GENETICA - Regulação Gênica

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GENÉTICA . REGULAÇÃO GÊNICA PARTE 2. 
REGULAÇÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS
Diferenças para a regulação gênicas em procariotos:
1. Não existem óperons em eucariotos – A maioria dos genes eucarióticos tem seus próprios promotres e é transcrita separadamente.
2. A estrutura da cromatina afeta a expressão gênica nas células eucarióticas
3. Membrana nuclear nas células eucarióticas separa a transcrição e a tradução no tempo e no espaço.
Resulta: Maior diversidade de mecanismos que atuam em pontos diferentes na transferência de informações do DNA para as proteínas.
TIPOS DE CONTROLE GÊNICOS
1. Modificação da estrutura da cromatina:
No núcleo, as proteínas histona se associam e formam octâmeros, ao redor dos quais o DNA helicoidal se enrosca firmemente para criar a cromatina. No senso geral, a estrutura da cromatina reprime a expressão gênica e para um gene ser transcrito, os fatores de transcrição, outras proteínas regulatórias e RNA polimerase precisam se ligar ao DNA.
Hipersensibilidade da DNase I – Quando os genes se tornam ativos para a transcrição.
1.1 Remodelagem da cromatina
Alguns fatores de transcrição e outra proteínas regulatórias alteram a estrutura da cromatina sem alterar diretamente a estrutura química das histonas. Essas proteínas são chamadas de complexos de remodelagem da cromatina. Elas se ligam diretamente a sítios específicos no DNA e reposicionam os nucleossomos, possibilitando que os fatores de transcrição e a RNA polimerase se liguem aos promotores e iniciam a transcrição.
Existem pelo menos dois mecanismos pelo quais os complexos de remodelagem reposicionam os nucleossomos. Primeiro, alguns complexos de remodelagem fazem com que o nucleossomo deslize pelo DNA, criando condições para que o DNA enroscado no nucleossomo ocupe uma posição entre os nucleossomos, onde é mais acessível para as proteínas que afetam a expressão gênica. Segundo, alguns complexos provocam mudanças conformacionais ao DNA, nos nucleossomos ou em ambos, de modo que o DNA ligado ao nucleossomo adote uma configuração mais exposta.
Os complexos de remodelagem da cromatina são direcionados para sequências de DNA específicas por meio de ativadores ou repressores de transcrição que se fixam a um complexo de remodelagem e, então, se ligam aos promotores de genes específicos.
1.2 Modificação das histonas
As histonas no octâmero central do nucleossomo tem 2 domínios: 1 – Um domínio globular que se associa com outras histonas e 2 – Um domínio de cauda com carga elétrica positiva que interage com os grupos fosfato com carga elétrica negativa no esqueleto do DNA. As caudas das proteínas histonas são modificas com a adição ou remoção de grupos fosfato, metila ou acetila. Outra modificação das histonas é ubiquitinação, na qual pequenas moléculas chamadas ubiquitina são adicionas ou removidas das histonas.
Todas essas modificações são, às vezes, chamadas de código da histona, porque codificam informações que afetam a maneira como os genes são expressos. O código da histona afeta a expressão gêinica ao modificar a estrutura da cromatina diretamente, ou, em alguns casos, ao servir como sítios de reconhecimento para proteínas que se ligam ao DNA e então regulam a transcrição.
1.2.1 Metilação das histonas
Adição de grupos metila às caudas das proteínas histona. Essas modificações produzem a ativação ou repressão da transcrição, dependendo de quais aminoácidos na cauda da histona são metilados. 
1.2.2 Acetilação das histonas
Adição de grupos acetila à histona, estimulando a transcrição, em geral. A adição de um único grupo de acetila à lisina 16 na cauda da histona H4 impede a formação da fibra de cromatina de 30nm, fazendo com que a cromatina esteja em uma configuração aberta e disponível para transcrição. Em geral, os grupos acetila desestabilizam a estrutura da cromatina, possibilitando a transcrição.
· A acetilação das histonas controla a floração da Arabidopsis.
1.3 Metilação do DNA
Metilação das bases de citosina, que geral 5-metilcitosina. O DNA muito metilado está associado à repressão da transcrição, enquanto o DNA ativo para transcrição em geral não está metilado. Padrões anormais de metilação também estão associados a algum tipode câncer. 
1.3.1 Impriting: A expressão de um gene é controlado por sua origem parental
2. Transcrição: O início da transcrição é regulado por fatores de transcrição e proteínas reguladoras
Os fatores gerais de transcrição e a RNA polimerase se montam em um aparato basal de transcrição, o complexo de RNA polimerase, os fatores e outras proteínas responsáveis pela transcrição. O aparato basal de transcrição se liga ao promotor central localizado imediatamente upstream de um gene e é capaz de ativar níveis mínimo de transcrição; As proteínas reguladoras da transcrição são necessárias para promover a transcrição em níveis normais. Essas proteínas se ligam a um promotor regulatório, localizado upstream ao promotor central e aos acentuadores, que estão localizados a alguma distância do gene. Algumas proteínas reguladoras da transcrição são ativadoras, estimulando a transcrição. Outras são repressoras, inibindo a transcrição.
