AULA6-Regulaçao_Eucarioto_2015

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Organização gênica e 
genômica em 
organismos eucariotos 
Disciplina: Biologia Molecular 
Curso: Ciências Biológicas 
Profa. Dra. Nedenia Stafuzza 
 
 2015 
Características dos Genomas de Eucariotos 
são mais complexos que os genomas de procariotos, 
possuindo algumas características marcantes: 
 
1. Diplóides/Triplóides/Poliplóides; 
2. Material genético envolto por uma membrana celular; 
3. Presença de grandes quantidades de DNA sem aparente 
função regulatória ou codificante; 
4. Genes formados por éxons e íntrons; 
5. Cada gene com sua unidade reguladora (sem operons); 
6. Existência de múltiplas cópias de algumas sequências 
particulares; 
7. Presença de DNA fora do núcleo: cloroplastos e 
mitocôndrias 
1. Presença do complemento diplóide dos genes 
  Genoma nuclear + genoma das organelas 
Vegetais: nuclear + cloroplastos + mitocondrial 
Animais: nuclear + mitocondrial 
 Número, tamanho e estrutura 
(centrômero) dos cromossomos varia 
muito entre as espécies; 
 conjunto diplóide, triplóide, tetraplóide 
ou poliplóide de cromossomos lineares 
2. Material genético envolto por uma membrana celular 
uma das principais diferenças entre genomas procariotos e 
eucariotos é o tamanho; 
eucarioto mais simples (levedura): 3 X mais DNA que E. coli 
 animais e vegetais: 40-1.000X mais DNA que bactérias 
Será que tamanho do genoma é consistente com a complexidade? 
Genomas maiores pertencem a seres mais complexos? 
3. Presença de grandes quantidades de DNA sem 
aparente função regulatória ou codificante 
Genomas mais complexos tem mais genes? 
Valor C: grandeza que expressa o tamanho do genoma (haplóide) 
Impossibilidade de correlacionar o tamanho do genoma com a 
complexidade biológica do organismo 
 Genoma salamandra: 20X maior que o genoma humano 
 Genoma cevada: 10X maior que o genoma do arroz (gramínea correlata) 
resultado da presença marcante de sequências de DNA 
repetitivas em genomas de eucariotos 
Implicação: genomas maiores de organismos relativamente 
simples podem ter mais sequências repetidas e não 
necessariamente mais genes 
Tamanho do Genoma X Complexidade do Organismo 
Paradoxo do valor C 
Abbasi, 2008. Biology Direct 3, 10p. 
Espécies mais complexas “evoluem” pelo surgimento de genes 
com novas funções 
Lewin, Genes IX, 2009 
Tamanho do genoma 
Número de genes 
Número de proteínas 
Tamanho do genoma está mais relacionado com a 
quantidade de ELEMENTOS DE TRANSPOSIÇÃO 
não há relação entre o nº de genes e o nº de proteínas 
 geralmente 1 gene  mais de 1 proteína; 
4. Genes formados por éxons e íntrons 
-uso de códons de iniciação e terminação alternativos; 
-splicing alternativo (éxons constitutivos x facultativos); 
5. Ausência de operons 
mRNA monocistrônico 
 
1 gene = 1 mRNA 
 
1 gene = 1 região reguladora 
6. Existência de algumas sequências particulares em 
múltiplas cópias 
Há 3 classes de DNA: 
 
