Controle da Expressão Gênica

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Universidade Nove de Julho Maria Lívia
Controle da 
Expressão Gênica 
Regulação da Exprsão Gênica: 
• Regulação espacial: 
‣ Diferentes tipos celulares em um mesmo 
organismo; 
‣ Determinam a forma da célula. 
• Regulação temporal: 
‣ Genes diferente expressos em tempo diferente 
em resposta a sinais biológicos ou estímulos 
ambientais. 
• Assim se explica como diferentes tipos de células 
num mesmo organismo diferem dramaticamente 
entre si. 
• Todas as células contêm as mesmas informações 
depositadas no genoma. 
• Principal ponto de controle que guia o 
desenvolvimento de eucariotos multicelulares e 
envolvem diversos tipos de mecanismo regulatório. 
• A expressão de uma proteína pode ser: 
‣ Constitutiva - constantemente expressa; 
- Gene constitutivo - expresso em todas as 
células do organismo (GAPDH). Esses genes 
são chamados housekeeping. 
‣ Induzida - expressa quando necessária; 
- Gene regulável - expresso em alguns tecidos, 
cuja função está diretamente relacionada à 
função do órgão/tecido. 
Níveis de Regulação Gênica: 
• Regulação transcriocional: 
‣ Aspectos funcionais da cromatina; 
‣ Metilação do DNA; 
‣ Acetilação/Desatilação de histonas; 
‣ Proteínas regulatórias. 
• Regulação pós-transcricional: 
‣ “Splicing” alternativo; 
‣ Regulação da estabilidade do RNAm. 
• Regulação traducional: 
‣ MicroRNA; 
‣ RNA de interferência. 
• Regulação pós-traducional: 
‣ Clivagem; 
‣ Modificações químicas - fosforilação; 
‣ Conformação proteica tridimensional; 
‣ Controle da estabilidade da proteína. 
Regulação Transcricional: 
• Eventos antes da transcrição - ocorre no DNA; 
• É o principal nível em que a expressão dos genes 
pode ser regulada - mais econômico, pois, se o 
gene não for transcrito, nenhum dos passos 
posteriores ocorrerá; 
• A regulacao da transcrição pode ocorrer através 
de processos distintos: 
‣ Remodelamento da Cromatina: 
- Acetilação e Desatilação de histonas; 
- Metilação do DNA. 
‣ Ligação de proteínas regulatórias. 
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• Aspectos funcionais da cromatina: 
‣ O DNA de eucariotos está associado a proteínas 
(histonas), formando estruturas denominadas 
nucleossomos; 
‣ O nível de condensação das diferentes regiões 
do cromossomo pode ser controlado - regiões 
que estarão disponíveis para a transcrição em 
tecido ou estágio de desenvolvimento, do 
organismo; 
‣ A célula controla a disponibilidade de tais regiões 
através de mecanismos de remodelamento de 
cromatina. 
‣ DNA é encontrado nas células compactado 
formando a cromatina, isto é, DNA + histonas. 
- Desta maneira alterações na cromatina 
implicaria no grau de compactação do DNA e 
consequentemente def in i r ia se uma 
determinada região do DNA seria expressa 
ou não. 
• Remodelamento da cromatina: 
‣ Mecanismos através dos quais a célula controla 
os níveis de condensação do cromossomo - 
modificações na estrutura do DNA e das 
histonas; 
‣ Adição, ou remoção, de radicais à molécula de 
DNA ou às proteínas histonas a ele associadas; 
‣ Dentre essas modificações, destacam-se os 
processos de metilação do DNA, acetilação e 
desatilação das histonas. 
• Acetilação e Desatilação de histonas: 
‣ Às proteínas histonas centrais do nucleossomo - 
H2A, H2B, H3 e H4 - possuem longas caudas 
amino-terminais que se estendem para fora da 
estrutura; 
‣ Tais caudas são o principal alvo para as 
modificações químicas já citadas; 
‣ Essas modificações nas proteínas histonas 
afetam o acesso de proteínas reguladoras e 
complexos proteicos à cromatina e, dessa 
forma, influenciam a expressão gênica. 
‣ A acetilação de histonas contribui para a 
ativação da transcrição: 
- 1 - Reduz a afinidade da histona pelo DNA - 
afrouxa o nucleossomo; 
- 2 - Recrutamento de outros componentes da 
maquinaria da transcrição; 
- 3 - Iniciação da remodelagem da cromatina. 
• Metilação de dna: 
‣ Modificação química que se observa pela ligação 
de um grupo metil ao carbono 5 da citosina em 
ilhas CpGs; 
Histona acetiltransferase (HAT) é a enzima capaz de 
adicionar grupos acetil nas caudas - acetilação; 
Histona desacetilase (HDAC) faz a remoção dos 
grupos acetil das caudas - desatilação.
