Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

Prévia do material em texto

Regulação da expressão gênica em eucariotos
Ex: a expressão de diferentes hemoglobinas durante o desenvolvimento deve-se a regulação da expressão gênica; células diferentes com o mesmo genoma (neurônios hepatócitos)
A regulação pode ocorrer na transcrição, no processamento ou na tradução
Transmissão de sinais: hormônios, peptídios...
1. TRANSCRIÇÃO 
- complexa comparada aos procariotos
- genes no núcleo: transmissão de sinais ambientais (superfície celular, citoplasma, m. nuclear, cromossomos)
- multicelularidade: transmissão de sinais ambientais (camadas celulares, transcrição em determinado tecido)
- presença de fatores de transcrição 
2. PROCESSAMENTO
- recomposição alternativa de DNA (splicing alternativo); ex: tropomiosina
3. TRADUÇÃO
- mRNA de longa duração
- mRNA de curta duração
- estabilidade 3’UTR e cauda poliA
- papel dos siRNA e miRNA
4. PÓS-TRADUÇÃO
- reações bioquímicas que influenciam na atividade protéica
- quebras, dobras, fosforilação, glicação, glicosilação, inibição
Cromatina
Vários aspectos da organização da cromatina influenciam a transcrição de genes:
Variação das características químicas da cromatina ao longo do cromossomo:
- Acetilaçao / desacetilação da cromatina
- Metilaçao / desmetilação de nucleotídeos
Aspectos de organização da cromatina:
CROMATINA - DNA + proteínas histônicas e não histônicas
EUCROMATINA - menos condensada, mais ativa, mais genes (maioria dos genes eucariotos estão nesse estado)
HETEROCROMATINA - mais condensada, menos ativa (10% do cromossomo interfásico), menos genes
Remodelagem da cromatina 
No DNA transcrito os nucleossomos são alterados por complexos multiproteicos para facilitar a ação da RNA pol. II:
Metilação do DNA
Modificação química dos nucleotídeos importante para a regulação gênica 
- 3 bilhões de PB (40% G e C; E 2-7% C sofre metilação)
- Ilhas de CpG (segmentos ricos em C e G) - Há ~30 mil ilhas no genoma humano. Estão situadas perto dos sítios de início de transcrição. O fato dessas regiões estarem metiladas ou não é importante na expressão desse gene. São importantes na regulação gênica.
DNA METILADO Repressão da Transcrição:
- Inativação do cromossomo X – evitar a supra-expressão em mulheres, por serem XX, um desses cromossomos deve estar inativado
- Durante o desenvolvimento embrionário, alguns genes devem ser suprimidos
- Imprinting genômico (<1% genes)
- Proteção – movimento dos transposons – Evitar a influência de DNAs exógenos na expressão de nossos genes próprios
 