6.1. DNA não repetido, singular ou de cópia única no 
genoma 
•Genes 
 
6.2. DNA moderamente repetido, disperso no genoma; 
• Família gênica 
• Elementos de transposição 
 
6.3. DNA altamente repetido 
•Satélite 
•Microssatélite 
•Minissatélite 
Genes de cópia única no genoma: Genes estruturais, representados 
apenas uma vez no genoma haplóide 
 25% a 50% dos genes eucariotos 
Cópia única funcional (codificador) 
Genes Constitutivos 
-expressos em taxas constantes, 
em todos os tipos celulares; 
-relacionados com funções 
metabólicas de rotina → 
manutenção celular 
-Ex: β-actina 
Genes Induzíveis 
-expressão é regulada por 
fatores externos; 
-respondem à estímulos; 
-Ex.: hormônios, infecção, 
ingestão de metais pesados; 
-expressos em condições e 
tecidos específicos; 
Proteína 
Cópia única não codificadora 
Íntrons: segmentos de um gene transcritos mas não traduzidos. 
Removidos durante o processamento do pré-mRNA em mRNA 
maduro. 
Pseudogenes: originados por duplicação ou retrotransposição 
transcrição reversa de mRNA e reintegração do cDNA ao genoma 
Acúmulo de mutações levando a perda de função (transcrição e/ou 
tradução) 
Cópia única não codificadora funcional Regulação 
Micro-RNAs 
regiões intergênicas podem ter DNA não repetitivo 
DNA espaçador 
- frequentemente designado de “DNA lixo” 
- sem função aparente 
Genoma 
Cromossomo 
 Gene Gene 
Região intergênica 
Há genes que estão presentes no genoma em centenas de cópias 
 Codificam proteínas ou RNAs funcionais 
Necessários para atingir a demanda celular de transcritos 
 Múltiplas cópias agrupadas ou dispersas 
Famílias gênicas 
Campbell et al. Biology 5th ed. 2001 
DNA repetitivo codificador 
Lewin, Genes IX, 2009 
 
Genes das histonas - ouriço do mar 
Genes das histonas - mosca da fruta 
 
Histonas: 
sequências mais complexas, moderadamente repetidas dispersas 
por todo o genoma; 
 maioria é derivada de elementos transponíveis; 
DNA moderadamente repetitivo 
Codificante; 
2%
TEs; 45%
Não 
Codificante; 
53%
 Elementos de Transposição 
Definição: sequências particulares de DNA, moderadamente repetidas, que 
podem ter a habilidade de mudar de posição dentro do genoma 
 
Quantidade: o número de inserções dessas sequências dentro do genoma 
hospedeiro pode variar desde poucas cópias até milhares 
 mamíferos: 25% a 45% 
Barbara McClintock-1940 
Prêmio Nobel 1983 
DNA repetitivo não codificador Dispersos no genoma 
Classificação quanto a autonomia para realizar ou não a sua 
transposição: 
 
 Cópias completas (autônomas): codificam as enzimas 
necessárias para a transposição (transposase) 
 
 Cópias incompletas (não-autônomas): dependem dos 
elementos autônomos produzirem as enzimas necessárias para 
sua transposição 
Sequências móveis estão sujeitas a altas taxas mutacionais. 
Assim, a frequência de elementos não-autônomos é 
relativamente alta. 
Classificação quanto ao mecanismo de transposição: 
 Transposon: DNA como intermediário. Utilizam a enzima 
transposase para sua transposição. 
 
 Retrotransposon: RNA como intermediário. Utilizam a 
enzima Transcriptase Reversa para a transposição. 
Os mais comuns em mamíferos: SINE e LINE 
SINE: Alu (300bp) = 1 milhão de cópias no homem 
LINE: L1 (6-7 kb) = milhares de cópias 
 
Cut + Paste Copy + Paste 
 TEs podem afetar o genoma: 
• aumentando seu tamanho e a variabilidade genética 
• reestruturando a arquitetura genômica 
• causando mutações em genes (ativar ou inativar) 
• regulando a expressão gênica 
• originando novos genes (domesticação) 
• atuar como vetores na transposição horizontal de genes 
Os elementos transponíveis assumem importante papel na 
evolução das espécies 
*** Efeito depende do local da inserção *** 
Inserções de TEs em regiões codificadoras de proteínas 
RESULTADOS 
mRNA 
TE 
GENE 
exon intron 
TE 
Efeito deletério Novo Éxon; Promotor 
Enhancer; etc . 
Almeida et al. 2007. Gene 390:180-189. 
Exemplos: 
 
