Aula 7: Regulação da expressão gênica

Na fertilização: 1 núcleo com 1 conteúdo genético

Neurônio Linfócito Cardiomiócito

Como uma única célula pode dar origem a tipos celulares tão distintos?

• Hipótese 1: durante a diferenciação, apenas os genes que codificam as proteínas que serão expressas naquele tipo celular são mantidos

• Hipótese 2: todos os genes são mantidos, mas somente as proteínas específicas ao tipo celular são expressas

Totipotência: característica de

células de desenvolverem estruturas

novas e diferenciadas ou um

organismo complexo

Em 1965, George Morel estava tentando obter orquídeas livres de vírus, e descobriu que pedaços de apenas 1 mm do caule poderiam produzir plantas inteiras

No embrião, todas as células são indiferenciadas e pluripotentes

Em animais, a maioria das células adultas (diferenciadas) perderam sua capacidadetotipotente, entretanto restaram algumas células indiferenciadas, que ainda mantêmessa característica de “pluripotência”, as células-tronco

O que essas observações sugerem em relação às duas hipóteses que nós levantamos inicialmente?

Todas as células de um organismo contêm o mesmo conteúdo genético. O que muda entre células distintas, ou entre condições fisiológicas distintas, são os genes que são expressos,

ou seja o complemento de proteínas que cada célula produz

A expressão de genes/proteínas é controlada em 2 níveis:

Temporal quando um determinado gene/proteína só é expresso em um “tempo” determinado

Ex: proteínas que só são expressas no embrião, ou durante uma determinada fase do ciclo celular

Espacial quando a expressão de determinado gene/proteína é diferente dependendo to tipo celular

Ex: proteínas que só são expressas em células nervosas (ex: mielina) ou no tecido muscular (ex: myosina)

Existem genes que são expressos:

1. Em todas as células do organismo: proteínas essenciais para a manutenção da vida, normalmente envolvida em processos básicos como geração de energia, replicação e manutenção do material genético. Esses genes são chamados housekeeping genes

2. Genes expressos em alguns tecidos, cuja função esta diretamente relacionada à função do

Duas famílias distintas de genes

Constitutivos

esta diretamente relacionada à função do órgão/tecido

3. Genes expressos em somente um tecido, de função altamente especializada. Ex: β-globina é expressa somente em eritrócitos

4. Genes expressos em somente uma célula, e todas as células clonais descendentes dessa progenitora. Ex: maturação de anticorpos em linfócitos B durante a resposta imune tardia.

Regulados

A concentração em equilíbrio de uma proteína possui vários níveis de controle

Como é controlada a expressão de um gene e a produção de uma proteína?

Controle transcricional

Controle traducional

Controle transcricional

Regulação da expressão gênica em procariotos:

Operon: grupo de genes são expressos como uma unidade, além do promotor e das regiões regulatórias

Geralmente, os genes de um operon codificam proteínas que atuam numa

mesma via metabólica, geralmente catalisando reações seqüenciais

A descoberta do operon Lac

Princípios básicos da regulação gênica em procariotos:

1. Esses organismos necessitam ter mecanismos rápidos e eficientes de adaptação a

mudanças no ambiente

2. Produtos gênicos que funcionam em conjunto, normalmente tem regulação da

expressão semelhante, ou estão organizados em operons

3. A transcrição da maioria dos genes esta em um estado “bloqueado”, pela ligação de

proteínas inibidoras.proteínas inibidoras.

4. A dissociação dessas depende de um indutor, normalmente uma molécula pequena, que

“sinaliza” a mudança ambiental

Regulação da expressão gênica em eucariotos:

1. A iniciação da transcrição é o ponto mais crítico do controle da expressão gênica; por isso os genes eucarióticos possuem muito mais regiões regulatórias upstream da ‘open reading frame’

2. Genes eucariotos não se organizam em operons, mas regulação conjunta pode se obtida pela presença de mais sitios reguladores da iniciação de transcrição

3. Acesso as regiões promotoras é restrito pela estrutura da cromatina, e remodelamento da cromatina é necessário hetero e eucromatina

Remodelação da cromatina:

1. Heterocromatina: tipicamente, 10% da cromatina esta sempre supercondensada, essas

regiões são transcricionalmente inativas

2. Eucromatina: cromatina mais “relaxada”, transcricionalmente ativa

Cromatina é remodelada por acetilação ou movimentação dos nucleossomos

A acetilação das histonas diminui a compactação da cromatina pois diminui a interação

do “core complex” com o DNA, com isso os sítios promotores e reguladores estão mais

acessíveis para a ligação dos fatores de transcrição

Co-ativadores modulam a expressão gênica em adição aos fatores de transcrição

Splicing alternativo:

Regulação da expressão gênica por controle da tradução:

•Proteínas que “respondem” ao sinal de controle da tradução podem “ligar” ou “desligar” do mRNA, inibindo ou permitindo a tradução

Ex: ferritina é uma proteina intracelular que liga ferro; sua expressão é controlada pelos níveis intracelulares de ferro através da IRE-binding protein, que se liga ao ferro e controla a expressão de ferritina