7-BIOLOGIA MOLECULAR - CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA

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BIOLOGIA MOLECULAR
Profa. Dra. Michele Silva
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Diferenças celulares = Diferenças na expressão protéica
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como é possível garantir tais diferenças?
- Mecanismos de controle da expressão gênica
CONTROLE TRANSCRICIONAL CONTROLE PÓS-TRANSCRICIONAL
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
CONTROLE TRANSCRICIONAL
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Proteínas de Regulação Gênica
- Lêem sequências curtas de DNA e ligam-se à molécula.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Proteínas de Regulação Gênica
- São variadas e estão presentes em muitos organismos
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Proteínas de Regulação Gênica
- Possuem motivos estruturais que lêem as seqüências específicas de
DNA.
Hélice-volta-hélice
Homeodomínio
(3 -hélices)
Dedo de Zinco
(1 folha  antiparalela +1 -hélice)
Zíper de LeucinaHélice-alça-hélice
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Proteínas diméricas com motivos Hélice-volta-hélice
Um Dímero do motivo Dedo de Zinco
Proteína monomérica com 3 motivos 
Dedo de Zinco
Proteínas de Regulação Gênica
- Podem atuar como monômeros contendo vários domínios, ou como
dímeros ou trímeros.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Seqüências de DNA
- Pares de bases formam pontes de hidrogênio com aminoácidos das
proteínas regulatórias.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Seqüências de DNA
- Pares de bases podem ser reconhecidos de muitas maneiras por
diferentes proteínas e aminoácidos, dependendo do seu contexto.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam?
- Atuam como ativadores ou repressores da transcrição gênica.
Em Procariotos:
1- Ligam a seqüências próximas do sítio de início da RNA polimerase;
2- Sua ação depende:
- tipo de proteína;
- localização de seu sítio de ligação em relação ao sítio de início
da RNA polimerase;
3- A regulação envolve apenas 1 ou 2 proteínas.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam? ativadores ou repressores
Em Procariotos:
Ação dependente da localização dos
sítios de ligação no DNA.
CONTROLE NEGATIVO / CONTROLE POSITIVO
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam? ativadores ou repressores
Em Procariotos: proteína de repressão gênica (repressor transcricional)
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam? ativadores ou repressores
Em Procariotos: 1 proteína de repressão e 1 de ativação gênica
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam?
- Atuam como ativadores ou repressores da transcrição gênica.
Em Eucariotos:
1- Podem ligar a seqüências bem distantes do promotor;
2- Ativam ou reprimem, por meio de vários mecanismos relacionados a:
- Modificações locais na cromatina
- Associação de fatores de transcrição no promotor
- Recrutamento da RNA polimerase
3- A regulação envolve muitas proteínas e nucleotídeos;
4- Proteínas ligam ao DNA (conj. de módulos regulatórios enfileirados),
formando padrões espaciais e temporais de regulação gênica;
5- Genes e regiões de controle são cercados por isoladores (seqüências
reconhecidas por proteínas que impedem interações entre genes
regulados independentemente).
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam? ativadores ou repressores
Em Eucariotos: Região de controle gênico = Promotor + Seq. Regulatórias
Seqüências Regulatórias acima, abaixo, em introns...
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam? ativadores ou repressores
Em Eucariotos: Controle à Distância
Ligação à região do Estimulador
Formação de Alças no DNA.
Contato com Fatores de
Transcrição, RNA polimerase e
outras protnas.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam? ativadores ou repressores
Em Eucariotos: Ativadores promovem associação de RNA polimerase +
Fatores de Transcrição no sítio de início da transcrição.
Motivo de Ligação ao DNA2 Domínios:
Domínio de Ativação:  taxa transc.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam? ativadores ou repressores
Em Eucariotos: Ativadores modificam a estrutura local da cromatina.