TE originou éxons em genes 
de Bos taurus 
Almeida et al. 2008. Genetics and Molecular Research 7:107-116. 
conjunto de diferentes famílias de sequências curtas, reiteradas 
milhares de vezes e organizadas em longos arranjos em tandem; 
mamíferos: 10 a 15% do DNA 
DNA altamente repetitivo 
DNA repetitivo não codificador Tandem 
Há 3 classes de DNA altamente repetitivo: 
DNA satélite: sequências de DNA altamente repetitivas em tandem, 
ricas emCG, encontradas na heterocromatina, principalmente 
próximo aos centrômeros. 
DNA minissatélite: múltiplas repetições em tandem de um unidade 
representada por sequência de tamanho mediano 
DNA microssatélite: múltiplas repetições em tandem de uma 
unidade representada por uma sequência de 1 a 6 nt 
DNA satélite 
DNA satélite em B. taurus evidenciando regiões de heterocromatina 
regiões do DNA que contém pequenas sequências 
de nucleotídeos (cerne) repetidas em tandem 
(muitas vezes); 
 polimorfismo se dá no número dessas repetições 
 podem ter muitos alelos 
 
 -cerne (12-150nt) 
 -tamanho 
Variable Number of Tandem Repeats (VNTRs) 
(Número Variável de repetições em tandem) Minissatélites 
Alec Jeffreys 1985 
GGTTGTGAGTGGGCACA GGTTGTGAGTGGGCACA GGTTGTGAGTGGGCACA 
-Ex: zeta-globin (cerce com 18 nucleotídeos) 
 
“ALELOS” 
DNA fingerprint 
sequências curtas (motivos), 1 a 6 nucleotídeos repetidas em tandem 
Característica  ALTAMENTE POLIMÓRFICOS 
Short Tandem Repeats (STRs) 
Simple Sequence Repeats (SSRs) Microssatélites 
Tipo Motivo/Arranjo Loco 
Monômeros (A)n AAAAAAAAAAAAAAAA 
Dímeros (AT)n 
(CG)n 
ATATATATATATATATATAT 
CGCGCGCGCGCGCGCGCG 
Trímeros (ATG)n 
(CCG)n 
ATGATGATGATGATGATG 
CCGCCGCCGCCGCCGCCG 
Tetrâmeros (CGTA)n 
(TATC)n 
CGTACGTACGTACGTACGTA 
TATCTATCTATCTATCTATC 
Pentâmeros (ATGGC)n 
(CGCAA)n 
ATGGCATGGCATGGCATGGC 
CGCAACGCAACGCAACGCAA 
Hexâmeros (ATTGGC)n ATTGGCATTGGCATTGGC 
estudado via PCR utilizando 
primers que o flanqueiam; 
visualização em gel de agarose 
ou de poliacrilamida 
  trama e coloração 
Classificação: 
 
Perfeitas: sem interrupções 
Imperfeitas: interrompidas por nucleotídeos não repetidos 
Compostas: 2 ou + tipos de repetições adjacentes (perfeita/ 
imperfeita) 
Detecção de microssatélites: PCR e 
sequenciamento 
Microssatélites 
Aplicações: 
 mapeamento genético 
 diagnósticos 
 biologia da conservação 
 investigação forense 
 estudos de população 
 caracterização racial 
 registro genealógico 
 certificação e rastreabilidade 
MAS 
 estudos de QTL 
↓ nº de marcadores requeridos 
 Teste de Identificação genética de animais 
Instrução Normativa Ministério da Agricultura, Pecuária e 
Abastecimento (MAPA) nº17, de 9/08/2012, onde os marcadores a 
serem utilizados, assim como o número de marcadores, variam 
conforme a espécie. 
(11): CSRD247, D5S2, HSC, 
ILSTS87, INRA005, INRA006, 
INRA049, INRA063, INRA172, 
MAF065, McM042, McM527, 
OarFCB20, OarAE129 e 
OarFCB11. 
(12): 9 compulsórios (AHT4, AHT5, ASB2, 
HMS3, HMS6, HMS7, HTG10, HTG4 e 
VHL20) e 3 a escolher (ASB17, ASB23, 
CA425, HMS1, HMS2, HTG6, HTG7 e LEX3); 
(11): CSRD247, ILSTS008, 
ILSTS019, ILSTS087, 
INRA063, INRA172, 
McM527, SRCRSP05, 
SRCRSP23, HSC, 
ILSTS030, INRA005, 
INRA006, MAF065, 
OarFCB11, SRCRSP08 e 
SRCRSP24 
(12): BM1818, BM1824, BM2113, 
ETH10, ETH225, ETH3, INRA23, 
SPS115, TGLA122, TGLA126, 
TGLA227 e TGLA53 
(12): BM922, BM1706, BM1824, 
BMC1013, CSSM19, CSSM42, 
CSSM47, CSSM60, CYP21, 
INRA26, MAF65 e RM4 
Vantagens de estudar microssatélites: 
 pouco DNA requerido; 
 abundância no genoma com distribuição aleatória; 
 alto nível de polimorfismo e alta reprodutibilidade; 
 transferabilidade 
Desvantagens: 
 altos custos de desenvolvimento caso os primers não estejam 
disponíveis; 
 requer a construção de bibliotecas para estudos dos 
microssatélites espécie-específicos 
 
