3 Regulação da Expressão Genética em Eucariotos

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Genética 
Regulação da Expressão Genética em Eucariotos 
 
Comparando de uma forma básica procariotos com eucariotos, nos eucariotos haverá diferentes mecanismos de 
regulação que não ocorrem em procariotos devido as diferenças de características genicas de estruturas genicas. Nos 
eucariotos possuímos um material genético muito maior, pensando em nucleotídeos, além de muitas regiões em nosso 
material genético não codificadoras de proteína e que tem um importante papel na expressão desses genes. 
A grande indagação de como genes trabalhavam em 
determinadas situações foi observada em indivíduos 
eucariotos mais simples, pensando em sua estrutura 
organizacional celular, como por exemplo nos 
tripanossomos. Era questionado como que o sistema imune 
não conseguia destruir um tripanosoma, uma vez que esse 
sistema é extremamente avançado. Esses seres de 
estrutura mais simples, com especificações de tecidos e 
sistemas mais simples que o nosso conseguiam driblar esse 
sistema imune, mas como? 
Com isso, veio a observação de modificação na expressão 
de genes quando o sistema imune apresentava anticorpos 
contra as glicoproteínas presentes na superfície do 
tripanosoma. Ou seja, a presença de anticorpos reconfigurava os genes produzindo outras glicoproteínas para adentrar o 
hospedeiro para manter seu ciclo de vida. Portanto, essas indagações vieram até de indivíduos mais simples justamente 
para definir como que os genes são regulados e como podem driblar o sistema imune. Através de estudos laboratoriais 
podemos extrapolar essas observações para entendermos os acontecimentos em nossa espécie. Como exemplo disso, 
temos as hemoglobinas, em que a expressão genética muda entre as fases embrionárias, fetal e pós-natal. Também foi 
questionado o porquê de o genoma de neurônios e células hepáticas serem iguais, mas com funções tão diferentes. 
 
Genoma Humano 
 
Para entender essa regulação, é válido entender como o genoma de nossa espécie é caracterizado. Portanto, possuímos 
distribuição de nosso material genético em nossos cromossomos nucleares (cromossomos sexuais e os autossomos) e 
temos parte de nosso material genético disponível nas mitocôndrias. Comparando em quantidade de genes e 
características do material, é obvio que nas mitocôndrias possuímos menos genes expressos do que nos expressos nos 
autossomos e cromossomos sexuais. Possuímos genes que 
produzem proteínas, genes que não produzem proteínas, 
mas produzem produtos de RNA funcional, como 
transportadores e ribossomos no DNA mitocondrial. No DNA 
nuclear possuímos material gênico simples e extremamente 
repetidos (sequencias com várias repetições). O DNA 
proveniente no interior das nossas células somáticas e 
disponíveis nos nossos cromossomos possuímos regiões 
que codificam proteínas e RNA funcionais, tanto em DNA 
repetido ou simples. Possuímos, também, uma grande 
maioria de material gênico que não codificam nem proteínas e nem RNA funcional. Esses não codificadores, no DNA 
simples, possuem regiões de íntrons e pseudogenes. Já nas regiões não codificantes de DNA repetido há a presença de 
repetições em Tandem, que podem ser dispostas em conformação de satélite, microssatélite e minissatélite e há a 
presença de repetições dispersas, como elementos transponíveis. 
De uma forma geral, esse é o nosso genoma humano e, se estamos falando principalmente das zonas codificadoras, quais 
os mecanismos que regulam a expressão genica. Será que existem regiões nas áreas não codificadoras que influenciam 
nessa região codificadora e na expressão de genes? 
Essas indagações são importantes, até porque na época do projeto genoma em que se descobriu que do nosso material 
gênico apenas 2% eram codificantes, o restante era chamado de DNA lixo. Hoje sabe-se que não é bem assim e que 
essas regiões não codificantes possuem papeis, desde estabilidade genica quanto papel de regulação desses genes 
envolvidos na produção de proteína e RNA funcional 
 
