REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA. RCB105 Biomoléculas, biologia celular e moléculas

Transcrição

1 REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA RCB105 Biomoléculas, biologia celular e moléculas

2 Conceito Processo pelo qual a expressão de genes é controlada em resposta a estímulos intra ou extracelulares Regulação da expressão gênica Organismos multicelulares - Diferenciação celular

3 Regulação da expressão gênica Programa diferencial de expressão Mórula Desenvolvimento embrionário Blastocisto Massa celular de células tronco Células musculares Células hepáticas Células sanguíneas Neurônios Células pancreáticas Células intestinais

4 Tipos de expressão gênica q q Constitutiva Expressão constante Genes de manutenção q q q q Controlável Modulada de acordo com a necessidade celular Repressão Indução q Especificidade q Temporal q Espacial

5 Elementos regulatórios q Expressão gênica é um processo de múltiplos eventos q Evento chave para a regulação da expressão é a iniciação da transcrição a. Sequências específicas de DNA b. Proteínas Regulatórias c. Interações DNA-proteínas e proteína- proteína d. RNA polimerase

6 Procariotos Eucariotos Transcrição e tradução acoplados Compartimentalização

7 Eucariotos q genes q Monocistrônico q Sequências repetidas q Genes interrompidos q Introns e Exons RNA-polimerase I, II, e III Estrutura dos cromossomos Núcleo Transcrição e tradução independentes

8 5. Regulação Gênica - Eucariotos 1. Organismos multicelulares - Especialização celular Células de um organismo geneticamente idênticas Expressão diferencial Diversos tipos celulares Expressão gênica anormal Desenvolvimento de varias doenças: câncer Múltiplos estágios de regulação Linfócito Neurônio

9 6. Etapas da regulação 1 Modificação Cromatina/DNA Núcleo Citoplasma RNAm inativo DNA Transcrito de RNA RNAm RNAm 5 Degradação 2 Controle de transcrição 3 Processamento 4 Transporte e localização 6 Tradução Proteína 7 Atividade proteica Proteína inativa

10 1. Organização da Cromatina Eucromatina Heterocromatina Coordenação do processo de transcrição Imprinting genômico Silenciamento de elementos repetivos Inativação do cromossomo X

11 Cromatina - nucleossomo Aminoácidos disponíveis para modificações químicas Caudas das histonas Dupla Hélice do DNA (a) Caudas das histonas fora do nucleossomo Nucleossomo

12 Cromatina - nucleossomo Aminoácidos disponíveis para modificações químicas Caldas das histonas Dupla Hélice do DNA Nucleossomo Histonas desacetiladas Histonas acetiladas (b) Modificações das caudas das histonas promovem a perda da estrutura da cromatina permitindo a transcrição

13 Modificações de Histonas Acetilação Ac Me Ub Su P Metilação Ubiquitinação Sumoilação Fosforilação Código de Histonas Combinação de modificações determina a ativação ou a repressão da transcrição gênica

14 Modificação do DNA - Metilação Adição de grupo metil ao DNA Causa inativação permanente de genes Diferenciação celular Imprinting genômico -O O O N N N DNA metiltransferase DNMTs S-adenosilmetionina -O O O N N N CH 3 OH H OH H Deoxicitosina 5-metilcitosina

15 Silenciamento gênico - Metilação do DNA Regiões promotoras Ilhas CpG Transcrição ativa Transcrição inativa Metilação das ilhas CpG Metilação das ilhas CpG distante da região promotora

16 Imprinting Genômico Expressão de genes é controlada pela sua origem parental Metilação Marcação - silenciamento gênico 60 genes são regulados por Imprinting genômico

17 Imprinting Genômico Gene metilado CH 3 Egg U Spe Gene não metilado Fertilization CH 3 Desenvolvimento somático Zigoto Zygote Desenvolvimento germinativo CH 3 Alelo silenciado t e Somatic cell Ex Alelo expresso Germ-line Célula germinativa S Gametogênese feminina * gene metilado CH 3 CH 3 Eggs Sperm *gene não metilado

18 Inativação do cromossomo X Compensação de doses Balanço entre cromossomos X e Y XX/XY ou XX/X0 Inativação, hiperativação ou hipoativação Inativação da transcrição Metilação Cromossomo X ativo Cromossomo X inativo

19 Etapas da regulação 1 Modificação Cromatina Núcleo Citoplasma RNAm inativo DNA Transcrito de RNA RNAm RNAm 5 Degradação 2 Controle da transcrição 3 Processamento 4 Transporte e localização 6 Tradução Proteína 7 Atividade proteica Proteína inativa

