Controle da Expressão Gênica em Eucariotos

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1 Controle da Expressão Gênica em Eucariotos
Esquema ilustrativo do efeito da expressão gênica diferencial durante o desenvolvimento em animais superiores. Uma célula, zigoto, dá origem a uma vasta gama de fenótipos celulares diferentes no organismo adulto. Etapas nas quais a expressão gênica pode ser regulada Cascatas de regulação da expressão gênica Os processos de diferenciação celular envolvem a participação de genes reguladores chave que controlam a expressão de genes específicos para a formação de cada órgaão ou tecido. Dentre os genes ativados, existem alguns que tb possuem afç de ativar outros genes. Genes constitutivos – expressos na maioria das células. São responsáveis pela pela manutenção de fçs essencias. Genes regulados – expresso em fases do desenvolv, em resposta a estímulos ambientais, etc. genes induzíveis genes tecido-específicos Controle da Expressão Gênica 9

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Regulação da Transcrição Regulação da Transcrição por remodelamento da cromatina Regulação da transcrição Remodelamento da cromatina Regiões condensadas do genoma são, normalmente, transcricionalmente inativas. O nível de condensação das diferentes regiões dos cromossomos pode ser controlado. Tais modificações correspondem a adição ou remoção de radicais a molécula de DNA ou as ptns histonas a ele associadas. Metilação Adição de radicais metil a determinadas citosinas. A regulação da metilação é controlada pela ação coordenada de metilases e as desmetilases. O processo de metilação ocorre imediatamente após a síntese do DNA e atinge considerável parcela das citosinas do genoma. Metilação do DNA Regiões hipermetiladas do DNA não são passíveis de transcrição. O processo é regulado pela ação coordenada de metilases (DNA metiltransferases) e de desmetilases. Controle da Expressão Gênica 10

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Metilação, Acetilação e fosforilação das histonas. Esquema ilustrando a presença de caudas amino-terminais das proteínas histonas que se projetam para fora dos nucleossomos. Esquema ilustrando a associação entre nucleossomos adjacentes, promovida pela interação entre as caudas das proteínas histonas. Metilação, Acetilação e fosforilação da histonas. As histonas centrais do nucleossomo possuem longas caudas amino-terminais que se estendem para fora da estrutura. Tia caudas são o principal alvo para a gama de modificaçãoes química citadas. Essas modificações nas histonas alteram o ecesso de ptns reguladoras e complexos protéicos a cromatina, influenciando a expressão gênica Esquema das principais modificações verificadas nas caudas amino-terminais das proteínas histonas de nucleossomos: acetilação, fosforilação e metilação. Histonas acetiladas tem sido relacionadas à cromatina transcricionalmente ativa e histonas desacetiladas à cromatina inativa Controle da Expressão Gênica 11

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Regulação da Transcrição por proteínas reguladoras Dobramento da molécula de DNA decorrente da interação entre proteínas reguladoras, ligadas aos intensificadores, como elementos componentes do complexo de iniciação, acoplados à região “Caixa TATA”. Regulação da Trancrição por proteínas reguladoras Além das sequencias CAAT e TATA conservadas nos promotores, existem regiões com sequencias específicas que influenciam o nível de transcrição do gene (intensificadores). Os intensificadores são sítios de ligação de ptns reguladoras. As ptnns reguladoras são capazes de se ligar aos intesificadores e interagir com o complexo da RNApol, viabilizando o acoplamento dos fatores de transcrição às sequencias conservadas.. Um aregião promotora pode conter vários intensificadores. As ptn reguladoras podem ser ativadoras ou repressoras. Esquema ilustrativo dos mecanismos de atuação de proteínas repressoras da transcrição. A) repressão ativa da transcrição. Nesse caso, a ptn possui um domínio de repressão que interage com o complexo de transcrição prejudicando o início da trsnscrição. B) repressão passiva. Nesse caso, a ligação da ptn repressora ao seu sítio no DNA dificulta, ou bloqueia, o acesso da proteína ativadora. Controle da Expressão Gênica 12