85% 
% 
Barbará et al. 2007, Molecular Ecology, v16, p3759-3767 
Como os microsatélites são formados? 
Modelos para explicar os processos envolvidos na formação 
das repetições: 
 
 
 escorregões da DNA polimerase – DNA slippage 
 
 crossing over desigual 
codificam proteínas e necessárias para o metabolismo dessas 
organelas, que são essenciais a vida dos eucariotos. 
rRNAs e tRNAs para a tradução 
 
7. Presença de DNA fora do núcleo: cloroplastos e 
mitocôndrias 
genoma 
extranuclear 
Genoma Mitocondrial (mtDNA) 
DNA fita dupla, geralmente circular; 
quantia de MIT relacionada com atividade da celular; 
processos de replicação, transcrição e tradução dos genomas 
de organelas são autônomos  ocorrem no interior da própria 
organela; 
Genoma = semelhantes ao genoma de procariotos 
pequenos, organizados operons 
Teoria da ENDOSSIMBIOSE 
Forma: maioria circular 
exceções: algumas algas e protozoários possuem mtDNA lineares 
Tamanho: 6 kb até 200 kb 
Conteúdo: genes do complexo enzimático relacionados com 
respiração; genes relacionados ao processo de tradução dos genes 
da organela 
 
Mt DNA Humano: 16.597 pb 
37 genes que codificam: 
13 proteínas 
22 tRNAs 
2 RNA ribossômico 
Marcadores Mitocondriais 
Genes mitocondriais: 
-herança materna 
-taxa de mutação 4X maior que genes nucleares 
 
 Excelente marcador para estudos de população: relações 
filogenéticas (espécie/subespécie), estimativa de distância genética, 
discriminação de sub-populações, investigação de história 
biogeográfica, etc. 
a) Cerrophidion sasai. 
b) Cerrophidion wilsoni. 
a) Puntius filamentosus 
b) Puntius assimilis Rhinolophus mossambicus 
Rhinolophus smithersi 
Pristimantis achatinus 
Auxiliar na catalogação de espécies, facilitando a separação de 
espécies crípticas, com taxonomia complexas e/ou pouco 
estudadas 
Estimar de tempo de divergência e filogenia entre grupos 
Taurinos x Zebuínos 
Hiendleder et al. 2008. Cytogenetics and Genome Research 120:150-156. 
Estudo do genoma mitocondrial completo de diversas raças revelou: 
-polimorfismos: 237 
-tempo de divergência: 1,7 a 2 milhões de anos 
Auroque (Bos primigenius) 
Bovino primitivo extinto em 1627 
Habitat: da Europa ocidental à Coréia e da 
Sibéria à Índia. 
Análise de 32 exemplares arqueológicos permitiu 
a identificação de 4 linhagens maternas 
Estimativa das distâncias genéticas permitiram inferir diversos eventos de 
domesticação e um “status” de subespécie para Bos primigenius taurus (raças 
taurinas) e Bos primigenius indicus (raças indianas) 
Hudson et al. 2012. Mitochondrion 12:438-440 
O rebanho selvagem Chillingham (Inglaterra) resiste há 
mais de 300 anos (67 gerações). Em 1947, passou por 
um gargalo populacional: 5♂ e 8♀ (genoma nuclear 
quase que homozigoto, baixa variabilidade) 
 
Viabilidade da manada (97Δ) 
devido à perda de alelos nucleares 
deletérios 
 
 proporciona oportunidade única 
para estudar uma população em 
estado selvagem, onde o genoma 
mitocondrial (↑↑ taxa de mutação) 
está operando contra um fundo 
quase que uniforme do genoma 
nuclear 
Variabilidade Genética 
Projeto DNA Barcoding of Live 
 
