Mecanismo de regulação e expressão em eucariotos

Transcrição

1 Mecanismo de regulação e expressão em eucariotos Bioquímica II Profº Dr. Julio César Borges Alunos: Jonathan Rodrigues da Silva Kaique Dias Galera Luiz Otávio Pecorare

2 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

3 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.

4 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

5 Mecanismos de expressão genica em eucariotos

6 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!

7 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

8 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

9 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.

10 Mecanismos de expressão genica em eucariotos Regiões controladoras de lócus (LCR)

11 Mecanismos de expressão genica em eucariotos Regiões controladoras de lócus (LCR)

12 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.

13 Metilação e Inatividade Gênica Dentre todas as bases que formam o DNA somente a citosina pode sofrer metilação.

14 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.

15 Metilação e Inatividade Gênica

16 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.

17 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.

18 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

19 Splicing Alternativo

20 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.

21 Splicing Alternativo

22 Splicing Alternativo

23 Splicing Alternativo

24 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 moléculas por célula, aumentando a ovoalbumina com principal proteína sintetizada.

25 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;

26 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.

27 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.

28 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.

29 H+

30 Referências Disciplina de Genética Humana - Monitora: Scheila Seady. HIPERMETILAÇÃO E CÂNCER Epigenética. (n.d.), acessado em 23/11/2015. Tomotani, B. M. (2010). Aspectos evolutivos do splicing alternativo. Revista Da Biologia, 4, Hammond S, Bernstein E, Beach D, Hannon G (2000). "An RNA-directed nuclease mediates post-transcriptional gene silencing in Drosophila cells". Nature 404 (6775): Voet, D.; Voet, J.; Pratt, C. W. Fundamentos de bioquímica : a vida em nível molecular. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, LEHNINGER, A. L. & NELSON, D. L. & COX, M. M. - Princípios de Bioqumica. Princípios de Bioquímica de Lehninger. Editora: Sarvier, 4ª edição, 2007.

31 Muito Obrigado!