Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

Regulação da Expressão

Gênica em Eucariotos

DNA

RNA

transcrito

PROTEÍNA

mRNA

inativo

PROTEÍNA

INATIVA

 Regulação da Expressão Gênica

mRNA

Núcleo Citoplasma

mRNA

 Trajetória da expressão de um gene

Principal ponto de regulação

REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA

 Regulação espacial: diferentes tipos celulares

em um mesmo organismo.

 Temporal: genes diferentes expressos em

tempos diferentes em resposta a sinais

biológicos ou estímulos ambientais.

Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

 O acesso aos promotores é restrito pela estrutura da

cromatina;

 Promotores de eucariotos são intrinsecamente inativos: Não ocorre início de transcrição na ausência de proteínas acessórias.

 Eucariotos possuem proteínas regulatórias maiores e

mais complexas;

 Transcrição e tradução separadas temporal e espacialmente;

 Eventos que levam a iniciação da transcrição

PROTEÍNA ATIVADORA DO GENE LIGA-SE A CROMATINA

REMODELAGEM DA CROMATINA

MODIFICAÇÃO COVALENTE DE HISTONAS

PROTEÍNAS ATIVADORAS ADICIONAIS LIGAM-SE A REGIÃO REGULATÓRIA DO GENE

MONTAGEM DO COMPLEXO DE PRÉ-INICIAÇÃO NO PROMOTOR

INICIAÇÃO DA TRANSCRIÇÃO

Complexo de remodelagem da cromatina

Enzimas modificadoras de histonas

Outras proteínas ativadoras

Fatores gerais de transcrição da RNA polimerase

Outras proteínas ativadoras

O “Problema” do Nucleossomo



A transcrição é fortemente reprimida na

cromatina condensada



Regiões ativamente transcritas possuem

nucleossomos mais espaçados



Cromatina transcricionalmente ativa possui

menos histona H1

Estrutura do Nucleossomo

Modificações da Cromatina

 Heterocromatina: inativa na transcrição

 Eucromatina: cromatina menos condensada

PODE ESTAR ATIVA

 Padrões de modificação covalente  Acetilação

 Metilação  Fosforilação

Remodelagem da Cromatina

Histonas acetiladas: Cromatina ativa

Histonas desacetiladas: Cromatina inativa

 Complexos SWI/SNF, RSC e NURF  deslocamento

Modificações da Cromatina

ATIVAÇÃO DA TRANSCRIÇÃO:

 acetilação de histonas H3 e H4 (resíduos Lys)

 em múltiplos resíduos – diminui a interação DNA-nucleossomo

 em resíduos específicos – afeta a interação nucleossomo-proteínas regulatórias

 metilação da histona H3 (Lys4 e Lys36)

INATIVAÇÃO DA TRANSCRIÇÃO:

 desacetilação de histonas H3 e H4  histona-desacetilases (HDACs)  metilação da histona H3 (Lys9)

 geralmente metilada na heterocromatina

Remodelagem da Cromatina

Efeito final: tornar um segmento de DNA mais acessível

e marcá-lo para facilitar a ligação e atividade dos fatores de transcrição

Remodelagem da Cromatina

 Exposição da região promotora para

transcrição

 Promotores

 Promotores da RNA Pol II: elementos conservados curtos  Exemplo: gene da timidina quinase de camundongo

• Necessários para início de transcrição em

todos os promotores

• Posicionam a RNA polimerase II corretamente

sobre os promotores

• Separação da fitas de DNA para início da

transcrição

• Liberação da RNA polimerase II do promotor e

passagem para a etapa de alongamento

 RNA polimerase II de eucariotos requer fatores

 Fatores de Transcrição

 Fatores de transcrição gerais ou basais: TFII

Fator de Transcrição

Funções

RNA Pol II Síntese de RNA TBP (proteína de

ligação ao TATA)

Reconhece TATA box

TFII B Liga a TBP; recruta o complexo TFII F e RNA Pol II

TFII A Estabiliza a ligação de TFII B e TBP ao promotor (não essencial)

TFII F Liga a RNA Pol II e a TFII B TFII E Recruta TFII H

TFII H Desenovela o DNA na região promotora; Fosforila RNA Pol II (na cauda CTD)

Complexo de pré-iniciação ou Complexo Fechado

Complexo pré-transcricional

Inr

 RNA polimerase II de eucariotos requer fatores

Fatores gerais de transcrição liberados, exceto TBP Complexo de iniciação da transcrição ou Complexo Aberto Complexo pré-transcricional

 RNA polimerase II de eucariotos requer fatores

gerais de transcrição (TFII)

RNA nascente

Ativação do Início de Transcrição em Eucariotos

Participação de Sequências específicas localizadas distantes dos promotores

 UAS – sequências ativadoras a montante (levedura)

 A montante do promotor

 Intensificadores ou Acentuadores (eucariotos superiores)

 A montante ou a jusante do promotor

São reconhecidas e ligadas por proteínas regulatórias da transcrição

 Fatores de transcrição basais: TBP (proteína de ligação a TATA), TFIIB, TFIIE, TFIIF, TFIIH, RNApol II, TFIIA

 Ativadores de transcrição: ligam-se a sequências UAS ou intensificadoras

 Co-ativadores: intermediários entre os ativadores de transcrição e o complexo da RNA polimerase II

Mediador: ligação ao CTD da RNA polimerase II

Ativação da Transcrição

 Proteínas de modificação e remodelagem da

 Repressores da Transcrição em Eucariotos

 Interferem com a ligação da RNA polimerase II ao promotor

 Interferem com a ligação de ativadores aos seus sítios específicos de ligação no DNA (UAS ou intensificadores)

 Interferem com o complexo de transcrição envolvido no início da transcrição

Repressores de Transcrição

Sítio de ligação do repressor Sítio de ligação do ativador

Superfície de ativação

TATA

TATA

Sítio de ligação do repressor Sítio de ligação do ativador

Sítio de ligação do ativador Sítio de ligação do repressor

Repressor TATA TFIID Ativador LIGAÇÃO COMPETITIVA AO DNA SUPERFÍCIE DE ATIVAÇÃO OCLUÍDA INTERAÇÃO DIRETA COM FATORES TRANSCRICIONAIS

Regulação dos genes do metabolismo da

galactose na levedura

 Genes GAL: espalhados em vários cromossomos

 Promotores similares permitem uma regulação

coordenada pelo mesmo conjunto de proteínas

Ausência de Galactose  promotor inativo

Complexo da RNApol II

Regulação dos genes do metabolismo da

galactose na levedura

Regulação da expressão

gênica por hormônios

ESTERÓIDES

Cada receptor reconhece uma sequência HRE

Regulação da expressão

gênica por hormônios

PEPTÍDICOS

Repressão de Tradução

Região não traduzida 3’ (3’UTR) Repressores de Tradução

Subunidade ribossômica 40S

 Ex.: Síntese de hemoglobina nos eritrócitos

 Forma mais comum: ligação de repressores de