AU10 Princípios Básicos de Genética Molecular 2: Regulação da Expressão Gênica Juliana da Silveira Schauren Doutoranda PPG-GEN julianaschauren@gmail.com
Resumo Introdução: revisão transcrição e tradução Regulação da expressão gênica em procariontes Regulação da expressão gênica em eucariontes Exercícios.
A base molecular da informação genética
Compactação do material genético (eucariontes) DNA + proteínas (histônicas e não histônicas) =
Heterocromatina x Eucromatina Heterocromatina: Mais condensada Transcricionalmente inativa Eucromatina: Menos condensada Trancricionalmente ativa
DNA RNA PROTEíNA
Gene Definição molecular: sequência completa de nucleotídeos necessária e suficiente para a síntese de um polipeptídeo ou de uma molécula de RNA estável. Composição: Regiões reguladoras (promotor, terminador,...) Região codificadora a montante a jusante
TRANSCRIÇÃO
RNA polimerase 5 3
Fases da transcrição Reconhecimento do promotor Iniciação Alongamento Terminação
TRANSCRIÇÃO EM PROCARIOTOS
Procariotos Transcrição e tradução simultâneas Subunidades da RNA polimerase (E. coli): Núcleo da enzima: α, β e β Reconhecimento do promotor: σ
Iniciação Ligação do fator σ (reconhecimento de promotores de genes bacterianos) Dissociação do fator σ (libera a RNA polimerase para o início da transcrição)
TRANSCRIÇÃO EM EUCARIOTOS
Transcrição Transcrição e tradução ocorrem em compartimentos distintos As histonas de desligam e depois voltam a se associar
RNA-polimerases: RNA-Pol II mrnas e snrnas RNA-Pol III trna e 5S rrna e snrnas Fatores de transcrição: ligam-se ao promotor e a regiões regulatórias formando complexos de iniciação. Fatores gerais: necessários para a expressão de todos os genes transcritos pela RNApol. Fatores específicos: expressão de proteínas célulaespecíficas.
Processamento do pré-mrna em mrna 1. 5 -CAP 2. Adição da cauda poli(a) 3. Splicing (Encadeamento)
TRADUÇÃO
Tradução
Código genético
Estrutura secundária do trna (esquerda) e tradução (abaixo). P A
Fases da tradução 1. Iniciação 2. Alongamento 3. Terminação
REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA
Por quê a expressão gênica deve ser regulada? Adaptação ao ambiente Diferenciação celular em organismos multicelulares
Em quais etapas a regulação da expressão gênica atua? Níveis de controle da expressão gênica: Modificações da cromatina Transcricão Modificações pós-transcricionais Degradação do mrna Tradução Atividade protéica
REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA EM PROCARIOTOS
Regulação da expressão gênica em procariotos Estado basal: ON Regulação depende das condições nutricionais e físicas do meio externo. Maioria das proteínas regulatórias são negativas Fatores sigma alternativos
Padrões de expressão gênica Expressão constitutiva: genes housekeeping (manutenção da função celular básica da célula). Ex.: proteínas ribossômicas. Indução: Aumento da expressão em resposta a um sinal. Ex.:catabolismo da lactose Repressão: Diminuição da expressão em resposta a um sinal. Ex.: biossíntese de aminoácidos.
Regulação da transcrição
Operons Uma característica comum dos genes procarióticos é sua organização em operons. Operon: unidade funcional do genoma, na qual dois ou mais genes que codificam produtos com funções relacionadas ocupam posições adjacentes e estão sob o controle de uma única região reguladora.
Operon lac
Operon lac: controle negativo Ausência da lactose Presença da lactose
Operon lac: controle positivo A glicose é preferencialmente utilizada como fonte de energia pela E. coli. Quando os níveis de glicose diminuem, há um aumento do camp, que se se liga à CAP (proteína ativadora de catabólito) levando a sua ativação e ligação na sequencia alvo do DNA e ativando a transcrição.
REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA EM EUCARIOTOS
Regulação da expressão gênica em eucariotos Estado basal: OFF Regulação temporal e espacial Os eucariotos são menos sensíveis às alterações externas. Os hormônios são importantes reguladores da expressão gênica.
Principais níveis de controle 1. Modificações da cromatina 2. Transcricão 3. Modificações pós-transcricionais 4. Degradação do mrna 5. Tradução 6. Modificações pós-traducionais
Ativação da transcrição 1. Modificações da cromatina (regulação epigenética)
Ativação da transcrição 2. Início da transcrição (RNApol II) Ligação de fatores de transcrição gerais a elementos proximais do promotor. Ligação de fatores específicos a acentuadores, intensificadores, reforçadores ou enhancers em eucariotos superiores ou a UAS (sequências ativadoras a montante) em leveduras.
Sistema GAL em leveduras Sistema modelo para o estudo da ativação transcricional em eucariotos. Na presença de galactose e ausência de glicose, os genes GAL são expressos. A proteína Gal4 regula vários genes do metabolismo da galactose através da ligação à UASs.
Ausência de galactose Promotor inativo Presença de galactose Promotor ativo
Exercícios 1) A partir da fita de DNA abaixo, crie a fita complementar e o mrna, indicando suas orientações: 5 ATT CAG CGC GTA GCT GAT 3 senso 2) Qual das seguintes estruturas é compartilhada por procariotos e eucariotos: a) Íntrons b) Cap 5 c) Fator sigma d) Cauda polia e) Promotores 3) Desenhe um gene eucarioto e um operon procarioto, indicando suas principais estruturas.
Respostas 1) A partir da fita de DNA abaixo, crie a fita complementar e o mrna, indicando suas orientações: 5 ATT CAG CGC ATA GCT GAT 3 senso (codificadora) 3 TAA GTG GCG TAT CGA CTA 5 anti-senso (molde) 5 AUU CAG CGC AUA GCU GAU 3 mrna 2) Qual das seguintes estruturas é compartilhada por procariotos e eucariotos: a) Íntrons (eucariotos) b) Cap 5 (eucariotos) c) Fator sigma (procariotos) d) Cauda polia (eucariotos) e) Promotores (eucariotos e procariotos)
Respostas 3) Desenhe um gene eucarioto e um operon procarioto, indicando suas principais estruturas.
Referências GRIFFITHS, A.J.F. et al. Introdução à Genética. Ed. Guanabara-Koogan, Rio de Janeiro, 2008. ZAHA, A. et al. Biologia Molecular Básica. Ed. Mercado aberto, Porto Alegre, 2003. ALBERTS, B. Biologia Molecular da Célula. Artmed, Porto Alegre, 2004. PHILLIPS, T. & HOOPES, L. Transcription factors and transcriptional control in eukaryotic cells. Nature Education, 2008, 1(1):119.