20 2. Controle da Transcrição Fatores de transcrição específicos Elementos de controle proximal e distal Enhancers Upstream Elementos de controle proximal Fatores de transcrição Sítio de início da transcrição DNA Promotor Exon Enhancer - Elementos de Controle distal Intron Sequência de sinal poli-a Downstream Sítio de finalização da transcrição

21 DNA Enhancer Ativadores Elemento de Controle distal Promotor TATA box Fatores de trascrição Gene Ativadores Dobramento da cromatina Proteína de ligação ao DNA Grupo de proteínas mediadoras RNA polimerase II RNA polimerase II Complexo de Transcrição inicial RNA sintese

22 Etapas da regulação 1 Modificação Cromatina Núcleo Citoplasma RNAm inativo DNA 2 Controle da transcrição Transcrito de RNA RNAm RNAm 3 Processamento 4 Transporte e localização 5 Degradação 6 Tradução Proteína 7 Atividade proteica Proteína inativa

23 Exons 3. Processamento RNA - Splicing alternativo DNA gene Vários polipeptídeos Transcrito primário de RNA splicing de RNA RNAm ou

24 Etapas da regulação 1 Modificação Cromatina Núcleo Citoplasma RNAm inativo DNA 2 Controle da transcrição Transcrito de RNA RNAm RNAm 3 Processamento 4 Transporte e localização 5 Degradação 6 Tradução Proteína 7 Atividade proteica Proteína inativa

25 4. Transporte q Estabilidade do RNAm q Determinante para a síntese proteica q Modificações q Sequências na região 3 UTR - Cauda poli A Extremidade 5 Região codificante Extremidade 3

26 Etapas da regulação 1 Modificação Cromatina Núcleo Citoplasma RNAm inativo DNA 2 Controle da transcrição Transcrito de RNA RNAm RNAm 3 Processamento 4 Transporte e localização 5 Degradação 6 Tradução Proteína 7 Atividade proteica Proteína inativa

27 5. Degradação q RNA de interferência q Micro RNAs q sirnas

28 (a) Transcrito primário do mirna Hairpin mirna Dicer 5 3 (b) Função dos mirnas mirna mirna- RISC sirna mrna degradado Tradução bloqueada mirna

29 Etapas da regulação 1 Modificação Cromatina Núcleo Citoplasma RNAm inativo DNA 2 Controle da transcrição Transcrito de RNA RNAm RNAm 3 Processamento 4 Transporte e localização 5 Degradação 6 Tradução Proteína 7 Atividade proteica Proteína inativa

30 6. Controle da tradução q A iniciação da tradução q RNAm selecionados podem ser bloqueada pela ação de proteínas que se ligam na estrutura do RNAm Região de ligação Codon iniciador q Controle de síntese simultâneo Fator de iniciação q Ativação de diversos fatores de iniciação qdesenvolvimento embrionário Subunidade menor

31 Etapas da regulação 1 Modificação Cromatina Núcleo Citoplasma RNAm inativo DNA 2 Controle da transcrição Transcrito de RNA RNAm RNAm 3 Processamento 4 Transporte e localização 5 Degradação 6 Tradução Proteína 7 Atividade proteica Proteína inativa

32 Processamento e degradação q Diversas etapas de processamento q Quebra ou adição de grupos químicos q Fosforilação, glicosilação, acetilação, etc q Marcação de degradação 7. Atividade proteica Ubiquitina Proteassoma Proteassoma e ubiquitina para ser reciclada Proteína para ser degradada Proteína ubiquitinada Proteína entrando no proteassoma Fragmentos de proteínas (peptídeos)

33 Regulação da expressão gênica

34 Exercícios 1) As tropomiosinas são proteínas mediadoras da interação de actina e troponina, duas proteínas que participam das contrações musculares. Em animais superiores, as tropomiosinas existem como uma família de proteínas intimamente relacionadas, que têm sequências de aminiácidos em comum, e outras diferentes. Explique como essas proteínas poderiam ser criadas a partir do transcrito de um único gene. Para pensar: Como você acha que a capacidade de regulação da expressão gênica contribuiu para o surgimento de seres multicelulares?

35 Referências bibliográficas Snustad DP, Simmons MJ (2012). Fundamentos de Genética. 6 a ed. Guanabara Koogan. United States of America: Wiley 786p. Griffths A, et al. (2009). Introduction of Genetics Analysis. 9 th ed. United States of America: W. H. Freeman and Company 706p. Nussbaum RL, et al. (2008). Thompson e Thompson Genética Médica. Tradução da 7 a ed. Elsevier 406p.