-sequenciamento de 648bp do gene COI como ferramenta na catalogação de 
biodiversidade e taxonomia 
-presente em quase todos os organismos 
-sequência espécie-específica 
-identificação em qualquer estágio de vida 
8 espécies 
4 gêneros 
2 subfamílias 
Exemplo: DNA barcoding para avaliar a dinâmica populacional 
 
 
 
 
Resposta à contaminação do solo e água por herbicidas, fungicidas e 
mineração 
 
  Visa identificar bioindicadores para monitoramento ambiental 
 
peixes Insetos bentônicos minhocas crustáceos 
Genoma dos Cloroplastos ctDNA 
Ex.: arroz 
DNA fita dupla circular; 
processos de replicação, transcrição e tradução são 
autônomos, isto é, ocorrem no interior da própria organela; 
contém cerca de 120 genes; 
alguns organismos: presençade introns 
Organização do Genoma Humano 
Genoma nuclear 
23 cromossomos (haplóide) 
3.200 Mb 
~23.000 genes 
Genoma mitocondrial 
16.569 bp 
37 genes 
Genoma Humano: genoma nuclear + mitocondrial 
Nuclear Mitocondrial 
Tamanho 3.000Mb 16.569pb 
N° de moléculas 46 (linear) 1 (circular) 
Proteínas associadas Histonas e não histonas Livre de proteínas 
N° de genes ~23.000 37: 2rRNA; 
 22 tRNA; 
13 polipeptídeos 
DNA repetido Muito Pouco 
Introns Maioria dos genes Ausente 
DNA codificador 1-3% 95% 
Diferença no código UGA = Stop 
AGA = ARG 
AUA = ILE 
= TRP 
= Stop 
= MET 
Herança Leis de Mendel Exclusivamente 
MATERNA 
Recombinação Sempre ocorre Nenhuma 
Genoma Humano 
Regulação da expressão 
gênica em organismos 
eucariotos 
Células em meios uniformes - ação coordenada entre: 
sinais que provocam mudança da expressão; 
 resposta a esses sinais; 
mecanismo de reposta 
Procariotos Ativação e 
repressão 
Genes 
Depende meio externo 
(nutricionais e físicas) 
Eucariotos 
Resposta direta a 
condições 
ambientais 
Ativação e 
repressão 
Genes 
Resposta direta a 
condições 
ambientais 
X 
Uma célula humana contém ~23.000 genes, os quais podem ser 
expressos: 
a todo momento (genes constitutivos - housekeeping): 
responsáveis pelas funções metabólicas de rotina, como por exemplo a 
respiração, que é comum à todas as células; 
quando a célula entra em um padrão de diferenciação particular; 
 
 
 
 
quando as condições ao redor ou no interior da célula mudam (genes 
induzíveis) 
Exemplo: a chegada de um hormônio pode ligar ou desligar certos 
genes numa determinada célula 
 alguns são expressos todo o tempo nestas células 
Exemplo: células do plasma expressam continuamente os genes para 
a síntese de anticorpos. 
regulação gênica em organismos multicelulares está na 
especificidade, na forma e função das células em cada tecido; 
 
