Regulação da expressão gênica

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Marianna Lopes – Genética, 4° semestre FTC 
R E G U L A Ç Ã O D A expressao genica 
EXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS 
Sabendo que a expressão gênica envolve a síntese de 
proteína a partir do RNAm e isso requer muita energia 
e outros recursos (ex. C e N), a regulação da expressão 
gênica compreende o aumento ou a redução desses 
componentes através de mecanismos desenvolvidos 
para inibir a expressão gênica e, com isso, faz-se o 
controle da escolha de quais proteínas são feitas em 
cada momento celular e cada condição ambiental 
• A maior parte dos genes ficam inativados por 
essa regulação e, para que eles se expressem, 
é preciso desativar os mecanismos de inibição 
o Após a expressão da proteína escolhida 
funcionalmente, toda a maquinaria usada 
é desmontada e o gene é inativado 
Tipos de regulação em eucariotos 
• Regulação espacial: Atua em diferentes tipos 
celulares (tecidos) em um mesmo organismo 
• Regulação temporal: Atua numa célula 
isolada, com sinais biológicos ou ambientais 
(ex. UV ou hormônio), expressando genes 
diferentes em tempos diferentes 
ETAPAS PRÉVIAS À TRANSCRIÇÃO 
MECANISM. INTRÍNSECOS DA REGULAÇÃO 
Estrutura do DNA antes da transcrição 
O DNA compõe uma estrutura chamada nucleossomo, 
que compreende o enovelamento de suas fitas por 
proteínas básicas (histonas), que se organizam para 
formar um octâmero de histonas (2 H2a + 2 H2b + 2 
H3 + 2 H4) 
Modificação covalente das histonas 
As histonas “aprisionam” o DNA, impedindo sua 
leitura, mas podem o liberar se sofrer modificações 
covalentes como a acetilação e a metilação, que 
promovem a transferência de um grupamento acetil 
ou metil para as caudas das histonas, fazendo com que 
a cromatina seja remodelada e ativada 
Eucariotos X procariotos 
• Transcrição e tradução separadas de forma 
temporal e espacial (núcleo e citosol) 
• Eucariotos possuem proteínas regulatórias 
maiores e mais complexas 
• O acesso aos promotores é restrito pela 
cromatina e eles são inativos normalmente 
• Não existe transcrição sem proteínas 
acessórias 
 
Marianna Lopes – Genética, 4° semestre FTC 
Complexo de pré-iniciação no promotor 
Sabendo que promotor é uma sequência nucleotídica 
localizada antes do ponto de início da transcrição, ele 
age como um regulador positivo para tal processo, 
visto que, apesar de estar “parado”, ele se une a 
outras proteínas ativadoras para formar o complexo 
de pré-iniciação 
• Proteínas ativadoras: São específicas e só 
desencadeiam a transcrição se estão ligadas 
ao seu promotor 
o Caso o TATA-box seja mutado, a proteína 
ativadora funcional designada a ele perde 
a funcionalidade, isto é, não conecta mais 
e assim deixa de promover a transcrição 
o A especificidade das proteínas e a chance 
de mutação em promotores podem inibir 
uma transcrição e, por isso, todo gene 
conta com vários promotores antes do 
ponto de início (alguns mais distantes e 
outros mais próximos) 
 Tipos: Octamer-box, GC-box, CAAT-
box, TATA-box, etc 
Fatores de transcrição 
Fundamentais em todos os promotores para que a 
transcrição seja iniciada, atuando no posicionamento 
correto da RNA-polimerase II, no desenovelamento/ 
desnaturação da fita de DNA e também na fosforilação 
e liberação da RNA-polimerase II no promotor, que a 
ativa 
Montagem do complexo pré-transcricional 
A proteína ativadora TBP reconhece e se liga ao TATA-
box, provocando remodelamento da cromatina, que 
se curva para aproximar proteínas, de fato, envolvidas 
na transcrição e proteínas reguladoras (positivas ou 
negativas). Com isso, a RNA-polimerase II é recrutada 
e também se liga ao complexo, desencadeando a 
chegada de outras proteínas (ex. TFIIH) para que então 
essa enzima seja fosforilada e ativada para produzir o 
RNAm (nesse momento, os fatores de transcrição são 
liberados, exceto o TBP, e podem ser reutilizados) 
Ativadores da transcrição em eucariotos 
Enhancers, acentuadores ou intensificadores são 
regiões específicas, que agem de forma semelhante 
aos promotores, ou seja, regulam positivamente a 
transcrição, mas são mais afastadas da área gênica 
• Áreas informacionais, isto é, inertes, mas que 
se ligam com proteínas ativadoras 
• Localizadas na curva da cromatina para que 
fiquem mais próximas do ponto de início da 
transcrição (se comparar com a cromatina 
linear) 
Repressores da transcrição em eucariotos 
Marianna Lopes – Genética, 4° semestre FTC 
Regiões específicas do material genético e proteínas 
passíveis de ligação nelas que atuam de várias formas 
para bloquear o processo transcricional, interferindo 
no complexo pré-transcricional, nos ativadores da 
transcrição e na ligação entre a RNA-polimerase II e o 
promotor e na ligação entre ativadores e seus sítios de 
ligação específicos no DNA 
• Ligação competitiva ao DNA: Competição por 
um sítio de ligação ou um pedaço dele com a 
proteína ativadora 
• Superfície de ativação ocluída: Bloqueio da 
superfície enzimática catalítica, que se liga a 
outras moléculas para estimular a transcrição 
• Interação direta com fatores transcricionais: 
Ligação de uma proteína repressora ao fator 
de transcrição, fazendo redução ou inativação 
do processo transcricional 
MECANISM, BIOLÓGICOS DE REGULAÇÃO 
Regulação de genes heat-shock em Drosophila 
Descoberta quando uma célula sofreu grande estresse 
térmico (heat-shock), a variação de temperatura (ex. 
