Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

Regulação da Expressão
Gênica em Eucariotos
 Regulação da Expressão Gênica
 Trajetória da expressão de um gene
Núcleo
Citoplasma
Principal ponto
de regulação
DNA
RNA
transcrito
mRNA
inativo
mRNA
mRNA
PROTEÍNA
PROTEÍNA
INATIVA
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

Transcrição
e
tradução
separadas
temporal
e
espacialmente;
 Eucariotos possuem proteínas regulatórias maiores e
mais complexas;
 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.
 Eventos que levam a iniciação da transcrição
PROTEÍNA ATIVADORA DO
GENE LIGA-SE A CROMATINA
Complexo de remodelagem da cromatina
REMODELAGEM DA CROMATINA
Enzimas modificadoras de histonas
MODIFICAÇÃO COVALENTE DE HISTONAS
Outras proteínas ativadoras
PROTEÍNAS ATIVADORAS ADICIONAIS LIGAM-SE
A REGIÃO REGULATÓRIA DO GENE
Fatores gerais de transcrição da RNA polimerase
MONTAGEM DO COMPLEXO DE
PRÉ-INICIAÇÃO NO PROMOTOR
Outras proteínas ativadoras
Rearranjo das proteínas no complexo de pré-iniciação
INICIAÇÃO DA TRANSCRIÇÃO
 Transcrição em Eucariotos e a Cromatina
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
Octâmero de histonas
Modificações da Cromatina
 Heterocromatina: inativa na transcrição
 Eucromatina: cromatina menos condensada
PODE ESTAR ATIVA
 Padrões de modificação covalente
 Acetilação
 Metilação
 Fosforilação
Código de Histonas
Remodelagem da Cromatina
Histonas acetiladas:
Cromatina ativa
Histonas desacetiladas:
Cromatina inativa
 Complexos SWI/SNF, RSC e NURF  deslocamento
e reposição do octâmero de histonas
Modificações da Cromatina
ATIVAÇÃO DA TRANSCRIÇÃO:
 metilação da histona H3 (Lys4 e Lys36)
 facilita a ligação de histona-acetiltransferases (HATs)
 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
Modificações da Cromatina
INATIVAÇÃO DA TRANSCRIÇÃO:
 metilação da histona H3 (Lys9)
 geralmente metilada na heterocromatina
 desacetilação de histonas H3 e H4
 histona-desacetilases (HDACs)
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
Ativador de
Transcrição
Complexo
remodelador da
cromatina ou HATs
Classes de genes transcritos por RNA
polimerases em eucariotos
TIPO DE RNA SINTETIZADO
RNA POLIMERASE
Genes nucleares
mRNA
II
tRNA
III
rRNA
5,8S, 18S, 28S
I
5S
III
snRNA e scRNA
II e III
Genes mitocondriais
mitocôndria
Genes do cloroplasto
Cloroplasto
 Promotores
 Promotores da RNA Pol II: elementos conservados curtos
 Exemplo: gene da timidina quinase de camundongo
 Controle combinatório
 RNA polimerase II de eucariotos requer fatores
gerais de transcrição (TFII)
• 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
 Fatores de Transcrição
 Fatores de transcrição gerais ou basais: TFII
Fator de
Transcrição
RNA Pol II
Funções
Síntese de RNA
TBP (proteína de Reconhece TATA box
ligação ao TATA)
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)
TFII D
Interage com proteínas regulatórias
 RNA polimerase II de eucariotos requer fatores
gerais de transcrição (TFII)
Complexo pré-transcricional
Inr
Complexo de
pré-iniciação ou
Complexo Fechado
 RNA polimerase II de eucariotos requer fatores
gerais de transcrição (TFII)
Complexo pré-transcricional
Complexo de
iniciação da transcrição
ou Complexo Aberto
Fatores gerais de
transcrição
liberados, exceto TBP
RNA
nascente
Ativação do Início de Transcrição em Eucariotos
Participação de Sequências
distantes dos promotores
específicas
localizadas
 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
Ativação da Transcrição
 Ativadores de transcrição: ligam-se a sequências UAS
ou intensificadoras
 Proteínas
cromatina
de
modificação
e
remodelagem
da
 Co-ativadores: intermediários entre os ativadores de
transcrição e o complexo da RNA polimerase II
Mediador: ligação ao CTD da RNA polimerase II
 Fatores de transcrição basais: TBP (proteína de
ligação a TATA), TFIIB, TFIIE, TFIIF, TFIIH, RNApol II, TFIIA
Ativação da Transcrição
Ativação da Transcrição
 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
 Interagem e inibem ativadores de transcrição
Repressores de Transcrição
Ativador
LIGAÇÃO COMPETITIVA
AO DNA
Superfície de ativação
Repressor
TATA
Sítio de ligação do repressor
Sítio de ligação do ativador
SUPERFÍCIE DE
ATIVAÇÃO OCLUÍDA
TATA
Sítio de ligação do ativador
Sítio de ligação do repressor
Sítio de ligação do ativador
Sítio de ligação do repressor
INTERAÇÃO DIRETA
COM FATORES
TRANSCRICIONAIS
TFIID
TATA
Repressão da Transcrição
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
Presença de Galactose  promotor ativo
Regulação dos genes heat-shock em Drosophila
Elementos de resposta
heat-shock (HSE)
XTranscrição
Fator de transcrição
heat-shock (HSTF)
Livre (inativo)
Ligado (ativo)
Transcrição
Regulação da expressão
gênica por hormônios
ESTERÓIDES
Ex.: estrogênio,
progesterona,
testosterona,
glicocorticóides
Elementos de
resposta a
hormônios (HREs)
Cada receptor reconhece
uma sequência HRE
específica
Hormônios
esteróides
Regulação da expressão
gênica por hormônios
PEPTÍDICOS
Elementos de
resposta a
hormônios (HREs)
Ex.: insulina,
prolactina,
somatotrofina
Hormônio peptídico
Complexo
hormônio-receptor
Molécula
sinal
Repressão de Tradução
 Forma mais comum: ligação de repressores de
tradução ao mRNA
Subunidade ribossômica 40S
Repressores de Tradução
Região não traduzida 3’ (3’UTR)
 Ex.: Síntese de hemoglobina nos eritrócitos
 Regulação mediada por pequenos RNAs (sRNA)
 Mecanismo de regulação pós-transcricional
 Pareamento de uma sequência curta de RNA com
uma sequência alvo de um mRNA
 RNA de interferência - RNAi
RNA de Interferência
 Mecanismo de repressão da expressão gênica
 Inibição da tradução do mRNA
 Degradação do mRNA
 miRNA: transcrito a partir do genoma próprio
sequência auto complementar  grampo
 siRNA: originados de genoma viral ou transposons
dupla fita de RNA
 RNA de Interferência
Molécula de RNA dupla-fita
Enzima Dicer / Drosha
RNA de interferência
dupla-fita
Ribonucleoproteína
com RNAi dupla fita
Complexo de
silenciamento induzido
por RNA – RISC
mRNA alvo (sequência complementar ao RNAi)
 RNA de Interferência
mRNA cortado e
degradado
Bloqueio da tradução
do mRNA
 Repressão da expressão gênica
 Fontes de RNA de Interferência
 Genes de microRNA  mir
 Possuem sequências invertidas que formam um grampo
 Transposons e retrovírus
 RNAs copiados em RNA
complementares por RNA
polimerases dependentes
de RNA
 RNA de Interferência
Em C. elegans:
O gene lin4 é um miRNA que controla a expressão de lin14
lin14
lin4
Não ocorre expressão de lin14