 
cada gene tem suas sequências reguladoras específicas que são 
essenciais no controle da transcrição 
Como a expressão gênica é regulada? 
Genes induzíveis: respondem a ameaças ou estímulos ambientais: 
ingestão de metais pesados, infecção viral, etc 
genes de eucariontes não são encontrados em operons 
•Exons: sequências traduzidas em aa; 
•Introns: sequências que serão removidas do mRNA antes de sua 
tradução; 
•Sítio de início da transcrição 
•Promotor 
promotor basal ou fundamental ou principal: ~40bp do sítio de inicio 
da transcrição; 
promotor secundário (usptream): pode estar localizado a mais que 
200bp distante e anterior ao promotor principal; 
•Acentuadores (enhancers) 
•Silenciadores 
•Isoladores 
Genes que codificam proteínas possuem: 
 RNA poli I 
EUCARIOTOS RNA poli II (todos mRNAs) 
 RNA poli III 
 Para ligação da RNA poli II são necessários: 
elementos regulatórios de ação CIS: DNA 
elementos regulatórios de ação TRANS: proteínas 
1. Elementos regulatórios de ação CIS 
 Promotor Principal 
região de ligação da RNA polimerase II; 
presente em todos os genes codificantes; 
~30bp antes do sítio início transcrição 
 TATAAAA (tata box) 
reconhecida por fatores de transcrição IID (TFIID) o qual forma 
um complexo com mais de 10 proteínas diferentes incluindo a 
proteína de ligação TATA (TBP), a qual reconhece e se liga na TATA 
box 
 Elementos Proximais ao Promotor – Promotores Secundários 
onde se ligam as proteínas que auxiliam na ligação da RNA 
polimerase); 
estrutura e fatores de ligação diferem de gene para gene; 
genes de diferentes tipos celulares compartilham os mesmos 
fatores de transcrição: que se ligam no promotor principal e 
secundários; 
um gene específico em uma determinada célula é ligado por meio 
da combinação única dos sítios promotores e os fatores de 
transcrição; 
100 – 200bp antes do sítio início transcrição (upstream) 
 CCAAT box GC-rich 
Uma analogia: Fileiras de caixas de segurança do banco: 
Para abrir uma caixa em particular na sala, são requeridas duas 
chaves: 
sua chave (promotor secundário), cujo padrão serve 
somente na fechadura da caixa reservada para você, mas... 
chave sozinha não consegue destrancar a caixa sem a 
chave geral do banco (promotor principal), que pode ativar o 
mecanismo de destrave de qualquer caixa; 
... mas a chave geral do banco (promotor principal) sozinha 
também não abre nenhuma caixa. 
 Acentuadores (enhancers) 
sítios de reconhecimento (DNA) de proteínas ativadoras que 
estimulam a transcrição pela interação física com a RNA polimerase 
e outros fatores transcricionais que se ligam ao promotor. 
independentes da distância ao promotor (podem estar localizados 
à milhares de pares de bases antes ou depois do promotor); 
interação requer a formação de DNA looping; 
 
 
 
 Silenciadores (silencers) 
diminuem a taxa transcrição  regiões no DNA são reconhecidas 
por proteínas repressoras da transcrição  inibem ativadores; 
quando proteínas repressoras se ligam à essas sequências de 
DNA, a expressão do gene que eles controlam é reprimida 
também independem da distância ao promotor; 
Based on Robert Tjian, "Molecular Machines that Control Genes," Scientific American. 
Problema: 
acentuadores podem se ligar nos promotores dos genes localizados 
milhares de pares de bases distantes. 
o que impede um acentuador de se ligar inapropriadamente e ativar 
o promotor de algum outro gene na mesma região do cromossomo? 
 
isolador 
 
 Isoladores (Insulators) 
segmentos de DNA (~42 bp) localizados entre acentuadores e 
promotores e/ou silenciadores e promotores de genes adjacentes; 
Impede que um gene seja influenciado pela ativação ou 
repressão dos seus genes vizinhos, ou seja, impede a atuação 
desordenada entre os seus promotores e acentuadores e/ou 
silenciadores; 
genes adjacentes geralmente são separados por um “isolador”. 
Ong & Corces. Nature Reviews Genetics 12, 283-293, 2011 
 Fatores de transcrição 
proteína que se liga a um elemento cis-regulador (por exemplo, um 
acentuador) e assim, direta ou indiretamente controla o início da 
transcrição; 
a presença desses fatores são essenciais à transcrição, mas não 
podem, por si só aumentar ou diminuir a taxa de transcrição. 
 