muito baixa para muito alta) pode regular a expressão 
gênica 
• Regulação por variação de temperatura 
o Baixa: Bloqueio da transcrição 
o Alta: Ativação da transcrição 
• Genes heat-shock (ex. gene hsp70): Genes 
responsáveis pela síntese de chaperonas, isto 
é, proteínas que promovem o dobramento de 
outras proteínas no citoplasma para torná-las 
terciárias e funcionais 
o No heat-shock, as chaperonas existentes 
são desnaturadas e a célula iniciamente 
sintetiza novas chaperonas a partir de 
fatores de transcrição heat-shock (HSTF) 
Regulação de genes por hormônios esteroides 
Hormônios esteroides (lipofíicos) são internalizados 
em células-alvo ao atravessar a bicamada lipídica da 
membrana plasmática e então se combinam a seus 
receptores intracelulares para atingir o núcleo, onde 
entram em contato com elementos de resposta a 
hormônios (HREs), presentes no DNA, que regulam a 
expressão gênica estimulando a transcrição 
• Hormônios esteroides: Glicocorticoides, 
estrogênio, progesterona, testosterona 
Regulação de genes por hormônios peptídicos 
Hormônios peptídicos não entram na célula-alvo, eles 
se ligam a seu respectivo receptor de tirosina-quinase, 
que proporciona vários efeitos a nível celular (ex. 
insulina promove efeito metabotrópico e mitogênico) 
• Hormônios peptídicos: Insulina, prolactina, 
somatotrofina 
Repressão da transcrição (eucariotos) 
Com o ribossomo já montado e o RNAm já sendo lido, 
proteínas repressoras do processo translacional, que 
são ligadas ao RNAm, podem se ligar ao ribossomo e 
interromperem a tradução (ex. síntese de eritrócitos) 
Regulação mediada por pequenos RNAs (sRNA) 
Uma vez que o RNAm já se encontra no citoplasma, há 
regulação negativa com bloqueio da tradução através 
de microRNAs ou RNAs de interferência, que fazem o 
pareamento (geralmente parcial) de uma sequência 
complementar à sequência de RNAm que deve ser 
bloqueada, formando o complexo de silenciamento 
induzido por RNA (RISC), isto é, uma molécula de fita 
dupla, que é identificada no citosol e, então, sofre um 
programa de clivagem/fragmentação, impedindo que 
aquele trecho de RNAm seja convertido em proteína 
• A estrutura molecular de fita dupla não pode 
permanecer no citosol (somente no núcleo) 
• MicroRNA: RNAs com mesma função, que 
podem ser feitos biologicamente ou por 
terapia gênica (farmacologicamente), mas se 
constituem de uma molécula veiculada com 
forma de microesferas de lipossomos ou 
nanopartículas, que fazem drug-delivery, isto 
é, o endereçamento de drogas para tecidos 
específicos 
o O endereçamento específico se faz com a 
marcaçãode anticorpos exclusivos de 
certo tecido 
o Câncer de mama: Um proto-oncogene 
codifica a proteína HER2, que é receptora 
Marianna Lopes – Genética, 4° semestre FTC 
de fatores de crescimento nas células 
tumorais e, para inibir a expressão dessa 
proteína através da regulação do RNAm 
em citosol (o tratamento precisa que o 
microRNA seja endereçado para o tecido 
mamário)