Histona Acetilases
Complexo de Remodelamento
Recrutam:
Facilitam acesso Fatores transcricionais
RNA polimerase
Outras proteínas Regulatórias
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam? ativadores ou repressores
Em Eucariotos: Ativadores determinam uma ordem de eventos para que
levam à transcrição.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam? ativadores ou repressores
Em Eucariotos: Repressores podem inibir a expressão de várias formas:
- Diferente dos procariotos, não competem com a RNA polimerase pelo
sítio de iniciação.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam? ativadores ou repressores
Em Eucariotos: Proteínas Reguladoras podem atuar como complexos -
proteínas associadas (co-ativadoras / co-repressoras).
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam? ativadores ou repressores
Em Eucariotos: Mecanismos de controle combinatório da expressão
gênica (em muitos genes).
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Como as Proteínas Regulatórias atuam? ativadores ou repressores
Em Eucariotos: proteínas especiais se ligam a regiões de DNA
(Isoladores) que isolam a região de um gene contra efeitos externos e
impedem que os efeitos reguladores do mesmo atuem além do seu
domínio.
Isoladores impedem que ptnas regulatórias influenciem genes distantes:
Bandas em vermelho
Interbandas em preto (acima)
Proteína isoladora BEAF em
verde (abaixo) nas regiões
interbanda
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Alguns Mecanismos Moleculares Determinam a Criação de Tipos
Celulares Diferentes.
Em Leveduras: Controle Combinatório determina a expressão
protéica diferenciada.
Proteína 1, de ativação
Proteína 2, de repressão
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Alguns Mecanismos Moleculares Determinam a Criação de Tipos
Celulares Diferentes.
Em Procariotos: Rearranjos de DNA determinam a expressão
protéica diferenciada.
Células (e suas filhas) produzem
OU uma proteína OU outra
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Alguns Mecanismos Moleculares Atuam Determinando a Criação
de Tipos Celulares Diferentes.
Em Eucariotos: Controle Combinatório determina expressão
protéica diferenciada durante no desenvolvimento.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Alguns Mecanismos Moleculares Atuam Determinando a Criação
de Tipos Celulares Diferentes.
Em Vertebrados: O Padrão de Metilação do DNA pode ser herdado
(replicação e divisão celular) determinando expressão protéica
diferenciada.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Alguns Mecanismos Moleculares Atuam Determinando a Criação
de Tipos Celulares Diferentes.
Em Vertebrados: O Padrão de Metilação do DNA vai se
modificando durante o desenvolvimento; silenciamento de genes.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
CONTROLE PÓS-TRANSCRICIONAL
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Genes Transcritos sofrem diferentes processos regulatórios Pós-
Transcricionais; São 8:
1. Mecanismo de Atenuação do Transcrito de RNA pela sua
Terminação Prematura
Em Bactérias: O Transcrito nascente de RNA interage com a RNA
polimerase de modo a abortar o final da transcrição;
Em eucariontes: O transcrito nascente pode ter sua transcrição abortada
pela ausência de proteínas celulares específicas (responsáveis por
impedir pausas na transcrição e terminação prematura).
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Genes Transcritos sofrem diferentes processos regulatórios Pós-
Transcricionais; São 8:
2. Seleção
de Sítios de Splicing Alternativos no RNA;
Regulação Positiva x Regulação Negativa
Molécula que impede a maquinaria de
splicing ter acesso a um sítio particular de
splicing
Molécula que auxilia o direcionamento da
maquinaria de splicing para um sítio de splicing
que em sua ausência, seria ignorado
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Genes Transcritos sofrem diferentes processos regulatórios Pós-
Transcricionais; São 8:
3. Controle da Formação do Final 3’: Clivagem e Adição do Poli A;
Dependente de estímulos, a CstF
(fator de processamento do RNA)
sinaliza p/ diferentes sítios de
clivagem e poliadenilação.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Genes Transcritos sofrem diferentes processos regulatórios Pós-
Transcricionais; São 8:
4. Edição do RNA;
Alguns mRNA têm nucleotídeos modificados
alterando o código da mensagem que codificam.