Expressão gênica – Visão geral 
 
A regulação pode ocorrer na transcrição, no processamento ou na tradução. 
Na transcrição temos um rigor mais complexo quando comparado a procariotos justamente pela característica celular em 
que é encontrado esse material gênico. Portanto, nas nossas células há a compartimentação do material gênico no núcleo, 
logo, para que estímulos sejam recebidos pelos genes, há a necessidade de passagem por todos os componentes de 
membrana. Além disso, há vários outros sinais ambientais envolvidos quando pensamos em um tecido devido a presença 
de várias células próximas (tecido multicelular), portanto, há a necessidade de mecanismos muito bem controlados para 
que aquela informação de ligar/desligar genes ultrapasse ou tenha esse sentido de entender que aquela sinalização precisa 
ser muito bem efetiva para que aquele gene seja sensível àquele mecanismo de expressão. Há também a participação 
muito clara que são os fatores de transcrição, também presente em procariotos, porém nos eucariotos haverá outras 
regiões do gene que influenciará muito a expressão do gene alvo. 
Há também mecanismos de regulação no processamento, sendo 
de extrema importância para entender as diferentes isoformas 
proteicas de um mesmo DNA. Uma vez que há a presença de 
um mecanismo chamado Splicing, há processos de regulação que 
farão com que o gene que foi transcrito como RNA mensageiro 
na fase pré seja expresso de forma diferente em cada tecido ao 
qual está inserido. Para que seja considerado dentro da família e 
de genes únicos, é preciso com que haja domínios que 
caracterizem aspectos em comum entre as isoformas, porém, há 
o processamento diferenciado do RNA (Splicing alternativo). 
Portanto, há diferentes isoformas de proteínas provenientes de 
um único gene. 
Hoje sabemos que o splicing alternativo não só remove íntrons, mas há diferentes tipos de processamento, sendo a 
maioria envolvendo remoção de íntrons, mas há situações em que pode não remover íntrons, mas sim diferentes formas 
de processamento de RNA que influenciará no produto de DNA. Portanto, pode ocorrer remoção de íntron, permanência 
de partes de éxons de um e de outros não. Mas o que foi descoberto é que em alguns genes, na hora do processamento, 
os íntrons não são retirados e essas zonas produzirão algo, dando informação para a inserção de aminoácidos. 
Há controle na tradução também, influenciando a expressão daquele gene. Já na formação do RNAm que será transportado 
para fora do núcleo, há várias características que podem influenciar desde a liberação desse RNA até a sua tradução pelos 
ribossomos. Há várias micromoléculas de RNA que reconhecem esse RNA maduro e podem até clivá-lo, não formando 
proteínas. Há também mutações nesse RNA maduro, que podem gerar certas alterações de como aquele material 
genético vai liberar para a parte externa do citoplasma, fazendo esse material ser mais ou menos estável. Além disso há 
a regulação de quão grande é aquele RNA mensageiro, pois isso irá influenciar na taxa de tradução daquele transcrito que 
veio do gene. 
Há até regulação no período pós-traducional. 
 
 
Expressão gênica e organização da cromatina 
 
Quando pensamos no fato de como o material pode estar mais ou menos compacto, faz com que genes possam estar 
mais expostos ou menos expostos. Portanto, observa-se que em regiões de menos condensação há a presença de 
genes mais expressos e ativos do que nas regiões de alto grau de condensamento. Portanto, entende-se que a cromatina 
sempre pode estar sofrendo o processo de compactação/descompactação, sendo esse processo feito por enzimas 
extremamente eficientes, que acetilam ou 
desacetilam a cromatina e interferem em 
genes que podem estar mais ou menos 
expressos. Essa forma de deixar a 
cromatina mais ou menos condensada 
possui mecanismos enzimáticos muito 
claros e esse processo dinâmico é 
chamado de remodelagem da cromatina, 
havendo, portanto, o envolvimento de 
várias enzimas quefacilitarão ou não a 
ação da RNA polimerase para transcrever 
aquele gene. 
 
 
 
 
Metilação do DNA 
 
Uma outra forma de regulação, além da remodelagem da cromatina é o processo de 
metilação de DNA. Próximo as regiões promotoras dos genes temos segmentos ricos em 
Citosinas, fosfato e Guaninas, chamadas de Ilhas de CPG, que podem ou não sofrer 
metilações. Essas metilações podem ser desencadeadas por processos enzimáticos ou 
por mecanismos epigenéticos. Essa metilação do Dna, em condições normais, irá desligar 
genes, reprimindo a transcrição e silenciando genes, sendo seu exemplo mais comum a 
inativação do cromossomo X em mulheres, além do papel do desenvolvimento 
embrionário, imprinting genômico etc. 
Quando há processo de metilação descontrolado, como influência de fatores internos ou 
mutações nas enzimas de metilação, pode haver a repressão da transcrição de genes que sempre estão ativos. 
 
Regulação Transcricional – controle molecular da transcrição 
 
Para avançar no 
entendimento 
principalmente 
de elementos 
que irão auxiliar a 
RNA polimerase 
e regulação da 
expressão de 
alguns genes é 
importante que saibamos como funcionam as características básicas de genes eucariotos. 
Temos a região promotora primária, que auxiliará a RNA pol a acoplar nessa região e fazer a transcrição. Temos regiões 
promotoras secundárias que podem estar influenciando o acoplamento da RNA pol e ainda podemos possuir regiões do 
DNA muito distantes das regiões produtoras que podem gerar produtos ou fatores que influenciam a transcrição, 
chamados de acentuadores. Também a presença de genes que sempre estão expressos, principalmente os envolvidos 
em vias metabólicas, chamados de Genes Constitutíveis, e a presença de genes que são expressos mediante a estímulos, 
chamados de genes induzíveis. 
 
