Mecanismos de expressão genica em eucariotos

Mecanismo de regulação e
expressão em eucariotos
Bioquímica II
Profº Dr. Julio César Borges
Alunos:
Jonathan Rodrigues da Silva 8523683
Kaique Dias Galera 8523241
Luiz Otávio Pecorare 7694769
Mecanismos de expressão genica em eucariotos
Como a partir de uma única célula fecundada há geração de um organismo
tão complexo ?
Como diferentes tipos celulares podem exercer funções tão diferentes, sendo
que possuem o mesmo conteúdo genético ?
Neurônio
Linfócitos
Mecanismos de expressão genica em eucariotos
O genoma de um chipanzé e o genoma humano diferem em cerca de 1,5%,
entretanto fenotipicamente observa-se espécies completamente diferentes.
Mecanismos de expressão genica em eucariotos
Controle em dois níveis de expressão genica:
• Controle temporal
• Controle Espacial
A regulação genica se dá para todas as proteínas existentes nos indivíduos ?
• Proteínas comuns
• Proteínas específicas
Mecanismos de expressão genica em eucariotos
Mecanismos de expressão genica em eucariotos
O genoma humano apresenta-se compactado com histonas.
Essa adesão é um dos fatores responsáveis pelo controle de expressão genica. Este
empacotamento pode silenciar grandes trechos do genoma, as vezes de forma irreversível !
Mecanismos de expressão genica em eucariotos
A ruptura e reorganização do nucleossomo pode ter participação dos complexos:
• Fator GAGA e fator de remodelamento do nucleossomo
• Participação do complexo SW1/SNF
• Acetilação de histonas
Histona acetil transferase: Cromatina ativa
Histona acetil desacetilase: cromatina desativa
Mecanismos de expressão genica em eucariotos
Código das histonas
• Existem diferentes tipos de histonas, cada um com uma quantidade
específica de Lisina.
• A quantidade e a posição das lisinas presentes nas histonas altera o fator de
expressão gênica.
• Exemplo: Expressão do gene Gal 1
Mecanismos de expressão genica em eucariotos
Regiões controladoras de lócus (LCR)
• Sequencias do DNA essências para a configuração “aberta” da cromatina.
• Capazes de inibir a transcrição, de áreas relativamente grandes, com grande
número de genes.
• Uma das regiões mais bem estudadas é a LCR que controla a expressão tecido
específica da família da B-globina.
Mecanismos de expressão genica em eucariotos
Regiões controladoras de lócus (LCR)
Mecanismos de expressão genica em eucariotos
Regiões controladoras de lócus (LCR)
Metilação e Inatividade Gênica
• Epigenética: qualquer mudança da expressão de um
gene sem que ocorra alteração estrutural na
sequência de DNA.
• A metilação é o principal fenômeno epigenético
pelo qual um gene é silenciado.
• Ela se dá pela adição covalente de um grupo metila,
que é transferido de um doador (Sadenosilmetionina) à citosina presente na estrutura
do DNA.
• Essa reação é catalisada pela DNA-metiltransferase.
Metilação e Inatividade Gênica
• Dentre todas as bases que formam o DNA somente a citosina pode sofrer
metilação.
Metilação e Inatividade Gênica
• A maioria das citosinas estão em pequenas regiões chamadas de ilhas CpG.
• Essas ilhas CpG são encontradas em todos os genes em regiões ativas, os
promotores, que são sequências regulatórias presentes na extremidade 5’ do
DNA logo antes do início do gene que será transcrito.
• Se ocorrer metilação, o promotor é silenciado, interrompendo a transcrição, e
consequentemente, a expressão gênica.
Metilação e Inatividade Gênica
Metilação e Inatividade Gênica
• Além da metilação do DNA, a modificação da estrutura das histonas (proteínas
associadas à molécula de DNA e que determinam a intensidade da compactação
da cromatina) também é considerada importante no silenciamento de genes.
• Uma vez adicionado o radical metila na citosina, ocorre a deacetilação das
histonas, tornando a cromatina mais condensada e, portanto inacessível aos
processos de transcrição.
