Apoptose e Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

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Apoptose 
É uma das formas de morte programada 
(autodestruição celular), ocorre durante o 
desenvolvimento normal e envelhecimento e como 
um mecanismo homeostático para manter populações 
de células nos tecidos; além disso, pode servir para 
extinguir células danificadas ou infectadas. Existem 
mecanismos de inibição deste processo são ativos e 
altamente regulados. 
Alguns exemplos são: individualização dos 
dedos na formação dos membros, metamorfose de 
girinos (desaparecimento de caldas), SI adaptativo 
(eliminação de linfócitos T e B falhos) e etc. 
 
Fases da apoptose 
1. Célula compacta-se 
2. Membrana forma invaginações (citoesqueleto 
colapsa) 
3. Cromatina condensa 
4. DNA se fragmenta 
5. Superfície se divide em vesículas 
membranosas (corpo apoptóticos) que são 
fagocitados (expressão de marcadores de 
superfície celular - fosfatidilserina) 
 
Morte celular 
 
Maquinaria responsável pelo suicídio programado 
- Casacata proteolítica das Caspases 
As principais agentes da apoptose são uma 
família de proteínas, chamadas de caspases, que 
apresentam como características a cisteína em seu 
sítio ativo e o ácido aspártico como alvo de clivagem. 
Existem 12 tipos de caspases, sendo divididas em: 
● Iniciadoras: caspases 8, 9 e 10 
● Efetoras ou executoras: caspases 3, 6 e 7 
As caspases são produzidas como precursores 
inativos, chamado de procaspases e após receberem 
certos sinais, induzem a apoptose, por meio de uma 
cascata de reações proteolíticas que amplificam o 
sinal (caspases iniciadoras) e induzem tal 
acontecimento (caspases efetoras). 
 
 
 
 
 
 
Assim, as caspases iniciadoras iniciam o 
processo apoptótico; antes da apoptose, elas existem 
como monômeros solúveis inativos, que, em um sinal 
apoptótico, formam dímeros que clivam seus 
parceiros no domínio de protease, estabilizando o 
complexo e deixando-o ativo, as quais ativam as 
caspases executoras (clivagem), que, por sua vez, 
clivam diversos eventos de clivagem de proteínas que 
matam a célula. 
Algumas dessas proteínas alvo são: lâmina 
nuclear (degradação), ativação de uma endonuclease 
(fragmentar o DNA), componentes do citoesqueleto e 
etc. O sinal que desencadeia a apoptose pode vir de 
duas maneiras: a via intrínseca e a via extrínseca. 
 
Células apoptóticas são bioquimicamente 
reconhecíveis 
As caspases executoras ativam as 
endonucleases (enzimas que degradam o DNA), as 
quais clivam o DNA cromossomal em fragmentos. 
Por meio da eletroforese em gel é possível perceber 
essa clivagem. 
A fosfatidilserina se desloca para a face 
externa da membrana (flip-flop) quando a célula 
recebe estímulos para a apoptose, servindo de 
marcador para a fagocitose e bloqueado a inflamação 
(inibe a produção de citocinas). É possível observar 
essa fosfatidilserina por meio de exames. 
 
Via extrínseca ou receptor da morte 
Receptores da superfície celular (receptores de 
morte - FasL/FasR e TNA-alfa/TNFR1) ativam a via 
extrínseca da apoptose, que ocorre com o estímulo de 
radiação, drogas e marcadores inflamatórios. Para 
ocorrer esse processo, o linfócito T citotóxico, com 
seu ligante de Fas, liga-se ao receptor de morte na 
membrana da célula (que apresenta domínios 
extracelular e intracelular), a qual liga-se a proteínas 
adaptadoras intracelulares (FADD), que, por sua vez, 
ligam-se a caspases iniciadoras, formando um 
Complexo de Sinalização Indutor de Morte (DISC); 
nessa DISC, as caspases iniciadoras se clivam 
(ativação) e continuam o processo de apoptose. 
 
Via intrínseca 
A Apoptose também pode ser iniciada pela 
célula, por motivos como dano do DNA ou em 
resposta a sinais de desenvolvimento, radiação, 
toxinas, hipóxia, hipertermia, infecções virais, 
radicais livre, ausência de fatores de crescimento, 
hormônios e citocinas. Esses fatores podem causar 
alterações na membrana mitocondrial interna pela 
mudança do potencial interno dessas membranas, o 
qual causa a liberação do citocromo C; então, a 
proteína Apaf 1 forma um complexo com o citocromo 
C, mudando sua conformação e liberando um sítio 
ativo (Domínio CARD) que faz o recrutamento de 
caspases, além de formar um agrupamento com outros 
complexos, gerando o apoptossomo; por conseguinte 
as procaspases 9 se ligam aos apoptossomos, 
tornando-se ativadas e induzindo a ativação de 
procaspases executoras. 
 
