Regulação da expressão gênica

Prévia do material em texto

Fernanda Carvalho, 4º semestre - TUT 04 1 Genética 
Regulação da expressão gênica 
 
DEFINIÇÃO: 
o O aumento ou a diminuição da expressão 
gênica (sempre que se referir à expressão 
gênica, fala-se em RNAm e proteína). Por 
exemplo, se determinada proteína está 
expressa em um determinado câncer, tem 
que ser usado um fármaco que diminua a 
quantidade de proteínas nessa célula; 
fazendo a terapia gênica diminuir a 
quantidade de RNAm e, 
consequentemente, a quantidade da 
proteína; 
o Ativar ou inativar genes para evitar 
sintomatologia de determinadas 
doenças. 
Essa regulação gênica não necessariamente 
servirá apenas para patologias genéticas, 
mas para as patologias como um todo, as 
quais dependem da expressão gênica. 
Existem mecanismos de regulação da 
expressão gênica para ativação e inativação 
de genes específicos (Mais mecanismos para 
inibição do que para a ativação da 
expressão). Muitas vezes, entretanto, esses 
mecanismos falham e tem-se a importâncias 
de adentrar com os fármacos para 
tratamento. 
Qual o custo (em termos de energia e 
recursos) para fazer uma proteína? 
Para uma proteína de tamanho médio (300 
aas): 
o 1350 moléculas de ATP; 
o 1650 átomos de carbono; 
o 540 átomos de nitrogênio. 
Percebe-se, então, que é um gasto 
energético elevado. 
Em procariotos já existem esse mecanismo de 
regulação -> E. coli tem cerca de 4000 genes 
que codificam aproximadamente 2000 
proteínas. 
 
 
QUEM, QUANDO, QUANTO: 
Já que a síntese de proteínas requer grandes 
quantidades de energia e recursos, os 
procariotos e eucariotos desenvolveram 
mecanismos elaborados para controlar a 
escolha de quais proteínas são feitas em 
diferentes momentos e sob diferentes 
condições ambientais. Então, será levado em 
consideração as características da célula e a 
sua função, além do seu momento e da sua 
necessidade para controlar quais genes 
estarão ativos e quais genes estarão inativos, 
sendo que a maior parte deles sempre estará 
inativa; apenas aqueles que são realmente 
necessários e fundamentais para o 
desenvolvimento das funções celulares 
daquela célula que vão se ativar. 
 
REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA EM 
EUCARIOTOS: 
Como já sabemos, a expressão gênica está 
relacionada com o RNAm e a com a 
proteína, e nos eucariotos esses eventos de 
transcrição e tradução são separados 
espacialmente (transcrição no núcleo e 
tradução no citoplasma). Portanto, é preciso 
levar em conta esses compartimentos 
celulares para saber, por exemplo, se tem 
ferramentas suficientes para atuar em nível 
nuclear, de modo que isso seja feito sem 
prejudicar a célula, ou se as moléculas só 
conseguem agir em nível citoplasmático, etc. 
Porém, em qualquer uma das etapas de 
produção de RNA e de produção de 
proteína, tem-se a possibilidade de fazer essas 
interferências. 
 Fernanda Carvalho, 4º semestre - TUT 04 2 Genética 
 
o Regulação espacial: diferentes tipos 
celulares em um mesmo organismo. É uma 
regulação que depende do local/ 
espaço que a célula ocupa dentro de um 
organismo, e isso faz com que ela tenha 
atividade, morfologia diferentes naquele 
indivíduo; 
o Regulação temporal: genes diferentes 
expressos em tempos diferentes em 
resposta a sinais biológicos ou estímulos 
ambientais. É uma regulação que 
depende da necessidade/momento em 
que a célula se encontra. Ex.: um 
osteoclasto precisa fazer a reabsorção do 
osso e mandar cálcio para a corrente 
sanguínea; então, se o osteoclasto tiver 
precisando, por uma necessidade 
fisiológica do organismo, liberar cálcio na 
corrente sanguínea, ele vai ativar a 
expressão dos genes que codificam para 
essas enzimas que digerem o osso e essas 
enzimas vão, nesse momento, ser super 
expressas. Isso seria um estímulo biológico 
que avisou sobre a deficiência do cálcio e 
isso estimulou a célula a produzir enzimas 
digestivas. Com esse processo, os níveis de 
cálcio irão subir e as paratireoides vão 
tentar controlar isso, até que o osteoclasto 
recebe outro sinal dizendo que agora ele 
não precisa mais digerir o osso e mandar 
cálcio para a corrente sanguínea; então 
aqueles genes que estavam super 
expressos anteriormente vão ser 
inativados, pois não há necessidade mais 
naquele momento do cálcio na corrente 
sanguínea; 
o Nos eucariotos a transcrição (núcleo) e 
tradução (citosol) são separadas 
temporal e espacialmente, já nas 
bactérias esses processos ocorrem 
simultaneamente e no mesmo 
compartimento; 
o Eucariotos possuem proteínas regulatórias 
maiores e mais complexas, quando 
comparadas aos procariotos; 
o O acesso aos promotores (regiões 
próximas ao gene) é restrito pela estrutura 
da cromatina (devido à complexidade); 
o Promotores de eucariotos são 
intrinsecamente inativos: não ocorre início 
de transcrição na ausência de proteínas 
acessórias. Só se ativam se acordo com a 
necessidade. 
 
