Regulação da Expressão Gênica
em Eucariotos
Agradecimentos: Profa. Dra. Aline Maria da Silva
Instituto de Química- USP
Bibliografia:
Genes VII - Benjamin Lewin
Biologia Molecular Básica-Arnaldo Zaha
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
Beta-globina
embriônica
beta-globina
adulta
Ovoalbumina
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
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
Enhancer
Promotor
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
Gene doublesex (Dsx) de Drosophila: “pula” um exon
Fêmea
Macho
Troponina T: Utiliza exons alternativos
Musculo Liso
Outros tecidos
Splicing
Alternativo:
Muito
frequente na
regulação de
genes
humanos
Determinação do sexo em Drosophila: regulação por splicing alternativo
Macho
Fêmea
Dsx
Dsx
Bloqueio de
diferenciação da fêmea
Macho
Supressão dos genes masculinos
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
Transdução de sinais biológicos
Agradecimentos: Profa. Dra. Aline Maria da Silva
Instituto de Química- USP
Bibliografia:
Genes VII - Benjamin Lewin
Lenhinger Principles of Biochemistry (3a. Ed.)
Sinais biológicos
Físicos:
Luz
Temperatura
Osmolaridade
Toque mecânico
Químicos:
Hormônios
Neurotransmissores
Fatores de crescimento
Antígenos
Odores
Variedade de Sinais
Biológicos
Mecanismos de percepção e
propagação destes sinais:
Conservados, específicos e
muito sensíveis
Características dos sistemas de transdução de sinais
Especificidade
e Seletividade
Amplificação do Sinal
Características dos sistemas de transdução de sinais
Dessensibilização/Adaptação
Integração
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
Ativação de quinase
Ativação de proteína G
Transmissão
do sinal
através de
receptores
enzimáticos
ou
receptores
acoplados a
proteínas 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 tirosinaquinase que é estimulada
pela ligação da insulina e
dimerização
Ligante +
Receptor
domínio SH2
reconhece
tirosina
fosforilada
Dimerização e
Autofosforilação
do Receptor
Interação com
proteínas com
domínio SH2
Ativação de
uma
cascata de
quinases
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