Regulação da apoptose 
A via intrínseca da apoptose é regulada pelas 
proteínas da família Bcl 2, que evita o suicídio celular 
desnecessário. Essa família pode tanto evitar a 
apoptose (proteínas antiapoptóticas) como induzir a 
apoptose (proteínas pró-apoptóticas). 
Então essa família impedem a apoptose 
inibindo as Bcl 2 pró-apoptóticas tanto na membrana 
interna como no citosol. 
As principais proteínas pró-apoptóticas são as 
proteínas Bax e Bak, presentes na membrana da 
mitocôndria, que, quando estimuladas por estímulos 
apoptóticos, formam canais de membrana, liberando o 
citocromo c. 
 
Apoptose - Via da Perforina/Granzima 
Outra forma de induzir a apoptose são pelos 
linfócitos T citotóxicos, que ao perceberem uma 
célula cancerígena ou infectada por vírus, formam um 
canal na célula com a proteína perforina, que facilita a 
entrada de granzimas A e B, as quais estão ligadas ao 
desencadeamento proteolítico para a ativação das 
caspases iniciadoras (potencialização do sinal) e, 
posteriormente, caspases efetoras. 
 
Apoptose excessiva ou insuficientes 
O câncer pode ser causado pela inibição da 
apoptose; doenças autoimunes pode ocorrer alterações 
nos receptores de morte; defeitos na indução de 
apoptose. O excesso pode causar doenças 
degenerativas, como alzheimer, parkinson e etc. 
 
 
 
 
 
 
Regulação da Expressão 
Gênica em Eucariotos 
Expressão gênica 
A regulação pode ocorrer na transcrição, no 
processamento ou na tradução: 
● Transcrição: é regulada pela transmissão de 
sinais ambientais, pela multicelularidade e 
pela presença de fatores de transcrição 
● Recomposição alternativa de RNA: splicing 
alternativo, formando diferentes isoformas 
proteicas com o mesmo gene 
● Tradução: mRNA de longa duração ou de 
curta duração, estabilidade do material a ser 
traduzido e etc. 
 
Organização da cromatina 
De acordo com a condensação da cromatina, 
ocorre uma regulação da expressão gênica, pois os 
genes presentes na eucromatinas (descondensadas - 
apresenta mais genes) estão mais suscetíveis a 
transcrição que os genes da heterocromatina (mais 
condensado). Essa condensação ou descondensação 
são feitas por acetilação/desacetilação da cromatina, 
bem como por metilação/desmetilação de 
nucleotídeos, processo chamado de remodelagem da 
cromatina, feito por complexos multiproteicos para 
facilitar ou dificultar a ação da RNA pol. II. 
As principais enzimas que participam do 
processo de descondensação da cromatina são: 
● Histona acetiltransferase (HAT): faz a 
acetilação de histonas, afrouxando a 
associação das histonas com o DNA (aumento 
da expressão), 
● Quinases: fosforilam aa específicos da histona 
● Acentassomo: recruta HAT e expõe a região 
promotora 
Já para a condensação, utiliza-se: 
● Histona desacetilases (desateliação) 
● Histona metiltransferase (metilação) 
 
Metilação do DNA 
Trata-se de um processo normal do DNA, que 
é uma modificação química dos nucleotídeos 
importante para aregulação gênica. Próximo às 
regiões promotoras apresentam-se as Ilhas de CpG, 
que podem ou não sofrer metilações, as quais podem 
ser desencadeadas por fatores epigenéticos ou por 
cascatas enzimáticas. Quando 
ocorre a metilação dessas ilhas, 
ocorre a inativação do gene dessa 
região, apresentando grande 
importância no desenvolvimento 
embrionário e entre outros. 
 
 
Regulação transcricional 
Elemento regulatórios de ação CIS 
Antes do gene dos eucariotos, apresenta-se 
uma Região Promotora Secundária (“controla” o 
promotor) e os Acentuadores (bem longe do gene - 
regula a expressão do gene). Os genes podem ser 
divididos em constitutivos (estão sendo transcritos a 
todo momento) e em induzíveis (são transcritos em 
apenas certos momentos). 
O promotor principal é a região de ligação do 
RNApol II, presente em todos os genes codificantes e 
apresenta o TATA box. Já o secundário tem a região 
de ligação das proteínas que ajudam na ligação da 
RNApol II, que difere entre os genes e tem o CCAAT 
box. 
Ademais, os Acentuadores (ou Estimuladores 
ou Elementos de Resposta ou Enhancers), que são 
regiões que atuam a distâncias grandes do promotor 
(até vários milhares de pb do(s) gene(s) regulado(s)), 
influenciam na expressão gênica independente do 
sentido (sentido 3’ ou 5’). Esses acentuadores podem 
ser ativadores ou silenciadores: 
● Ativadores: promovem a transcrição (dando 
início a mudanças na estrutura da cromatina), 
tornando o DNA mais acessível; promove a 
ligação de reguladores adicionais; recruta a 
RNA pol para o promotor e libera a RNA pol 
para iniciar a transcrição 
● Silenciadores: diminuem a taxa de transcrição; 
regiões do DNA são reconhecidas por 
proteínas repressoras (inibição de ativadores) 
 