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‣ Ilha de CpG: 
- Região do genoma com pelo menos 200pb 
que contém mais de 50% de CpGs; 
- Localizadas em promotores e ou primeiros 
éxons de genes ativos. 
‣ Como a Metilação afeta a Transcrição: 
- A metilação impede que a RNA polimerase e 
o fator de transcrição se liguem ao gene, ou 
seja, silenciado. 
• As modificações na cromatina são capazes de 
controlar o início da expressão Gênica: 
• Proteínas regulatórias: 
‣ Transcrição - RNA polimerase II é a responsável 
pela produção dos RNA mensageiros e se 
acopla às regiões promotoras dos genes (Caixa 
TATA e Caixa CAAT) com o auxílio de vários 
fatores de transcrição. A partir de então, tem 
início a fase de elongação da transcrição. 
‣ O complexo da RNA pol II (incluindo os fatores 
de transcrição) não é capaz de reconhecer e se 
acoplar ao promotor de um dado gene sem a 
ajuda das proteínas reguladoras. 
‣ Além da região promotora existem outras 
regiões que influenciam na regulação da 
expressão de cada gene. Tais regiões são 
denominadas “Intensificadores ou Enhancer”; 
- Os intensificadores correspondem a sítios de 
ligação de proteínas regulatórias. 
‣ Enhancers: 
- São sequências intensificadoras nos eucariotos 
superiores. 
- A localização do enhancer é a montante do 
gene; 
- Quando proteínas reguladoras estão ligadas 
nestas sequências adicionais, aumentam a 
transcrição dos promotores próximo; 
DNA metiltransferase (DNMT) é a enzima que faz a 
metilação do DNA; 
DNA desmetilase faz a remoção dos grupos metil.
Genes Ativos: 
DNA desmetilado; 
Histonas acetiladas; 
Eucromatina.
Genes Inativos: 
DNA metilado; 
Histonas desacetiladas; 
Heterocromatina.
Apenas os genes cujos promotores estão associados 
a proteínas reguladoras são reconhecidos e 
transcritos.
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- Antes de iniciar a transcrição o DNA se dobra 
para formar o Complexo Transcricional - 
formado pela RNA polimerase + fatores de 
transcrição + proteínas regulatórias. 
Regulação Pós-Transcricional: 
• Eventos pós-transcrição - ocorre no RNA; 
• “Splicing” alternativo: 
‣ A retirada de íntrons e a emenda de éxons 
compõem um passo crucial do processamento 
do RNA em eucariotos; 
‣ As células utilizam o processamento do RNA 
como uma importante forma de regulação da 
expressão gênica; 
‣ Tal mecanismo é denominado “splicing” 
alternativo (união) e consiste em selecionar os 
éxons que serão emendados e rearranjados 
para compor o RNAm final. 
‣ Ele permite que diferentes proteínas sejam 
produzidas a partir de um mesmo gene, 
elevando o potencial de codificação de seus 
genomas - aumento da variabilidade proteica. 
• Estabilidade do RNAm: 
‣ Transcrição, acúmulo do RNAm correspondente 
no citoplasma da célula – disponibilidade para a 
tradução. 
‣ RNAms possuem “vida útil” - após certo tempo 
tais moléculas precisam ser eliminadas. 
‣ Se os RNAms não fossem degradados, a 
quantidade no citoplasma atingiria altos níveis, 
inviabilizando o funcionamento celular. 
‣ O controle da estabilidade do RNAm de um dado 
gene é um importante mecanismo de regulação 
de sua expressão. 
‣ O principal processo de degradação do RNAm, 
é iniciado pela remoção da cauda poliA e é 
denominado desadenilação. 
‣ Em seguida ao processo de desadenilação, 
ocorre a remoção do capacete presente na 
extremidade 5’ do RNAm, realizada por um 
conjunto de proteínas e fatores. 
‣ Após a retirada das estruturas de proteção o 
transcrito é rapidamente degradado por enzimas 
denominadas exonucleases. 
Regulação Traducional: 
• Ocorre no citoplasma da célula; 
• A partir do momento em que um RNAm se 
encontra no citoplasma, seu processo de tradução 
também pode ser regulado. 
• Regulação mediada por pequenosRNAs. —> 
pareamento de uma sequência curta de RNA com 
uma sequência alvo de um RNAm. 