2.1 Ativadores e coativadores da transcrição.
As proteínas ativadoras da transcrição estimulam e estabilizam o aparato basal de transcrição no promotor central. Os ativadores interagem diretamente com o aparato basal de transcrição ou indiretamente, pelas proteínas coativadoras. 
Função das proteínas ativadoras:
1 – São capaz de se ligar ao DNA em uma sequência de base específica, em geral em uma sequência consenso em um promotor regulatório ou acetuador.
2- Capacidade de interagir com outros componentes do aparato de transcrição e influenciar a taxa de transcrição.
As proteínas ativadoras de transcrição se ligam a sequências no promotor regulatório e afetam a montagem ou a estabilidade do aparato basal de transcrição no promotor central. 
2.2 Repressores de transcrição
Algumas proteínas regulatórias nas células eucarióticas atuam como repressores, inibindo a transcrição. Esses repressores se ligam a sequência no promotor regulatório ou a sequências distantes, chamadas de silenciadores que são independentes em relação à posição e orientação. 
1- Os repressores podem competir com os ativadores pelos sítios de ligação ao DNA: Quando um sítio é ocupado por um ativador, a transcrição é ativada, mas não há ativação se um repressor ocupar esse sítio. 
2- Um repressor pode se ligar a sítios próximos de um sítio ativador e evitar que o ativador entre em contato com o aparato basal de transcrição. 
3 - Interferência direta com a montagem do aparato basal de transcrição, bloqueando o início da transcrição. 
2.3 Acentuadores e insuladores
Capazes de afetar a transcrição em promotores distantes. As proteínas reguladoras se ligam ao acentuador e fazem com que o DNA entre o acentuador e o promotor se afrouxe, aproximando o promotor e o acentuador, e então as proteínas reguladoras da transcrição são capazes de interagir diretamente com o aparato basal de transcrição no promotor central.
2.4 Regulação da parada e alongamento transcricional:
Proteínas ajudam a evitar o dano por agentes prejudiciais, como o calor extremo. 
2.5 Regulação gênica controlada
Elementos resposta: Sequências curtas que tipicamente têm sequências em consenso em distâncias variadas a partir do gene a ser regulador. Os elementos de resposta são sítios de ligação para os ativadores de transcrição. Uma proteína ativadora da transcrição se liga ao elemento de resposta e eleva a transcrição. O mesmo elemento de resposta pode ser encontrado em diferentes genes, possibilitando que múltiplos genes sejam ativados pelo mesmo estímulo.
3. Regulação pós-transcricional
3.1 Regulação gênica por meio da recomposição do RNA
Recomposição (splicing) alternativa possibilita que um pré-mRNA seja unido de várias maneiras, gerando diferentes proteínas em diferentes tecidos ou em distintos períodos do desenvolvimento.
- Controla a determinação do sexo na Drosophila
3.2 Degradação do RNA
A quantidade sintetizada de uma proteína depende da quantidadede mRNA correspondente disponível para tradução. A quantidade de mRNA disponível, por outro lado, depende tanto da taxa de síntese de mRNA quanto da taxa de degradação do mRNA. O RNA é degradado por ribonucleases, enzimas que degradam especificam o RNA.
3.3 Silenciamento por RNA
RNA de interferência interfere que o RNA mensageiro seja traduzido.
A interferência por RNA é acionada pelos microRNAs (miRNAs) e por RNAs de interferência pequenos (siRNAs), dependendo da origem e do modo de ação. Uma enzima chamada Dicer rompe e processa o RNA de fita dupla para produzir siRNAs de fita simples ou miRNAs que têm de 21 a 25 nucleotídios de comprimento e pareia com proteínas para formar um complexo silenciador induzido pelo RNA (RISC). O componente RNA do RISC então pareia com as sequências de base complementares de moléculas de mRNA específicas, muito frequentemente com sequências 3’ UTR do mRNA. 
Existem 4 mecanismos de regulação gênica pela interferência por RNA:
3.3.1 Clivagem do RNA
Os RISCs que têm um siRNA (e alguns que têm um miRNA) pareia com moléculas de mRNA e clivam o mRNA próximo ao meio do siRNA ligado. Essa clivagem é feita por uma proteína que é chamada de Slicer. Após a clivagem, o mRNA é degraddo.
3.3.2 Inibição da tradução
Regiões de fita dupla das moléculas de RNA são clivadas pelo Dicer para produzir microRNAS. Alguns miRNAs combinam com o complexo RISC proteínas e pareia imperfeitamente com um mRNA, o que leva à inibição da tradução
3.3.3 Silenciamento transcripcional
Outros siRNAs se fixam a sequências complementares no DNA e se prendem a enzimas metilantes que metilam o DNA ou as histonas e inibem a transcrição.
4. Regulação da tradução.
Disponibilidade de ribossomos, aminoacil tRNAs, fatores de iniciação e fatores de alongamento.
Muitas proteínas eucarióticas são substancialmente modificadas após a tradução pela clivagem seletiva e pela retirada de aminoácidos das extremidas, pela acetilação ou pela adição de grupos fosfato, grupos carboxila, grupos metila ou carboidratos à proteína.
5. Ativação e inativação de cromossomos inteiros
5.1 Inativação de cromossomos X 
Mamíferos
5.2 Hiperativação de cromossomos X
Drosophila
5.3 Hiperativação de cromossomo X
Caenorhabditis