Há 2 classes de fatores de transcrição: 
1. Fatores de transcrição gerais: necessários para transcrição de 
todos os genes. 
 necessários para que as polimerases se liguem ao DNA 
2. Fatores específicos: responsáveis pela expressão de genes em 
células específicas. 
2. Elementos regulatórios de ação TRANS 
Níveis de regulação em eucariotos 
Estrutura da Cromatina: genes acessíveis à 
RNApoli II (herança epigenética) 
Transcricional: altera quais genes são 
transcritos e sua taxa de transcrição 
Pós-transcricional: ocorre no núcleo e 
envolve processamento diferencial e velocidade 
de maturação de mRNA, ou a estabilidade da 
molécula de mRNA 
Traducional: alteração no tempo de vida do 
mRNA, na ligação aos ribossomos, na eficiência 
de tradução pelos ribossomos. 
Pós-traducional: mudanças adicionais para a 
funcionalidade e/ou estabilidade da proteína 
(dobras, quebras, fosforilação) 
 
 
Nuclear 
Citoplasma 
 DNA 
 
 
Transcrição (mRNA) 
 
 
 
RNA Funcional 
Pré-tradução 
 
Tradução 
 
Proteína 
 
Proteína ativa 
 
Proteína Inativa 
Empacotamento, metilação, rearranjos, 
amplificação, Heterocromatina, Inativação-X 
Fatores de transcrição, promotores, 
acentuadores, proteínasde ligação, 
repressores 
Adição de CAP, cauda Poli A, splicing, 
Splicing alternativo 
Degradação do mRNA 
ligação do ribossomo, regulação do produto 
final 
Quebras, dobras, fosforilação 
Inibição, degradação 
maioria dos genes  controle nível transcricional 
regulação da expressão relacionada ao empacotamento da 
molécula de DNA 
Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 
Nível Transcricional 
http://biologiacampmorvedre.blogspot.com.br/2013/02/bloque-ii_3296.html 
•Histonas determinam o grau de condensação do DNA 
(cromatina) 
•Para os genes serem expressos, é preciso que o DNA esteja 
descompactado. 
•Em geral, são modificações nos aminoácidos das histonas 
responsáveis pela remodelagem da cromatina (mudança de 
posição dos nucleossomos). Dentre os processos estão: 
 -Acetilação (lisina) 
 -Metilação (lisina ou arginina) 
 -Fosforilação (serina) 
 -Ubiquitinação (lisina) 
 -Ribosilação 
 
Remodelagem da cromatina (histonas) 
 
•Acetilação: H3 e H4 → abre a cromatina, ativa a transcrição 
•Desacetilação: condensa a cromatina, impede (desliga) transcrição 
► Metilação do DNA 
 •dinucleotídeos 5’-CpG-3’: união de C+G por uma ligação 
fosfodiéster na mesma fita de DNA → ilhas CpG (regiões promotoras) 
•grupos metil inseridos no carbono 5’ das C nas sequências CpG 
•Metilação ocorre em 70-80% dos sítios CpG ( com envelhecimento) 
•São estáveis e herdáveis 
•Inibição direta ou indireta da ligação dos fatores de transcrição 
(reprime expressão) 
Silenciamento 
Gênico 
CA CANCER J CLIN 2010;60:376–392 
Acetilação X Metilação das histonas 
Metilação atua: 
 1. Controle da expressão gênica espacial e temporal 
 2. Integridade cromossômica e segregação centromérica 
 3. Recombinação 
 4. Inativação do cromossomo X 
 5. Proteção contra elementos genéticos móveis 
 6. Imprinting genômico 
 7. Envelhecimento 
 
Funções celulares dependem do equilíbrio entre os 2 eventos: 
Ilhas CpG  hipometiladas 
 
Regiões intergênicas  hipermetiladas 
 
Ex.: Gene PHLDA2 em bovinos 
 
•proteína que atua na diferenciação da placenta 
•apenas um alelo é expresso, o outro é metilado 
•se ambos alelos se expressam há supercrescimento da placenta, 
levando ao desenvolvimento de síndromes(Sikora et al., 2012) 
Silenciamento de cromossomo inteiro: inativação do X 
 
•Inativação aleatória de um dos dois cromossomos X em cada célula, 
em um estágio inicial do desenvolvimento de fêmeas (Compensação 
de dose) torna a quantidade da maioria dos produtos gênicos 
equivalentes à dose única de cromossomo X nos machos. 
•Corpúsculo de Barr (estrutura heterocromática) 
Ex.: Gato Tortoiseshell 
Imprinting Genômico 
 
