Expressão gênica e controle pré-transcricional

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Bases celulares e moleculares 2 
Expressão gênica e controle pré-transcricional 
O que é e qual a sua importância? 
 É o processo de controlar quais genes no DNA 
da célula são expressos (usados para produzir 
um produto funcional como uma proteína) em 
determinada fase do desenvolvimento; 
 Diferentes células em um organismo 
multicelular podem expressar conjuntos de 
genes muito diferentes, apesar de possuírem o 
mesmo DNA; 
 O conjunto de genes expressos em uma célula 
determina o grupo de proteínas e RNAs 
funcionais que ela possui, conferindo-lhe suas 
características únicas; 
 Em eucariontes, como os humanos, a 
expressão gênica envolve várias etapas e a 
regulação de genes pode acontecer em 
qualquer uma delas. Contudo, muitos genes são 
regulados primariamente no momento da 
transcrição. 
 
 
Níveis de controle da expressão gênica: 
 Temporal: quando um determinado gene é 
expresso durante uma fase de 
desenvolvimento ou uma fase do ciclo celular. 
 Espacial: quando a expressão de determinado 
gene só ocorre em um tipo celular. 
Dogma central da biologia molecular: 
 
 RNA funcionais: RNAm, RNAr, RNAt, RNA de 
interferência... todos eles são produzidos na 
transcrição; 
 Replicação de RNA: não somos capazes de 
fazer, pois não temos enzima. Os únicos 
capazes disso são os vírus de RNA, pois 
possuem a enzima RNA polimerase RNA 
dependente (depende de RNA para fazer mais 
RNA); 
 Transcrição reversa: faço o DNA a partir do 
RNA, os únicos capazes de fazer isso são os 
retrovírus, pois possuem a enzima transcriptase 
reversa. 
 Íntrons: sequência de nucleotídeos de DNA ou 
RNA que não codificam uma proteína; 
 Éxons: sequência de nucleotídeos que 
codificam uma proteína; 
OBS: o processo de tirar os íntrons e deixar só os 
éxons chama splicing. 
 Quepe do RNA: faz parte do amadurecimento 
de RNA, cauda poli-A; 
 A transcrição ocorre no núcleo, já a traduçãp 
ocorre no citoplasma da célula. 
Gene: 
 Sequência de DNA que especifica a produção 
de um produto funcional, seja um polipeptídeo 
ou uma molécula de RNA funcional. Um gene 
inclui não apensa as sequências codificantes de 
nucleotídeos reais, mas também as sequências 
de nucleotídeos adjacentes necessárias para a 
expressão adequada do gene, isto é, para a 
produção de RNAm normal de outras 
moléculas de RNA na quantidade correta, no 
local correto e no tempo correto durante o 
desenvolvimento ou durante o ciclo celular. 
 O gene possui região reguladora, promotora e 
codificadora; 
 
 Antes da região codificadora, tem a região 5’ 
não traduzida (5’ UTR) e depois da região 
codificadora tenho a região 3’ não traduzida (3’ 
UTR), elas fazem parte do transcrito primário, 
mas não viram proteínas; 
 
 Mutações em regiões não codificantes podem 
gerar alguma patologia, um exemplo é a 
distrofia miotônica, causada por uma mutação 
no gene DMPK, que traduz a proteína DMPK 
(proteína quinase da distrofia miotônica). Todos 
nós temos esse gene, mas não mutado. A 
mutação ocorre na região 3’ UTR, a partir da 
repetição CTG, que é repetida muitas vezes 
(anomalia por expansão), essa região faz a 
sinalização para o RNA maduro sair de dentro 
do núcleo, mas isso não ocorre, não havendo 
RNA e consequentemente a proteína DMPK. 
 O genoma é dinâmico, pode sofrer influências, 
inclusive do ambiente. 
Procariotos: 
 Organização gênica: 
 Não possuem íntrons, é como se tudo fosse 
codificante; 
 O genoma é bem menor; 
 Policistrônico: vários genes (operon) sendo 
controlados, comandados por uma única região 
promotora regulatória (nos eucariotos uma 
região comanda um gene- monocistrônico); 
 As bactérias precisam responder rapidamente a 
alterações no meio, por isso, ela inicialmente 
identifica o carboidrato preponderante e assim, 
ativa as cascatas metabólicas necessárias para 
sua degradação. 
 Proteína repressora de replicação: 
 Sem a presença da lactose, a proteína 
repressora se liga ao sítio da região 
operadora, bloqueando a RNA polimerase, 
não ocorrendo a replicação. Já na presença 
de lactose, ela se liga a proteína repressora, 
mudando seu formato, dessa forma, a 
proteína não consegue se ligar à região 
operadora que fica livre para a RNA 
polimerase fazer a transcrição. 
 
 
Etapas do fluxo gênico ocorre a regulação da 
expressão: 
 
 
 Ocorre em todas essa, mas a melhor é a pré-
transcricional, já que o gasto de energia foi 
mínimo, nas outras o desperdício de energia é 
muito alto. 
Epigenética: 
 A epigenética é a ciência que busca 
compreender as mudanças reversíveis na 
expressão gênica, ou seja, os componentes 
que podem modificar como os genes são lidos 
sem alterar a sequência de nucleotídeos do 
DNA. Além disso, as modificações epigenéticas 
podem ser transmitidas ao longo das gerações, 
sendo herdadas no momento da divisão celular 
(mitose), atuando na formação de diferentes 
fenótipos entre os indivíduos. 
 Os mecanismos epigenéticos fazem pequenas 
alterações químicas na sequência de DNA, ou 
proteínas, mudando a acessibilidade à 
cromatina e gerando mudanças na leitura dos 
genes. Os principais mecanismos epigenéticos 
são a metilação direta ao DNA, modificações 
em histonas e a atuação dos RNA não 
codificantes. 
 Epigenética não é mutação. 
 
 
Alteração da cromatina: 
 Os nucleossomos bloqueiam fisicamente o 
posicionamento dos fatores de transcrição e da 
RNA polimerase sobre a região do promotor. 
 A estrutura da cromatina pode ser alterada por 
complexos de remodelamento ou enzimas que 
modificam covalentemente as histonas. 
 
 
 A enzima histona-aceriltransferase trensfere um 
grupo acetil para a histona, ocorrendo uma 
modificação química reversível das histonas, 
modificando a estabilidades do DNA (carga 
negativa devido ao grupo fosfato), para a 
histona ficar enrolada no DNA, é necessário 
que ela tenha carga positiva, mas como o 
objetivo é desenrolar o DNA, adiciono um acetil 
para mudar sua carga para negativa, dessa 
forma ocorre o desenrolamento devido à 
repulsão entre as estruturas. 
 Para controlar a transcrição no gene é a partir 
da metilação da região promotora (DNA 
metiltransferase), na qual ocorre a transferência 
de um metil para a cistona, que bloqueia a ação 
da DNA polimerase, interrompendo a 
transcrição.