COMO É FEITA A TRANSCRIÇÃO: 
 
Histonas: São proteínas que enovelam o 
material genético. Elas vão ser modificadas 
de maneira covalente através de 
mecanismos de acetilação (adição de um 
grupo acetil) e metilação (adição de um 
grupo metil). Feito isso, irá haver uma 
mudança nas histonas de forma covalente, o 
que irá permitir o desenovelamento do DNA 
ao redor dela. Quando as histonas são 
acetiladas, por exemplo, e modificadas 
covalentemente, o DNA passa a ser uma 
estrutura ativa (mas nem todo o DNA estará 
ativo, mas sim apenas as regiões específicas 
que contenham as informações do gene e 
das regiões regulatórias dele). 
 
 Fernanda Carvalho, 4º semestre - TUT 04 3 Genética 
Obs1): Normalmente as histonas estão 
desacetiladas. 
Obs:2): Nem todo o material genético é 
desenovelado, porque a transcrição ocorre 
em genes e momentos específicos. 
Obs3): Lembrar que desnaturar é quebrar a 
dupla fita e, nesse caso, só fez desenrolar a 
fita, então, não é desnaturação ainda que 
ocorre. 
Obs4): Nem toda região de DNA é 
codificante. 
 
Explicando a imagem: A: histonas não 
modificadas, então seu DNA está inativo 
(compactado nas histonas). B: acetilação 
das histonas, proporcionando o 
desenovelamento do DNA e, 
consequentemente, a transcrição daquela 
região de interesse. 
 
PROMOTOR GÊNICO: 
 
Região que serve para ancoragem e 
recrutamento dos fatores transcricionais. Lá 
vai haver um reconhecimento de todos esses 
fatores e um posterior início do processo 
transcricional. Essa região apresenta uma 
sequência consensual (sequência que se 
repete para todos os genes) de nucleotídeos 
que facilita a chegada dos fatores 
transcricionais e da própria enzima. Um dos 
principais promotores que tem é o TATA box 
(região de adenina e timina). 
FATORES DE TRANSCRIÇÃO: 
o São moléculas proteicas que vão ajudar a 
polimerase (nesse caso a RNA polimerase) 
para executar o processo transcricional; 
o São fundamentais em todos os promotores 
para que a transcrição seja iniciada; 
o São importantes no posicionamento 
correto da RNA polimerase II sobre os 
promotores; 
o Atuam na separação das fitas de DNA; 
o Liberação da RNA polimerase II da região 
promotora. 
 
 
COMPLEXO PRÉ-TRANSCRICIONAL: 
 
Explicando a imagem: reconhecimento da 
região TATA box pela proteína TBP. Ao 
reconhecer ela se liga induzindo uma 
mudança conformacional (curvatura) na 
estrutura do DNA, e aí terá o recrutamento de 
outros fatores transcricionais. A modificação 
na estrutura do DNA, RNA, morfologicamente 
falando, é fundamental para que se tenha 
uma aproximação das proteínas regulatórias.Fernanda Carvalho, 4º semestre - TUT 04 4 Genética 
ATIVAÇÃO DA TRANSCRIÇÃO EM 
EUCARIOTOS: 
 
Enhancers, acenturadores ou intensificadores: 
são regiões não codificantes (regiões 
intronicas – importante papel regulatório). 
Elas podem aumentar ou diminuir a expressão 
gênica. Vão regular positivamente esse 
processo. Os ativadores se ligam aos 
intensificadores e juntos vão potencializar a 
expressão do gene. 
 
