Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

Transcrição

1 Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos

2 Regulação da Expressão Gênica Trajetória da expressão de um gene Principal ponto de regulação Núcleo Citoplasma mrna inativo DNA RNA transcrito mrna mrna PROTEÍNA PROTEÍNA INATIVA

3 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.

4 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.

5 Eventos que levam a iniciação da transcrição PROTEÍNA ATIVADORA DO GENE LIGA-SE A CROMATINA REMODELAGEM DA CROMATINA Complexo de remodelagem da cromatina Enzimas modificadoras de histonas MODIFICAÇÃO COVALENTE DE HISTONAS Outras proteínas ativadoras PROTEÍNAS ATIVADORAS ADICIONAIS LIGAM-SE A REGIÃO REGULATÓRIA DO GENE MONTAGEM DO COMPLEXO DE PRÉ-INICIAÇÃO NO PROMOTOR INICIAÇÃO DA TRANSCRIÇÃO Fatores gerais de transcrição da RNA polimerase Outras proteínas ativadoras Rearranjo das proteínas no complexo de pré-iniciação

6 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

7 Estrutura do Nucleossomo Octâmero de histonas

8 Modificações da Cromatina Heterocromatina: inativa na transcrição Eucromatina: cromatina menos condensada PODE ESTAR ATIVA Padrões de modificação covalente Acetilação Metilação Fosforilação

9 Código de Histonas

10 Remodelagem da Cromatina Histonas acetiladas: Cromatina ativa Histonas desacetiladas: Cromatina inativa Complexos SWI/SNF, RSC e NURF deslocamento e reposição do octâmero de histonas

11 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

12 Modificações da Cromatina INATIVAÇÃO DA TRANSCRIÇÃO: metilação da histona H3 (Lys9) geralmente metilada na heterocromatina desacetilação de histonas H3 e H4 histona-desacetilases (HDACs)

13 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

14 Remodelagem da Cromatina Exposição da região promotora para transcrição Ativador de Transcrição Complexo remodelador da cromatina ou HATs

15 Promotores Promotores da RNA Pol II: elementos conservados curtos Exemplo: gene da timidina quinase de camundongo Controle combinatório

16 RNA polimerase II de eucariotos requer fatores gerais de transcrição (TFII) Necessários para início de transcrição todos os promotores em 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

17 Fatores de Transcrição Fatores de transcrição gerais ou basais: TFII Fator de Transcrição RNA Pol II TBP (proteína de ligação ao TATA) TFII B TFII A TFII F TFII E TFII H TFII D Síntese de RNA Reconhece TATA box Funções Liga a TBP; recruta o complexo TFII F e RNA Pol II Estabiliza a ligação de TFII B e TBP ao promotor (não essencial) Liga a RNA Pol II e a TFII B Recruta TFII H Desenovela o DNA na região promotora; Fosforila RNA Pol II (na cauda CTD) Interage com proteínas regulatórias

18 RNA polimerase II de eucariotos requer fatores gerais de transcrição (TFII) Complexo pré-transcricional Inr Complexo de pré-iniciação ou Complexo Fechado

19 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

20 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

21 Ativação da Transcrição Ativadores de transcrição: ligam-se a sequências UAS ou intensificadoras Proteínas de modificação e remodelagem da cromatina 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

22 Ativação da Transcrição

23 Ativação da Transcrição

24 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

25 Repressores de Transcrição LIGAÇÃO COMPETITIVA AO DNA Ativador Superfície de ativação Repressor TATA Sítio de ligação do repressor Sítio de ligação do ativador SUPERFÍCIE DE ATIVAÇÃO OCLUÍDA Sítio de ligação do ativador TATA Sítio de ligação do repressor INTERAÇÃO DIRETA COM FATORES TRANSCRICIONAIS Sítio de ligação do ativador Sítio de ligação do repressor TFIID TATA

26 Repressão da Transcrição

27 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

28 Regulação dos genes do metabolismo da galactose na levedura Presença de Galactose promotor ativo

29 Regulação da expressão gênica por hormônios ESTERÓIDES Ex.: estrogênio, progesterona, testosterona, glicocorticóides Hormônios esteróides Elementos de resposta a hormônios (HREs) Cada receptor reconhece uma sequência HRE específica

30 Regulação da expressão gênica por hormônios PEPTÍDICOS Elementos de resposta a hormônios (HREs) Hormônio peptídico Complexo hormônio-receptor Molécula sinal Ex.: insulina, prolactina, somatotrofina

31 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