-Em tripanossomas e mamíferos: RNAs-guia
pareiam com o mRNA e adicionam ou removem
nucleotídeos U;
-Em plantas: Podem promover a troca de bases C
por U;
-Em mamíferos: Desaminação enzimática de A
produz Inosina; pode interferir em processos de
splicing, ou produzir proteínas alteradas.
Adenosina Desaminases Agindo no RNA
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Genes Transcritos sofrem diferentes processos regulatórios Pós-
Transcricionais; São 8:
5. Controle do transporte do Núcleo para o Citosol;
mRNA imaturos devem sofrer processamento completo antes de serem
exportados:
-Capeamento da extremidade 5’;
-Splicing de íntrons;
-Clivagem e poliadenilação da extremidade 3’;
-Associação a várias proteínas em sua extensão.
Um erro no processamento ou mRNA danificados: direcionamento para
via de degradação no exosoma nuclear.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Genes Transcritos sofrem diferentes processos regulatórios Pós-
Transcricionais; São 8:
6. Localização dos mRNAs em sítios determinados na Célula;
A localização de mRNAs é determinada por sinais
específicos, geralmente localizados na região não
traduzida (UTR) 3’ da molécula (região que se estende
do códon de parada ao início da cauda de Poli A).
-mRNAs são direcionados por seus sinais específicos
aos locais de atuação da proteína a ser traduzida.
-mRNA possuem informação que determina o tempo
de meia vida e a taxa de eficiência de sua tradução.
-Sinais moleculares no mRNA são reconhecidos de
forma específica por proteínas regulatórias. Alguns
mRNA só iniciam a tradução, após a correta
localização.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Genes Transcritos sofrem diferentes processos regulatórios Pós-
Transcricionais; São 8:
7. Controle do Início da Tradução;
Controle Traducional Negativo: promovido por proteínas
que ligam às extremidades 5’ e 3’:
1. Em Bactérias: proteínas repressoras ligam a uma
região conservada (seqüência de Shine-Dalgarno) acima
do códon de iniciação AUG, e impedem o perfeito
posicionamento ribossômico no códon de iniciação.
2. Em Eucariotos: proteínas repressoras ligam (1) à
extremidade 5’ do mRNA inibindo a tradução, ou (2) à
extremidade UTR 3’ diminuindo o início da tradução.
Outros controles:
1. Fosforilação de fatores de iniciação;
2. Iniciação em códons AUG acima do início da tradução;
3. Uso de módulos abertos de leitura – uORFs;
4. Uso de sítios internos de entrada de ribossomos -
IRES.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Genes Transcritos sofrem diferentes processos regulatórios Pós-
Transcricionais; São 8:
8. Degradação Regulada do mRNA;
-Controle por mudança na estabilidade do mRNA (tempo de meia-vida):
- Em bactérias: determina a degradação por exonucleases;
- Em Eucariontes: seqüências na moléculas determinam a via e a cinética de degradação. Duas vias:
-Encurtamento da cauda Poli A (até 20 unidades)
sinaliza a remoção do Cap 5’ e a degradação do mRNA.
-Endonucleases específicas clivam em uma
só etapa a cauda de Poli A
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Genes Transcritos sofrem diferentes processos regulatórios Pós-
Transcricionais; São 8:
8. Degradação Regulada do mRNA;
-Outras formas de controle:
- Decaimento mediado por alterações sem sentido: códons de parada em regiões anormais, resultantes de
splicing incompleto ou mutações;
- Degradação por Interferência de RNA: RNA estranho dupla fita é reconhecido e levado a um complexo protéico
de degradação.
CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA
Passos do Início da Transcrição à Tradução, e os variados
mecanismos regulatórios pós-transcricionais:
FIM!
Boa sorte na prova!