REPRESSÃO DA TRANSCRIÇÃO EM 
EUCARIOTOS: 
Está associada a uma região inerte do 
material genético. Se ligam a proteínas 
repressoras, e basicamente fazem: 
o Interferem na ligação da RNA polimerase 
II ao promotor; 
o Interferem na ligação de ativadores aos 
seus sítios específicos de ligação no DNA; 
o Interferem no complexo de transcrição 
envolvido no início da transcrição; 
o Interagem e inibem ativadores de 
transcrição. 
 
LIGAÇÃO COMPETITIVA AO DNA: 
A competição vai ser pelo sitio de ativação, 
entre a molécula ativadora e a inibidora. 
 
SUPERFÍCIE DE ATIVAÇÃO OCLUÍDA: 
Oclusão da superfície de ativação da 
proteína ativadora. Essa proteína tem alguns 
domínios específicos, um deles é o domínio 
catalítico; quando ele é bloqueado pela 
proteína repressora, o processo de aumento 
da transcrição do gene é interrompido, essas 
proteínas, no caso da imagem, não 
competiram pela ligação ao DNA, mas a 
superfície de ativação foi bloqueada pela 
proteína repressora. Mesmo se ligando ao 
DNA, a proteína ativadora não vai conseguir 
induzir o processo transcricional, porque sua 
superfície catalíca está bloqueada. 
 
INTERAÇÃO DIRETA COM FATORES 
TRANSCRICIONAIS: 
Com a dobra do DNA, vai haver uma 
aproximação da região promotora e dos 
fatores de transcrição, que irão se ligar. Isso 
vai bloquear o processo transcricional, pois 
ela é uma proteína repressora/inibitória. Note 
que, na imagem, a aproteína ativadora não 
consegue se aproximar da transcrição. 
 
REGULAÇÃO DOS GENES HEAT-SHOCK EM 
DROSOPHILA: 
 
Existem outras formas de se fazer expressão 
da regulação gênica. Por estímulos 
ambrientais, biológicos, por exemplo. Tudo 
 Fernanda Carvalho, 4º semestre - TUT 04 5 Genética 
isso pode fazer com que se tenha um 
aumento ou diminuição da expressão dos 
genes. Os genes heat-shock são aqueles que 
se ativam em resposta a uma modificação 
muito drástica da temperatura. Alguns genes 
(ex.: hsp70 gene), quando há essa mudança 
brusca na temperatura, são super expressos. 
A primeira coisa que a célula faz, ao passar 
por uma mudança brusca de temperatura, é 
produzir chaperonas (que fazem o 
enovelamento da proteína para que ela 
fique funcional), pois com as chaperonas 
produzidas, ela pode começar a sintetizar 
outras proteínas que vão poder ser 
enoveladas pelas chaperonas que foram 
produzidas previamente. 
 
REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA POR 
HORMÔNIOS ESTEROIDES: 
 
o Estrogênio, progesterona, testosterona, 
glicocorticoides; 
o São hormônios que conseguem atravessar 
a bicamada lipídica, porque são lipofílicos 
e possuem receptor intracelular – eles se 
ligam a esses receptores e são 
translocados para o núcleo da célula. No 
núcleo, encontrarão DNA e vai haver 
alguns elementos HREs que respondem 
aos hormônios do material genético; 
o Cada receptor reconhece uma 
sequência HRE específica, e vai estimular 
a transcrição gênica e forma RNAm e 
proteínas no citosol. 
 
 
REPRESSÃO DA TRANSCRIÇÃO EM 
EUCARIOTOS: 
o Acontece na tradução, onde consegue 
bloquear a ação dos ribossomos e a 
parada da síntese de proteínas; 
o Forma mais comum: ligação de 
repressores de tradução ao RNAm; Ex: 
Síntese de hemoglobina nos eritrócitos. 
 
REGULAÇÃO MEDIADA POR PEQUENOS 
RNAS: 
o Atuam bloqueando a expressão gênica e 
acabam sendo guia de estudo para 
algumas patologias, quando se quer 
reduzir a expressão de determinado gene; 
o Para evitar o gasto energético pode-se 
degradar o RNA, e percebeu-se que esse 
mecanismo de degradação do RNA é um 
mecanismo natural induzido pelos micro 
RNAs e RNAs de interferência (miRNAs 
(micro) ou siRNAs (pequenos); 
o Mecanismo de regulação pós-
transcricional (RNAm). Funciona como a 
união da sequência que se quer bloquear 
com um desses RNAs regulatórios.