Genes autossômicos com um padrão incomum de herança 
Ex.: camundongos (cromossomo 11) 
-IGF2 ( insulin-like growth factor 2): alelo 
expresso herdado do pai 
-H19 (long non-coding RNA, atua como 
supressor tumoral): alelo expresso 
herdado da mãe 
Metilação dos genes na 
formação dos gametas 
Griffiths et al., 2011. Introduction to Genetic Analysis. 9th edition. 
Visão geral da regulação transcricional 
Procariotos Eucariotos 
Estágio básico: ligado 
Estágio básico: desligado 
Estágio reprimido: desligado Estágio ativo: ligado 
Procariotos: 
RNApol inicia a transcrição 
 
Eucariotos: 
Nucleossomos impedem a 
transcrição 
Adaptado de: Griffiths et al., 2011. Introduction to Genetic Analysis. 9th edition. 
Maquinaria necessária para gerar essa diversidade de padrões de 
transcrição gênica inclui sequências reguladoras de ação cis e 
proteínas reguladoras (trans). 
Dois grandes grupos de proteínas reguladoras (elementos de ação 
trans): 
1. Complexo de RNA polimerase II: se ligam a elementos proximais do 
promotor 
2. Fatores gerais de transcrição: se ligam a sequências reguladoras 
de ação tris 
Griffiths et al., 2011. Introduction to Genetic Analysis. 9th edition. 
Aparato molecular controlador da transcrição em células humanas: 
 
1.RNA polimerase (em azul, nº representam as subunidades) 
2.Fatores de transcrição basais (moléculas reguladoras trans = A,B, F, E, H) 
3.Fatores regulatórios cis (acentuadores e repressores da transcrição) 
Griffiths et al., 2011. Introdução à Genética. 9a edition. 
Controle da transcrição por Hormônios 
hormônios lipossolúveis (esteróides, ácido retinóico e hormônios da 
tireóide) são capazes de se difundir pela membrana plasmática, 
interagindo com receptores hormonais (receptores nucleares); 
complexo hormônio-receptor nuclear liga-se a sequências 
reguladoras de determinados genes controlando a expressão. 
Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos 
Nível Pós-Transcricional 
1. Processamento do mRNA 
2. Splicing alternativo 
Griffiths, A.J. Introdução à Genética, 10ª ed., 2013 
Exemplo: pré-mRNA transcrito do gene α-tropomiosina em rato, em diferentes 
tipos celulares 
3. Estabilidade do mRNA 
pequenos RNAs fita-simples (~22 nt) formados a partir de 
transcritos em forma de grampo (hairpin = pre-miRNA ~70 nt) 
Micro-RNA (miRNA) 
Função: regulam negativamente os genes codificantes de proteína 
pela repressão da tradução ou degradação do mRNA 
podem ter expressão constitutiva ou com controle de expressão 
temporal- e tecido-específica 
~30% dos genes codificante são regulados por miRNA 
 
Localização no genoma: regiões gênicas (éxons ou íntrons) e 
intergênicas 
Winter et al., 2009. Nature Cell Biology 11: 228-234. 
 Transcrição 
 Processamento 
 Maturação 
 Função 
Atuação dos miRNAs 
Ligam-se a região 3’UTR do mRNA (geralmente imperfeita) 
Degradação ou Inibição 
•quanto melhor o pareamento, maior a probabilidade de degradação 
do mRNA 
http://www.nature.com/ng/supplements/micrornas/video.html 
http://www.nature.com/focus/rnai/animations/index.html 
Ex.: atuação de alguns miRNAs em suínos 
Fe é utilizado para síntese de proteínas que contém Fe; 
síntese dessas proteínas é regulada em nível da tradução, de 
maneira oposta, pela disponibilidade de Fe. 
Regulação Traducional 
Ex.: controle mediado por ferro (ferritina e receptor 
transferrina) 
Expressão gênica controlada pela mudança na estabilidade do mRNA 
Estocagem intracelular de Fe 
transporta Fe entre os tecidos 
Sem produção de ferritina Produção do receptor de transferrina 
Sem produção do receptor de transferrina Produção de ferritina 
Privação de Ferro 
Ferro em excesso 
estocagem transporte 
Ex.: pro-insulina 
-peptídeo inativo é produzido 
-remoção de uma sequência de -~30 aminoácidos no meio do 
peptídeo: proteína ativa 
Regulação pós-traducional 
Alterações adicionais para a funcionalidade e/ou estabilidade da 
proteína