Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

Bibliografia:

Genes VII - Benjamin Lewin

Biologia Molecular Básica-Arnaldo Zaha

Agradecimentos: Profa. Dra. Aline Maria da Silva

Instituto de Química- USP

Regulação da Expressão Gênica

Procariotos:

Resposta direta a variações nas condições nutricionais (genes ativados e reprimidos)

Transcrição pode ser acoplada com a tradução (simultânea)

Eucariotos multicelulares:

Limitação na resposta direta às variações nas condições nutricionais (células estão organizadas em tecidos e orgãos)

Transcrição ocorre em compartimento distinto da tradução eliminando a possibilidade de acoplamento

Expressão Gênica em Eucariotos

Sinais que regulam a expressão gênica

Níveis da resposta

Mecanismos da resposta

Exemplos de Sinais que Regulam a Expressão Gênica em

Eucariotos

Hormônios (ex: hormônios esteróides)

Fatores de Crescimento e de Diferenciação Celular

Contato célula-célula (adesão celular)

Alterações nutricionais (resposta é limitada!)

Alterações ambientais (ex: choque térmico)

Níveis de Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

Ativação da estrutura do gene (cromatina ativa)

Início da Transcrição

Processamento do Transcrito

Transporte do mRNA para o citoplasma

Estabilidade do mRNA

Tradução do mRNA

Processamento da Proteína

Níveis de Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

Ativação da estrutura do gene (cromatina ativa)

Início da Transcrição

Processamento do Transcrito

Transporte do mRNA para o citoplasma

Estabilidade do mRNA

Tradução do mRNA

Processamento da Proteína

Modelo para Transcrição na Presença de Nucleossomos

Acetilação ou metilação da lisina ou fosforilação da serina reduz a carga líquida das histonas

Acetilação/desacetilação de Histonas controlam a atividade da cromatina

Cromatina Ativa é mais sensível ao tratamento com nucleases (ex: DNAseI)

Sensibilidade da Cromatina ao tratamento com DNAse I

Em eritrócitos de galinha o gene da beta-globina adulta é mais sensível a digestão com DNAse I enquanto o gene da beta-globina embriônica é menos sensível.

O gene da ovoalbumina é totalmente insensível ao tratamento: está inativo

Ovoalbumina

Beta-globina embriônica beta-globina adulta

Desmetilação do DNA aparentemente está associada a ativação da cromatina

Estado de metilação do genes varia em diferentes tecidos e está correlacionado com a ativação da expressão

Níveis de Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

Ativação da estrutura do gene (cromatina ativa)

Início da Transcrição

Processamento do Transcrito

Transporte do mRNA para o citoplasma

Estabilidade do mRNA

Tradução do mRNA

Processamento da Proteína

Estrutura típica de um gene transcrito pela RNApol II

PromotorEnhancer Gene

Promotores de genes transcritos pela RNApol II

Tata Binding Protein

Complexo TFIID

Promotores de genes transcritos pela RNApol III e I:

A TBP também é componente dos complexos de iniciação de transcrição destes promotores

Estrutura de Promotores da RNAPolII

Estrutura do Promotor do Gene da Metalotioneína humana

Transcrição Ativada Testículos

Transcrição Inativada Tecido embriônico

Gene histona H2B em

ouriço do mar

O complexo basal de transcrição sofre regulação de Fatores de Transcrição específicos

CoAtivador

Fator de Transcrição Ativador Complexo Basal

Modos de Regulação da Atividade de um Fator de Transcrição

Modos de Regulação da Atividade de um Fator de Transcrição

Modos de Regulação da Atividade de um Fator de Transcrição

Domínios dos Fatores de Transcrição

Domínio de Ativação

Domínio conector

Domínio de ligação ao DNA

Motivos Estruturais comuns em Fatores de Transcrição

Dedo de Zinco

Hélice-volta-Hélice

Zíper de Leucina

Dedo de Zinco

Especificidade dos receptores

esteroídicos conferida por variações na

sequência do dedo de zinco

Regulação da expressão de

genes por hormônios esteróides

Hélice-volta-Hélice

Exemplos:

fator cro

homeodomínios

Zíper de Leucina

Responsável pela formação de dímeros

Splicing Alternativo:

Muito frequente na regulação de genes humanos

Fêmea

Macho

Musculo Liso

Outros tecidos

Troponina T: Utiliza exons alternativos

Gene doublesex (Dsx) de Drosophila: “pula” um exon

Determinação do sexo em Drosophila: regulação por splicing alternativo

FêmeaMacho

Dsx Dsx

Bloqueio de diferenciação da fêmea Supressão dos genes

masculinos

Macho Fêmea

RNApol III utiliza promotores acima e abaixo do início da transcrição

RNApol III utiliza promotores acima e abaixo do início da transcrição

Etapas da reação de utilização de promotores interno pela RNA polIII para transcrição do RNA 5S

Bibliografia:

Genes VII - Benjamin Lewin

Lenhinger Principles of Biochemistry (3a. Ed.)

Agradecimentos: Profa. Dra. Aline Maria da Silva

Instituto de Química- USP

Transdução de sinais biológicos

Sinais biológicos

Físicos: LuzTemperaturaOsmolaridadeToque mecânico

Químicos: HormôniosNeurotransmissoresFatores de crescimentoAntígenosOdores

Variedade de Sinais Biológicos

Mecanismos de percepção e propagação destes sinais:

Conservados, específicos e muito sensíveis

Especificidade e Seletividade

Amplificação do Sinal

Características dos sistemas de transdução de sinais

Dessensibilização/Adaptação

Integração

Características dos sistemas de transdução de sinais

Transmissão da informação do exterior para o interior da célula

Principais tipos de sistemas

de transdução de sinais

Canais Iônicos: Receptor de acetilcolina

Ex: Despolarização e contração muscular

Mensageiros secundários

Exemplos:

cAMP (AMP cíclico)cGMP (GMP cíclico)Cálcio (Ca2+)IP3 (Inositol trisfosfato)NO (óxido nítrico)

Proteínas reguladas por Cálcio e calmodulina

Transmissão do sinal através de receptores enzimáticos

ou receptores acoplados a proteínas G

Ativação de quinase Ativação de proteína G

Cascata da MAPK (MAP quinase) ativada por dois tipos distintos de receptores

Fosforilação reversível de proteínas: Principal modo de regulação na transdução de sinal

Proteína quinase (PK) transfere fosfato do ATP para aminoácidos

Receptor com atividade enzimática

Dimerização e ativação da tirosina quinase e autofosforilação

Receptor de Insulina tem atividade de

tirosina-quinase que é estimulada pela

ligação da insulina e dimerização

Ativação de uma cascata de quinases

Ligante + Receptor

Dimerização e Autofosforilação do Receptor

Interação com proteínas com domínio SH2

domínio SH2 reconhece tirosina fosforilada

Regulação da

expressão gênica pela

insulina

Genes envolvidos no crescimento e

na divisão celular

Cascata de transdução de sinal em resposta ao estímulo por EGF

(fator de crescimento epidérmico)

Receptor ligado a proteína G

cAMP

Ativação da adenilato ciclase

Troca GDP por GTP após estimulação do complexo pelo receptor

Dissociação da subunidade alfa ativada para estimular adenilato ciclase

Hidrólise do GTP pela atividade intrínsica de GTPase

Receptor beta-adrenérgico

Mensageiros secundários

Exemplos:

cAMP (AMP cíclico)cGMP (GMP cíclico)Cálcio (Ca2+)IP3 (Inositol trisfosfato)NO (óxido nítrico)

Adenilato ciclase sintetiza AMP cíclico

Proteína quinase dependente de AMP cíclico (PKA)

Inativa

Ativa

Ativação do fator de transcrição CREB (cAMP response element binding protein)

Regulação da expressão de

genes por hormônios esteróides