Elementos regulatórios de ação TRANS 
São os fatores de transcrição, que são 
divididos em dois grupos: 
● Fatores de Transcrição basais ou gerais: 
necessário para a transcrição de todos os genes 
e necessários paras que a RNA pol se ligue ao 
DNA 
● Fatores de Transcrição Especiais ou 
Específicos: induzíveis por calor, hormônio, 
estresse oxidativo; se ligam nas sequência dos 
Acentuadores 
Esses fatores de transcrição apresentam 2 
domínios: um de ligação ao DNA e outro de ativação 
da transcrição, em alguns específicos, apresentam um 
terceiro domínio de ligação com o esteróide. 
 
Interferência por RNAi 
Os RNA de interferência é um RNA pequeno, 
que, ao se encontrar com mRNA no citoplasma, cliva 
esse mRNA, impedindo assim, a tradução do gene 
desse mRNA. Os tipos de RNAi são o siRNA (que 
cliva mRNA virais) e miRNA (microRNA - participa 
na regulação de proteínas intracelulares). 
Os miRNA estão ligados à fenótipos 
biológicos, proteínas, processos fisiológicos, níveis de 
expressão gênica e etc. Por exemplo, a disfunção de 
miRNAs podem causar células cancerígenas, pois a 
falta deles pode fazer produção de proteínas tumorais, 
ou então a sua superprodução pode inibir proteínas 
anti-tumorais. 
 
Indução da transcrição por fatores ambientais e 
biológicos 
Temperatura 
Com o aumento da temperatura, ocorre o 
aumento da síntese de proteínas para controlar meio 
interno, como as Hsp (Heat Shock Protein) - 
expressas em condições de estresse (calor, 
inflamação, hipóxia, proteossoma e etc). Esse 
aumento da transcrição é possível, pois há fatores de 
transcrição de 
choque térmico 
(HSTF), sensíveis ao 
calor, que se ligam 
aos Elementos de 
Resposta do gene das 
Hsp, induzindo a 
transcrição. 
O Hsp 1, com 
altas temperaturas, é 
importante para a 
expressão de vários 
outros genes que 
podem auxiliar a 
células nesse momento de estresse. A baixa [HSsp] 
pode causar doenças neurodegenerativas; já a alta 
[Hsp] pode criar células cancerígenas. 
 
Vitaminas 
As vitaminas podem influenciar a expressão 
de genes. Por exemplo, os retinóides atravessam a 
membrana plasmática e interagem com proteínas 
citoplasmáticas ou receptores nucleares, os quais 
atuam, por sua vez, como fatores de transcrição. Esses 
fatores, atuam em Elemento de Resposta de certos 
genes (como as RAREs - elementos de resposta ao 
ácido retinóico), facilitando a transcrição dos genes. 
 
Hormônios esteróides 
Esse hormônios (derivados do colesterol - 
estrogênio, progesterona, testosterona, 
glicocorticóides e etc), atravessa a membrana celular 
facilmente e, quando dentro da célula, interagem com 
proteínas citoplasmáticas/nucleares, denominadas 
receptores hormonais, as quais atuam como fatores de 
transcrição. Assim, os genes apresentam HRE 
(elementos de resposta hormonal), que quando se 
ligam a esse fatores de transcrição, induzem 
transcrição do gene. 
Hormônios peptídicos 
Os hormônios com cadeias lineares de aa 
(insulina, somatotropina, prolactina e etc) são grandes 
e apresentam dificuldade de atravessar a membrana. 
Logo, proteínas ligadas à membrana, ligam-se ao 
hormônio e induzem um sinal intracelular, o qual 
influencia na expressão do gene pela ativação dos 
HRE (Elementos de Resposta Hormonal). 
 
Radicais Livres em excesso 
Em um processo normal, há um equilíbrio 
entre a produção de radicais livres e a captura desses 
radicais; todavia, em situações de estresse há a 
produção de muitos radicais livres (desequilíbrio). 
Sendo assim, nesses casos, é importante a transcrição 
de enzimas que neutralizam tais agentes oxidantes. 
Essa transcrição de enzimas é feita pela ativação de 
certos genes antioxidantes, os quais são ativos por 
fatores de transcrição que percebem o aumento de 
radicais e ativam-os.