pode ser traduzida. Esse mecanismo tem uma função 
principal na apoptose, já que nesse caso, as proteínas acessórias de tradução 
são degradadas, então as uORFs funcionam melhor na apoptose e muitos 
genes associados a apoptose são traduzidos. Então existem uORFs que não 
sintetizam nenhuma proteína mas existem também aquelas que produzem 
proteínas funcionais – como no caso da apoptose – e nesse caso podemos 
considerar que esse mRNA eucarionte está funcionando como se fosse um 
operon, ou seja, aquele mesmo mRNA pode produzir proteínas diferentes (não 
ao mesmo tempo como nos mRNA procariontes). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. IRES: no caso do HCV (vírus da hepatite), é uma estrutura tridimensional no mRNA, 
que não é capeado e nem tem poli-A, que consegue acoplar a subunidade menor do 
ribossomo e montar todo o aparato ribossômico sem a presença dos fatores iniciais de 
tradução. Os eucariontes também possuem IRES e nesse caso seria como uma ORF 
downstream, que possui uma estrutura tridimensional que recruta o ribossomo, 
podendo então ler uma segunda região codificante seguida da primeira. Então ela 
permite que o mesmo mRNA tenha duas sequencias codificantes de proteínas. 
 
 
 
 
 
 
ESTABILIDADE DO mRNA 
A expressão pode ser controlada por uma mudança na estabilidade do mRNA. 
 
REGULAÇÃO POR RNAs NÃO-CODIFICANTES 
Existem dois tipos, os miRNA e o siRNA e a maioria dos eucariontes complexos tem os dois 
tipos. 
miRNA 
Os primeiros são pequenos RNA não-codificantes cuja forma tem de 19 a 25 bases. Eles 
podem terorigem em introns e esses introns são chamados de mintrons, ou seja, introns 
que contem sequencias de miRNA. Eles sofrem processamento nuclear e citoplasmático e 
em humanos já foram identificados mais de 850 tipos de miRNAs diferentes e um único 
miRNA pode ter múltiplos alvos (mRNAs). 
O miRNA tem uma estrutura de única molécula de RNA que se dobra sobre si mesma e por 
complementaridade de bases, forma um grampo, com uma alça característica que não faz 
ponte de hidrogênio com ninguém e essa estrutura do miRNA é reconhecida por 
maquinarias dentro do núcleo e começa a fazer clivagens, por exemplo, nessas pontas 
soltas e isso é um sinal para exportação desse pré-miRNA para o citoplasma. No 
citoplasma outra maquinaria corta esse grampo, formando então um RNA dupla fita. Toda 
uma maquinaria celular reconhece os miRNAs duplex e um deles entra em uma proteína 
servindo como um “carimbo” marcando a proteína. 
 
No momento que o miRNA forma uma ponte de hidrogênio com o mRNA alvo, é o 
momento que ocorre a regulação. Existem quatro possibilidades: 
1. Levar o mRNA para o P-Body para estocagem ou degradação; 
2. O miRNA pode estar ligado a proteases e no momento que a proteína codificada pelo 
mRNA alvo estiver sendo sintetizada, ela pode simultaneamente, estar sendo 
degradada: proteólise; 
3. Uma série de ligações de miRNAs, 
formando estruturas secundárias, 
podem impedir a ligação desse 
mRNA ao ribossomo: drop-off; 
4. Formar uma estrutura secundária 
que impede o início da tradução. 
A determinação dessas funções depende 
do mRNA alvo de cada miRNA.