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• Mecanismo de repressão da expressão gênica: 
‣ Inibição da tradução do RNAm 
‣ Degradação do RNAm 
• Micrornas - definição: 
‣ Moléculas pequenas de RNAs não codificantes 
com aproximadamente 22 nucleotídeos; 
‣ Incapazes de codificar proteínas; 
‣ Regulam a expressão de 30 a 60% dos RNAs 
codificantes em humanos; 
‣ Identificação de ~ 2694 microRNAs humanos - 
miRBase 2021.; 
‣ Tradução: 
‣ Biogênese do MicroRNA: 
Regulação Pós-Traducional: 
• São modificações de uma cadeia proteica depois 
de sua tradução; 
• Modificações pós-tradicionais - alterações 
promovidas nas propriedades da proteína: 
‣ Clivagem Proteolítica: 
- Algumas proteínas devem ser clivadas 
proteoliticamente (cortadas) para se tornarem 
ativas. 
- Ex: insulina usada pelos diabéticos. 
‣ Modificações Químicas: 
- Também há mecanismos regulatórios que 
agem nas proteínas já formadas; 
- Neste caso, uma “alteração” da proteína - 
como a adição de uma modificação química - 
pode levar a uma mudança em suas 
atividades ou comportamento; 
- Ex: fosforilação. 
microRNA - a partir do próprio genoma (endógeno); 
siRNA - originados de genomas exógenos: virais, 
transposons ou sintetizados em laboratórios.
MicroRNA - miR-146b-5p: uma terapia para 
câncer de tireoide: 
Esquema ilustrativo da via TGF-B. A via é 
ativada pela ligação do TGF-B ao receptor, 
fora da célula. Dentro da célula o receptor 
ativa 2 outras proteínas, SMAD2 e 3, as 
quais associam-se à SMAD4 e dirigem-se 
ao núcleo. Uma vez no núcleo, este 
complexo associa-se ao DNA e promove o 
controle de genes que levam à inibição da 
multiplicação celular. 
O efeito da fosforilação varia de proteína para 
proteína: algumas são ativadas pela fosforilação, 
enquanto outras são desativadas.
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‣ Conformação Proteica Tridimensional: 
- Para obter sua forma biologicamente ativa, o 
polipeptídeo deve se dobrar em sua 
conformação tridimensional própria, o que é 
chamado enovelamento. 
- Processamento - ocorre de acordo com o 
destino final dessas proteínas, que pode ser o 
interior ou o exterior da célula, no qual elas 
desempenharão suas funções; 
- Enovelamento —> endereçamento. 
‣ Controle da Estabilidade Proteica: 
- O final do processo de tradução e o 
momento da degradação de um polipeptídio 
define a “longevidade” dessa molécula no 
citoplasma.; 
- Mecanismos regulados de degradação de 
proteínas —> “vias de degradação ubiquitina 
proteassomo”. 
Dregulação do Siema e Dnças 
Aociadas: 
• Parkinson: 
‣ Regulação pós traducional; 
‣ Falha do componente de ubiquitinação do 
sistema de degradação de proteínas - a parkina 
(gene PRKN - 6q26) liga a ubiquitina às proteínas 
deformadas - sem ela, não há marcação nem 
degradação. 
Chaperonas: 
• É possível que uma proteína não consiga desempenhar 
suas funções por erro no enovelamento. 
• Chaperonas – complexo proteico que utiliza a energia da 
hidrólise de ATP para desnovelar proteínas, possibilitando 
novo enovelamento, dessa vez, na forma correta ou no 
lugar correto. 
• Encaminham à destruição, caso não seja possível a 
configuração correta.
Ubiquitinação: 
• As proteínas podem ser marcadas para degradação pela 
adição de um marcador químico chamado ubiquitina. 
• Os complexos ubiquitina/proteína são submetidos à 
degradação pelo proteossomo 26S - por diversas 
enzimas que possuem função proteolítica.
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• Doença de Huntington - hd: 
‣ Regulação pós traducional; 
‣ Doença neurodegenerativa progressiva causada 
por repetições excessivas do códon CAG, o que 
gera poliglutaminas nos terminais N; 
‣ Estão associadas com a formação de agregados 
proteicos tóxicos que se acumulam formando 
placas - falha na regulação pós traducional; 
• Alzheimer: 
‣ Regulação pós traducional; 
• HPV: 
‣ Regulação pós traducional; 
• Câncer: 
‣ Regulação transcricional e traducional. 
Epigenética: 
• Definição: 
‣ Qualquer atividade reguladora de genes que não 
envolve mudanças na sequência do DNA (código 
genético) e que pode persistir por uma ou mais 
gerações. 
• Importância: 
‣ Permite que as células tenham características 
diferentes, mesmo possuindo o mesmo DNA 
• Drogas epigenéticas: 
‣ MG98 - Inibidor de DNMT1: 
- Cânceres de cabeça e pescoço; 
- Desmetilação de genes de supressão tumoral 
que se encontram metilados.