Aula_10_-_Regulac_o_da_express_o_g_nica_em_Eucariotos

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REGULAÇÃO DA 
EXPRESSÃO GÊNICA 
EM EUCARIOTOS
Regulação da expressão gênica
Procariotos x Eucariotos
�Transcrição e tradução acopladas
� Genoma pequeno
� Pouca especialização
� Maior parte do DNA codifica 
proteínas
� Cromossomos: DNA + poucas 
proteínas com organização simples
� não há processamento
� Possuem núcleo e Genoma grande
� Especialização celular
� Maior parte do DNA não codifica 
proteínas
� Cromossomos: DNA + muitas 
proteínas com organização 
complexa
� Vários tipos de processamento de 
mRNA
� mRNA de vida longa (horas a 
meses)
� Estado basal dos genes = OFF
� Operons são raros
Ambos alteram a 
expressão gênica em 
resposta ao ambiente
PROCARIONTES
� Em geral, o estado básico de um gene é “ligado”
� RNA pol começa transcrição a menos que uma proteína repressora a 
bloqueie.
Regulação da expressão gênica
EUCARIONTES
� Em geral, o estado básico de um gene é “desligado”
� Compactação do DNA com nucleossomos impede a transcrição a 
menos que outras proteínas reguladoras estejam presentes
� Estrutura da cromatina deve ser mudada para ativar a transcrição. 
As proteínas reguladoras expõem as sequências promotoras alterando a 
densidade dos nucleossomos ou sua posição recrutando assim a RNA 
polimerase II
Regulação da expressão gênica: Procariotos x Eucariotos
Possíveis pontos de 
controle da expressão 
gênica
� Iniciação da transcrição
� Processamento de RNA
� Transporte de mRNA para 
o citoplasma 
� Estabilidade do mRNA
� Iniciação da tradução
� Estabilidade e modificação 
pós-traducional de proteínas
Regulação Transcricional
Organização dos cromossomos no núcleo
���� Os cromossomos não estão todos “misturados” no núcleo 
durante a intérfase
� Territórios Cromossomais
Cada cromossomo tem seu próprio domínio discreto no núcleo 
� Compartimenos Intercromossomais
Canais sem DNA entre os territórios cromossomais
Territórios Cromossomais
Cromossomos 7 na metáfase e interfáse
Como “ligar” um gene eucariótico?
� Cromossomos eucarióticos são embalados em cromatina 
(nucleossomo)
� Grande parte do DNA eucariótico não está prontamente acessível 
a proteínas reguladoras e ao aparato de transcrição
� Genes eucarióticos inacessíveis e desligados
REMODELAGEM DA CROMATINA
Mudança de posição dos nucleossomos
� Torna o DNA mais acessível aos fatores de transcrição
� Recrutamento de fatores de transcrição ao complexo de iniciação
Remodelagem da cromatina
� Durante a mitose (cromatina mais condensada) os genes são 
menos acessíveis
� O DNA interfásico é ainda bem condensado e associado a 
histonas (nucleossomos)
� A inacessibilidade das proteínas pode ser demonstrada por 
ensaios de sensibilidade da cromatina a nuclease
Genes inativos são resistentes a DNAse
Genes ativos são mais sensíveis ao tratamento com DNAse
Remodelagem da cromatina
Nucleossomos e 
Transcrição
Iniciação da Transcrição
Iniciação da Transcrição
� Provavelmente, o mais comum nível de regulação
� Iniciação pode envolver a ação de mais de 100 proteínas 
diferentes
� A maioria dos fatores atuam para ativar a expressão
� São poucos os repressores da iniciação da transcrição
Iniciação da Transcrição
RNA polimerase II � sintetiza todos os mRNAs
taxa máxima transcrição
cooperação de múltiplos elementos regulatórios ação cis
alvos para a ligação de diferentes proteínas de 
ação trans que se ligam ao DNA
Elementos regulatórios cis
Promotor (core): TATA
Elementos proximais ao promotor (Upstream Promoter Elements):
- CAAT ou CCAAT box
- GC box (consenso GGGCGG)
Promotor (core):
Elementos regulatórios cis
� região de início de transcrição
� região de ligação da RNA pol II e fatores gerais de transcrição
� inclui TATA box
� incapaz mediar transcrição eficiente sozinho
� ligam-se a proteínas
� ajudam ligação RNA pol II e fatores gerais de transcrição ao 
seu promotor
� CCAAT box
� segmento rico em GC
Elementos proximais ao promotor:
Conseqüências das mutações de ponto no promotor e elementos 
proximais do promotor para o gene de ββββ-globina quanto a seus 
efeitos nas taxas de transcrição 
Elementos regulatórios cis
Elementos independentes de distância:
Elementos regulatórios cis
Silenciadores (Silencers) : ligadas a repressores: inibem os 
ativadores e reduzem a transcrição
Exercem seus efeitos a distâncias consideráveis do promotor
	 capazes de agir a distância: 50kb ou mais
	 operam estando anterior ou posterior ao promotor que controlam
Acentuadores (Enhancers) : aumentam taxa de transcrição 
dos promotores na mesma molécula de DNA: ativam a 
transcrição
Elementos regulatórios cis
Acentuadores (Enhancers)
� Sequência de DNA atuando em cis onde se ligam vários fatores de 
transcrição para aumentar a taxa de iniciação da transcrição
� São os alvos de fatores de transcrição mais específicos que 
controlam a regulação de subgrupos menores de genes
� Atuam em apenas em um ou alguns tipos de células em um 
eucarionte multicelular
� Podem se localizar upstream ou downstream do promotor e atuam a 
grandes distâncias
� Em leveduras são chamados de UAS (upstream activating
sequences)
Elementos regulatórios cis
Acentuadores (Enhancers)
Posição de alguns enhancers:
- Cadeia pesada da imunoglobulina: dentro do gene 
- gene da β-globina: downstream
- SV40: upstream e perto do promotor
Elementos regulatórios cis
Silenciadores (Silencers)
Bloqueiam a “passagem” do efeito ativador dos enhancers
sobre o complexo basal de transcrição
Elementos regulatórios cis
Elementos regulatórios cis
Enhancers
Como os elementos acentuador que distam milhares 
de pb regulam a transcrição?