Metilação e Inatividade Gênica
• Consequências
• Inativação do cromossomo X
• Imprinting genômico
• Proteção do genoma (inativação do DNA viral invasor)
• Metilação exagerada nas ilhas CpG: carcinogênese.
Splicing Alternativo
• Processamento de RNA no qual as sequências denominadas introns são
removidas, enquanto as sequências remanescentes (exons) são unidas formando
um RNA maduro, que pode ser mensageiro ou não-codificante.
• Diferentes exons de um mesmo pré-RNA podem ser utilizados na produção de
diferentes RNAs maduros, e assim gerar proteínas distintas a partir de um único
gene.
• Pode levar a um grande aumento na diversidade de proteínas.
• Permite que informações específicas de um único gene se modifiquem
dependendo de sinais do ambiente, gerando transcritos maduros distintos, e
conferindo assim uma maior plasticidade à expressão gênica
Splicing Alternativo
Splicing Alternativo
• Existem vários tipos de splicing alternativo, dentre eles os cinco principais são:
• exon skipping (uso alternativo de exon);
• alternative 3’ splice sites (sítios aceptores [3’] alternativos);
• alternative 5’ splice sites (sítios doadores [5’] alternativos);
• mutually exclusive exons (exons mutuamente excludentes);
• intron retention (retenção de intron).
• Além da possibilidade de ocorrer splicing alternativo nas sequências iniciadoras e
finalizadoras da transcrição.
Splicing Alternativo
Splicing Alternativo
Splicing Alternativo
Receptores específicos
• As células eucarióticas expressam muitas proteínas
célula-especificas em resposta à presença de vários
hormônios;
• O complexo hormônio-receptor liga-se a sequencias
altamente específicas de DNA, chamadas de: Elementos
de resposta a hormônios (HRE);
• β-estradiol, ministrados em galinhas, aumentam os
níveis de RNAm de albumina a 50.000 moléculas por
célula, aumentando a ovoalbumina com principal
proteína sintetizada.
Regulação da Expressão Gênica pelo RNA
• Pode ser feita pelos pequenos RNAs (RNA formado por 20 a 25 nucleotideos),
foram descobertos recentemente mas já se sabe que possuem função
regulatória;
• Seus precursores podem ser RNAm ou fitas paralelas de um RNA viral transcrito;
• A regulação é feita a partir do impedimento da tradução do RNAm ou da indução
de sua destruição;
• A interação do mRNA com o RNAm se dá, frequentemente, na região 3’UTR;
• Seus precursores possuem cerca de 70 nucleotídeos e tem forma de grampo;
• Esses RNAs são produzidos a partir da clivagem por endonucleases como Drosha
e Dicer.
Mecanismo
• O precursor é clivado em um miRNA;
• Em seguida o precursor se liga ao RNAm:
• Pode ligar-se na região 5’ promovendo
a degradação;
• Ou na região 3’UTR inibindo a
tradução.
Mecanismos pós-traducionais
• Mesmo após sua tradução, a proteína pode estar inativa, necessitando de alguma
modificação estrutural para ativá-la;
• Como exemplo, o tripsinogêneo, a forma inativa da tripsina;
• É necessária a retirada de uma parte da sua cadeia polipeptídica para tornar a
pepsina ativa.
H+
Referências
• Disciplina de Genética Humana - Monitora: Scheila Seady. HIPERMETILAÇÃO E
CÂNCER Epigenética. (n.d.), 5–6.
• http://www.rcsb.org/pdb/101/motm.do?momID=12 , acessado em 23/11/2015.
• Tomotani, B. M. (2010). Aspectos evolutivos do splicing alternativo. Revista Da
Biologia, 4, 44–49. http://doi.org/10.7594/revbio.04.09
• Hammond S, Bernstein E, Beach D, Hannon G (2000). "An RNA-directed nuclease
mediates post-transcriptional gene silencing in Drosophila cells". Nature 404 (6775):
293–6.
• Voet, D.; Voet, J.; Pratt, C. W. Fundamentos de bioquímica : a vida em nível
molecular. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.
• LEHNINGER, A. L. & NELSON, D. L. & COX, M. M. - Princípios de Bioqumica. Princípios
de Bioquímica de Lehninger. Editora: Sarvier, 4ª edição, 2007.
Muito Obrigado!