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Domínio de ligação ao DNA Dedo de Zinco Zíper de Leucina Domínios de ligação ao DNA O estudo e a comparação das sequencias reguladoras de diversas espécies tem revelado classes de proteínas reguladoras que apresentam estruturas similares em seu domínio de ligação ao DNA. Dedo de zinco A região C terminal de cada dedo de zinco forma uma  - hélice que se liga ao DNA. Zíper de leucina Os aminoácidos leucina podem formar dímeros com outras ptns de características similares. Pts zíper de leucina só reconhecem o seu sítio de ligação quando estão na forma de dímeros. A interação com o DNA ocorre através do domínio carregado positivamente da ptn Hélice volta hélice Possuem duas  - hélice separadas por uma curta sequencia de aa. Detre as duas hélices, a mais próxima do c-terminal que realiza a ligação ao DNA Hélice-volta-hélice Controle da Expressão Gênica 13

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Regulação pós-transcricional Regulação do processo de “emenda alternativa dos éxons” Regulação do processo de edição do RNA                                                                                        REGULAÇÃO PÓS TRANSCRICIONAL Regulação da emenda alternativa dos éxons Alguns mecanismo de emenda alternativa parecem ser constitutivos e outros regulados em resposta a estímulos ou desenvolv. Regulação do processo de edição do RNA Regulação da estabilidade do mRNA Sugere-se a existencia de ptn capazes de se ligar ao cap5’ e a cauda poliA, inibindo ou promovendo a ação de enzimas de degradação. Regulação da estabilidade do RNAm Controle da Expressão Gênica 14

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Pequenos RNAs São pequenas moléculas de RNA (entre 19 e 28 nucleotídeos) presentes no citoplasma que regulam a expressão gênica induzindo a destruição de RNAs mensageiros ou impedindo a sua tradução; O mecanismo de regulação da expressão gênica através dos pequenos RNAs é chamado de interferência por RNA (RNA interference ou RNAi) Pequenos RNAs podem ser divididos em 2 grupos de acordo com sua origem: microRNAs (miRNAs) Originado de dsRNA imperfeito (hairpin com mismatches) de origem endógena (gene) siRNA (pequenos RNAs interferentes) Originado de dsRNA perfeito, de origem exógena (viral) ou endogena (retrotransposons, por exemplo) Controle da Expressão Gênica 15

8 microRNAs (miRNAs) é produzido a partir de um gene como qualquer outro no genoma (origem endógena); RNA transcrito a partir dele tem uma estrutura secundária que forma um grampo imperfeito (estrutura com “mismatches”); microRNA degrada em “trans”. Ou seja, degrada uma molécula não relacionada com a que deu origem a ele. Drosha pré - miRNA pri gene pré-miRNA é trasnportado para o citoplasma No núcleo, Drosha cliva pri-miRNA em pré-miRNA Sítio de clivagem para Dicer pré-miRNA miRNA No citoplasma, Dicer cliva pré-miRNA gerando miRNA de 21 nucleotídeos Uma das fitas do miRNA (lembre que ele é dsRNA) entra em um complexo enzimático chamado RISC (RNA - Induced Silencing Complex). Este complexo fica passeando pelo citoplasma e sempre que encontra uma sequência de mRNA similar ao miRNA, cliva este mRNA; Este complexo também pode inibir a tradução

9 siRNA (pequenos RNAs interferentes)
é produzido a partir de dsRNA exógenos (vírus) ou endógenos (retrotransposons); RNA transcrito tem uma estrutura secundária que forma um grampo perfeito; siRNA degrada em “cis”. Ou seja, degrada a mesma molécula que deu origem a ele.

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Regulação do processo de tradução A presença de regiões codificadores de pequenos peptídeos, antes da região que codifica para o polipeptídeo principal, afetam a sua tradução. Regulação dos processos de modificação pós-traducional Clivagem proteolítica Ligação de grupos modificadores (radicais fosfatos, açúcares, etc.) Controle da estabilidade da proteína Regulação dos mecanismos de endereçamento das proteínas Complexo de Golgi Retículo endoplasmático Membrana citoplasmático Superfície celular (secretada) Lisossomos Núcleo Peroxissomo Cloroplasto Mitocôndria Proteína citosólica madura VIA SECRETORA 1) Ribossomos aderidos ao RE 2) Ribossomos livres Regulação do processo de tradução Regulação dos processos de modificação pós-traducional Controla da estabilidade da proteína Regulação dos mecanismos de endereçamento de ptns Controle da Expressão Gênica 16