 
Transcrição 
Sequências de DNA implicadas no controle da transcrição 
A transcrição é o nível elementar de controle da expressão gênica
- Existem: região promotora primária, região promotora secundária, sítios acentuadores.
Genes Constitutíveis (housekeeping): expressos a todo momento; ex: vias metabólicas (respiração)
Genes induzíveis: expressos em determinados momentos, em resposta a estímulos ambientais
Elementos regulatórios de ação CIS
Região Promotora Primária:
- região de ligação da RNA pol II. Existem fatores de que sinalizam à RNA pol II migrar para a região TATAAAA
- presente em todos os genes codificantes
- ~30pb antes do sítio de iniciação
- TATAAAA (Tata Box): sequencia que é reconhecida por fatores de transcrição
Região Promotora Secundária:
- Região de ligação das proteínas que ajudam na ligação da RNA pol II. Facilita que a RNA II chegue a região TATA box, por meio dos fatores de transcrição (básicos e especiais).
- Difere entre os genes
- ~200 pb antes do sítio de iniciação
- Essa região é conhecida como CCAAT boxe; GCrich. São ricas em G e C
Acentuadores/ Estimuladores/ Elementos de resposta/ Enhancers
- Propriedades: 
Atuam a distâncias grandes – até vários milhares de PB do gene regulado
São regiões especificas que influenciam na expressão gênica independente do sentido – 3’ ou 5’
Efeitos independem da posição (5’ ou 3’ ou íntron de outro gene)
Específico por tecido
Como os acentuadores influenciam a transcrição de genes? 
Os resultados de muitos estudos indicam que as proteínas que se ligam aos acentuadores influenciam a atividade das proteínas que se ligam aos promotores, o que inclui os fatores de transcrição basais e a RNA polimerase.
Ativadores – proteína que se liga a região acentuadora
- Promovem transcrição (dando início a mudanças na estrutura da cromatina) – DNA mais acessível
- Promove a ligação de reguladores adicionais
- Recruta a RNA pol para o promotor
- Libera a RNA pol para iniciar a transcrição
Silenciadores
- Diminuem a taxa de transcrição 
- São regiões do DNA que são reconhecidas por proteínas repressoras inibição de ativadores
Elementos regulatórios de ação TRANS
Fatores de transcrição basais ou gerais: necessários para transcrição de todos os genes; necessários para que a RNA pol se ligue ao DNA. Ligam-se ao TATA Box e alguns na região rica em CpG.
- ex: TFIID, TFIIB, TFIIF, TFIIE, TFIIH
Fatores de transcrição especiais ou específicos: induzíveis por calor, hormônio, estresse oxidativo; se ligam nas sequências chamadas ACENTUADORES
Proteínas implicadas no controle da transcrição
- fatores de transcrição: dois domínios (um de ligação ao DNA e outro de ativação da transcrição); esteróide (terceiro domínio – ligação com esteróide)
- motivos estruturais característicos
Pós-transcrição 
- RNAs não codificadores curtos podem regular a expressão de genes eucarióticos por interação com os RNA mensageiros produzidos por esses genes – interferência por RNA (RNAi)
Vias de RNAi
O fenômeno de interferência de RNA conta com a atuação dos siRNA ou miRNA:
Processo: 
RNA bifilamentar grande é dividido em pequenos RNAi bifilamentar
pequenos RNAi e as proteínas reúnem-se em partículas de ribonucleoproteínas
No citoplasma: RNAi são incorporados em ribonucleoproteínas; o RNAi é desenrolado e um dos filamentos é eliminado, está formado o RISC.
O filamento interage com os mRNA, interação ocorre pelo pareamento de bases do filamento simples de RNA (RNA-proteína) e mRNA
O RNAi do RISC emparelha suas bases com o seu alvo no mRNA. Assim, pode clivar o RNAm ou realizar outras ações que impeçam a síntese da nova proteína
RISC: Complexo de silenciamento induzido por RNA. É um complexo de proteínas que auxilia o reconhecimento do mRNA e interfere na expressão
- RISC de diferentes organismos têm tamanhos e composições diferentes. Contêm pelo menos uma molécula da família de proteínas Argonauta (endonuclease no pareamento de RNA e mRNA)
siRNA
Origem: dsRNA;
O siRNA é mais comum em reposta a RNA exógeno (geralmente viral); 
Corresponde a RNA estrangeiro; 
Induz a degradação do mRNA
miRNA
Origem: ssRNA
Genes mir localizados em regiões intergênicas, íntrons e éxons; Expressão constitutiva ou temporal; 
Regula 30% dos produtos gênicos em mamíferos
Por que estudar os miRNA?
Papel completo desempenhado por cada sequência ainda não determinada
Correlacionar perfis de expressão de miRNA com:
Fenótipos biológicos
Proteína e Níveis de Expressão Gênica
Descobrir sequências de miRNA que regulam genes envolvidos no processo biológico de interesse
Caracterização de células troncos (Totipotentes vs. pluripotentes vs. Diferenciadas) 
Biomarcadores de doenças 
Estratégias terapêuticas
Exemplo da importância do miRNA: 1h40
Em situação normal, forma-se o miRNA, broqueia o RNAm e a proteína não é formada.
Quando há redução ou eliminação de miRNA relacionados com oncogenes – resulta em tumor. Oncogene, geralmente são inativos, para não formar oncoproteinas. Com uma mutação nos miRNA, eles não silenciam o oncogene, forma-se as oncoproteinas, tem-se o cancer 
Amplificação ou superexpressão de um miRNA (papel oncogênico) -também resulta em tumor. Genes supressores de câncer estão sempre ativos, no caso normal. Mas se há a superexpressão dos miRNA relacionados com os genes supressoresde câncer, haverá inibição destes e terá formação de células cancerígenas. 
Genes que respondem à temperatura
O aumento de temperatura gera aumento da síntese de proteínas para controlar o meio interno 
- Sequências de aa conservados entre sp distantes
- Hsp (proteína de choque termico) – expressa em condições de estresse (calor, inflamação, hipóxia, papel de chaperonas, proteossoma) – ex: Hsp70, Hsp60, Hsp90, etc.
- Genes apresentam os HSE (elementos de resposta ao choque térmico) 
- Chaperonas regulam vários processos:
facilita o enovelamento de proteínas;
previnem a agregação de proteínas;
autofagia,
fusão de vesículas,
transdução de sinal,
Apoptose
degradação proteossoma
Após um episódio de estresse, fatores de transcrição do choque térmico (HSF1) induz a expressão do gene HSP, gerando diversas consequências. Uma delas é o crescimento e a sobrevivência de células cancerígenas
Genes que respondem a hormônios
- Comunicação celular por secreção de hormônios
- Hormônios esteroides (derivados do colesterol) – atravessam a membrana celular facilmente, dentro das células os hormônios interagem com proteínas citoplasmáticas/nucleares denominados receptores hormonais que atuam como Fatores de Transcrição, estimulando a transcrição e a consequente tradução de proteínas.
Exemplo: As suprarrenais liberam o cortisol, estimulam o fígado a aumentar a produção de glicose, por meio da gliconeogênese.
Genes que respondem a vitaminas
- Retinoides
- Atravessam a Membrana Plasmática e interagem com proteínas citoplasmáticas / nucleares receptores (atuam como FT)
- Receptores do ácido retinoico (RARs) e receptores retinoides X (RXRs)
- Genes apresentam os RAREs (elementos de resposta ao ácido retinoico)
Exemplo de efeito terapêutico: 
Retinoides (isotretinoína, adapalenoe tazaroteno) - alvo são os RARs - afetam a diferenciação celular e a proliferação = tratar acne, psoríase e fotoenvelhecimento. 
Genes que respondem a espécies reativas de oxigênio
- Quando há aumento da produção de EROs e o processo de resposta é ineficaz, os EROs se ligam aos elementos de resposta antioxidantes.
- Genes apresentam ARE (elementos de resposta antioxidante)
- Os elementos ativam os genes responsáveis por produzir enzimas antioxidantes