MODELOS EM ALMODELOS EM ALÇÇA DE DNAA DE DNA
traz as proteínas ativadoras ligadas aos elementos 
acentuadores distantes para as proximidades dos 
complexos proteicos associados a seqüências de ação cis
proximais ao promotor
• tecido específica
• podem ser controlados por modificação – fosforilação ou nível de expressão
• dependente da ligação de outro composto
• disponibilidade variável – interação com outras proteínas
Elementos regulatórios cis
Enhancers
Elementos regulatórios cis
Enhancers
Elementos regulatórios cis
Enhancers
Elementos regulatórios trans
� ação trans
� atuam ligando-se a seqüências alvo específicas do DNA:
- promotor
- elementos proximais do promotor
- acentuadores
� ajudam RNA pol II a iniciar a transcrição
� junto com RNA pol � complexo de iniciação
Elementos regulatórios trans
Fatores de transcrição:
 Fatores de Transcrição (FT) se ligam a enhancers e promotores e 
interagem com o complexo basal
 Possuem 2 domínios:
- “DNA binding domain” para interação com o elemento cis
- “Protein binding domain” para interagir com outro FT, com um 
mediador (co-ativador) ou com a RNA Polimerase
Fatores gerais de transcrição: expressos maioria das células
Fatores específicos de transcrição: expressos em algumas células
Formação do complexo basal de iniciação de transcrição 
� fatores gerais de transcrição
Elementos regulatórios trans
� Ligam-se a promotores e elementos
proximais ao promotor 
� fatores gerais de transcrição: interagem com RNA pol II
� TFIID
� TBP – proteína de ligação a TATA (TBP- TATA Binding Proteins)
� TAF – fatores associados a TBP
� TFIIB
� liga-se a TBP e, as vezes, a sequências anteriores ao TATA box
� serve para ancorar a RNA Pol II
� TFIIF
� liga-se a RNA Pol II e “facilita” sua associação a TFIIB
� TFIIE e TFIIH 
� necessários para a iniciação da transcrição
� TFIIH - 2 subunidades: helicase e quinase(desenrola DNA e fosforila CTD – C-
Terminal Domain)
Elementos regulatórios trans
Ativadores 
� fatores específicos de transcrição que se ligam a acentuadores (cis) 
� necessários para a transcrição de determinados genes
2 domínios funcionais
� ligação ao DNA
� ativação da transcrição
Elementos regulatórios trans
2 domínios funcionais
� ligação ao DNA
� repressão da transcrição
Elementos regulatórios trans
Repressores 
� fatores específicos de transcrição que se ligam a silenciadores (cis)
� impedem a transcrição de determinados genes
O aparato molecular que controla a transcrição nas células humanas 
consiste em quatro tipo de componentes
Iniciação da Transcrição
Regulação Traducional
Regulação Traducional
� Iniciação da tradução pode ser bolqueada por proteínas 
regulatórias que se ligam a UTR e bloqueiam a ligação dos 
ribossomos ao mRNA
Regulação Pós-Traducional
Regulação Pós-Traducional
� Modificações das cadeias 
laterais de aminoácidos
� Fosforilação:
quinases
fosfatases
Regulação Pós-Traducional
� Existem diversas maneiras de regular a atividade de uma 
proteína
� Interação com ligante ou co-fator
� Interação com outras proteínas
� Direcionamento de proteínas
� Estabilidade protéica e degradação
Sinal regulatório que ativa fatores de transcrição eucariótico podem vir 
de fonte distante do corpo. Hormônios do sistema endócrino
Sistema endócrino � regulador master para coordenar as mudanças 
na transcrição em células de muitos tecidos diferentes
 hormônios e fatores de crescimento - moléculas pequenas 
que entram e saem das células e se ligam em receptores da 
superfície
 esteróides – receptor + hormônio no citoplasma - núcleo e 
reconhecem sequências regulatórias específicas- ativa a 
transcrição de genes
 peptídicos – ligam-se a receptores e desencadeiam cascata 
de eventos intracelulares – controle da expressão
Cascata de fatores reguladores para regular um gene
Também respondem a demanda!!
Regulação da expressão gênica em eucariotos
MAPK
Regulação da expressão gênica em eucariotos
Fatores de transcrição específicos ativados por vias de transdução de sinais
P
PI3K
AKT
FKH
PDK
MAPK
PIP2
IP3
ER
DAG
Vias de 
transdução 
de sinais
Fatores de 
transcrição 
específicos
Regulação da expressão gênica em eucariotos