Elementos regulatórios de ação CIS 
 
O promotor principal é chamado de Tata box por possuir muitas 
tininas e adeninas. Ele sempre estará na posição cis, ou seja, na 
mesma posição e próximo ao gene, em torno de 30 pares de 
bases antes do sítio de iniciação e será o local em que a RNA pol 
irá se ligar e iniciar o processo de leitura do gene. 
O promotor secundário é sensível a fatores de transcrição, que 
podem influenciar na RNA pol quando ela está acoplada ao 
promotor secundário. Esse promotor é rico em C e G. 
Acentuadores atuam a grandes distancias da região promotora e influenciam a expressão gênica independente do sentido 
e seus efeitos independem da posição. Esses acentuadores são específicos por tecido e podem auxiliar ou silenciar aquela 
transcrição. 
Os ativadores promovem a transcrição (dando início a mudanças na estrutura da cromatina), deixando o DNA mais 
acessível; promovem a ligação de reguladores adicionais; recrutam a RNA pol para o promotor e liberam a RNA pol para 
iniciar a transcrição. Já os silenciadores diminuem a taxa de transcrição e as regiões do DNA são reconhecidas por 
proteínas repressoras, inibindo ativadores. 
 
Elementos Regulatórios de ação TRANS 
 
Há situações de que não estão propriamente envolvidas regiões próximas ao gene, mas em elementos que são chamados 
trans, que são os fatores de transcrição. Fatores de transcrição auxiliarão, através de acoplamentos, no reconhecimento 
da região promotora, dando todo o aparato proteico para que a RNA pol entenda que pode seguir a transcrição. Os 
fatores de transcrição basais ou gerais são necessários para a transcrição de todos os genes e são necessários para que 
a RNA pol se ligue ao DNA, sendo usados nas regiões primárias. Nas regiões mais distantes, como acentuadores, há a 
ação de fatores de transcrição especiais, que são induzíveis por calor, hormônio ou estresse oxidativo. 
 
 
 
 
 
 
Os fatores de transcrição possuem diversas conformações estruturais, e tem em comum dois domínios, um de ligação 
ao DNA e outro de ativação da Transcrição. Alguns específicos em resposta hormonal terá um domínio que será sensível 
com o esteroide. 
 
Regulação Pós – Transcricional – Interferência por RNA 
 
RNA não codificadores curtos podem regular a expressão de 
genes eucarióticos por interação com os RNA mensageiros 
produzidos por esses genes. 
Existem esses RNA de interferência que são formados por genes. 
Esses RNA de interferência são curtos e, quando ele encontra um 
RNA mensageiro complementar com ele, emparelha seus pares 
de base com esse RNA e cliva-o. Ao quebrar esse RNA 
mensageiro ou impedir sua tradução, há desligamento daquele 
gene. 
Por que estudar os miRNA? 
• papel completo desempenhado por cada sequência ainda não 
determinada 
• correlacionar perfis de expressão de miRNA com fenótipos 
biológicos, proteínas e níveis de expressão gênica 
• descobrir sequências de miRNA que regulam genes envolvidos no processo biológico de interesse 
• caracterização de células tronco 
• biomarcadores de doenças 
• estratégias terapêuticas 
 
 
Indução da transcrição por fatores ambientais e biológicos 
 
 
Temperatura - os genes do choque térmico 
• o aumento de temperatura aumenta a síntese de proteínas com função de controle do meio interno 
• Hsp (heat shock protein): expressas em condições de estresse (calor, inflamação, hipóxia) 
• genes apresentam os HSE (elementos de resposta ao choque térmico) 
 
Chaperonas - regulam vários processos 
• facilitam o enovelamento de proteínas 
• previnem a agregação de proteínas 
• autofagia 
• fusão de vesículas 
• transdução de sinal 
• apoptose 
• degradação de proteossoma 
 
Moléculas sinalizadoras - genes que respondem a vitaminas 
• retinoides: atravessam a MP e interagem com ptnas citoplasmáticas e nucleares receptores (receptores do ácido 
retinóicos - RARs - e receptores de retinóides X - RXRs) 
• genes apresentam os RAREs - elementos de resposta ao ácido retinóico 
• exercem influência na embriogênese, reprodução, regulação da inflamação, crescimento e diferenciação celular 
• retinóides com efeito terapêutico direcionado 
• isotretinoína, adapaleno e tazaroteno: alvo os RARs, afetam a diferenciação celular e a proliferação → 
tratamento de acne, psoríase e fotoenvelhecimento 
• bexaroteno e alitretinoína: alvo os RXRs, induzem a apoptose → tratamento de micoses fungoides e 
sarcoma de Kaposi 
• hormônios peptídicos: insulina, somatotropina, prolactina 
• cadeias lineares de aa: grandes, dificuldade de atravessar a MP 
• proteínas ligadas a membrana → sinal hormonal → expressão do gene → transdução de sinal 
• genes apresentam os HRE