Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

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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

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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

Page 2: Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

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

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Expressão Gênica em Eucariotos

Sinais que regulam a expressão gênica

Níveis da resposta

Mecanismos da resposta

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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)

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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

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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

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Modelo para Transcrição na Presença de Nucleossomos

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

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Acetilação/desacetilação de Histonas controlam a atividade da cromatina

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

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Sensibilidade da Cromatina ao tratamento com DNAse I

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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

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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

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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

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Estrutura típica de um gene transcrito pela RNApol II

PromotorEnhancer Gene

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Promotores de genes transcritos pela RNApol II

Tata Binding Protein

Complexo TFIID

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Promotores de genes transcritos pela RNApol III e I:

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

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Estrutura de Promotores da RNAPolII

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Estrutura do Promotor do Gene da Metalotioneína humana

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Transcrição Ativada Testículos

Transcrição Inativada Tecido embriônico

Gene histona H2B em

ouriço do mar

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

CoAtivador

Fator de Transcrição Ativador Complexo Basal

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Modos de Regulação da Atividade de um Fator de Transcrição

Page 22: Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

Modos de Regulação da Atividade de um Fator de Transcrição

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Modos de Regulação da Atividade de um Fator de Transcrição

Page 24: Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

Domínios dos Fatores de Transcrição

Domínio de Ativação

Domínio conector

Domínio de ligação ao DNA

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Motivos Estruturais comuns em Fatores de Transcrição

Dedo de Zinco

Hélice-volta-Hélice

Zíper de Leucina

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Dedo de Zinco

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Especificidade dos receptores

esteroídicos conferida por variações na

sequência do dedo de zinco

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Regulação da expressão de

genes por hormônios esteróides

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Hélice-volta-Hélice

Exemplos:

fator cro

homeodomínios

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Zíper de Leucina

Responsável pela formação de dímeros

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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

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Determinação do sexo em Drosophila: regulação por splicing alternativo

FêmeaMacho

Dsx Dsx

Bloqueio de diferenciação da fêmea Supressão dos genes

masculinos

Macho Fêmea

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RNApol III utiliza promotores acima e abaixo do início da transcrição

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RNApol III utiliza promotores acima e abaixo do início da transcrição

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

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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

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Sinais biológicos

Físicos: LuzTemperaturaOsmolaridadeToque mecânico

Químicos: HormôniosNeurotransmissoresFatores de crescimentoAntígenosOdores

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Variedade de Sinais Biológicos

Mecanismos de percepção e propagação destes sinais:

Conservados, específicos e muito sensíveis

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Especificidade e Seletividade

Amplificação do Sinal

Características dos sistemas de transdução de sinais

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Dessensibilização/Adaptação

Integração

Características dos sistemas de transdução de sinais

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Transmissão da informação do exterior para o interior da célula

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Principais tipos de sistemas

de transdução de sinais

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Canais Iônicos: Receptor de acetilcolina

Ex: Despolarização e contração muscular

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Mensageiros secundários

Exemplos:

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

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Proteínas reguladas por Cálcio e calmodulina

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Transmissão do sinal através de receptores enzimáticos

ou receptores acoplados a proteínas G

Ativação de quinase Ativação de proteína G

Page 47: Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

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

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

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Proteína quinase (PK) transfere fosfato do ATP para aminoácidos

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Receptor com atividade enzimática

Dimerização e ativação da tirosina quinase e autofosforilação

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Receptor de Insulina tem atividade de

tirosina-quinase que é estimulada pela

ligação da insulina e dimerização

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Ativação de uma cascata de quinases

Ligante + Receptor

Dimerização e Autofosforilação do Receptor

Interação com proteínas com domínio SH2

domínio SH2 reconhece tirosina fosforilada

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Regulação da

expressão gênica pela

insulina

Genes envolvidos no crescimento e

na divisão celular

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Cascata de transdução de sinal em resposta ao estímulo por EGF

(fator de crescimento epidérmico)

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Receptor ligado a proteína G

cAMP

Ativação da adenilato ciclase

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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

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Receptor beta-adrenérgico

Page 58: Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

Mensageiros secundários

Exemplos:

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

Page 59: Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

Adenilato ciclase sintetiza AMP cíclico

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Proteína quinase dependente de AMP cíclico (PKA)

Inativa

Ativa

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

Page 62: Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

Regulação da expressão de

genes por hormônios esteróides

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