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CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA DALILA L. ZANETTE Curso de Verão em Bioinformática.

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1 CONTROLE DA EXPRESSÃO GÊNICA DALILA L. ZANETTE Curso de Verão em Bioinformática

2 Proteínas: unidades funcionais e estruturais de todos os organismos - Estrutura dos organismos - Enzimas que catalisam as reações bioquímicas - Hormônios O DNA codifica as diferentes proteínas

3 Nucleotídeo – unidade básica do DNA Nucleotídeo : pentose (desoxirribose) + base nitrogenada + fosfato Purinas Pirimidinas

4 Estrutura do DNA Os nucleotídeos se ligam uns aos outros de forma linear – ligação fosfodiéster

5 Estrutura do RNA Pentose : ribose (diferente do DNA) No lugar da timina, no caso do RNA, uracila RNA mensageiro sintetizado no núcleo a partir do DNA TRANSCRIÇÃO

6 Código genético A cada 3 nucleotídeos no DNA, forma-se um CÓDON Cada códon codifica um aminoácido, que é a unidade básica da estrutura das proteínas A seqüência destes códons no DNA é copiada em RNA mensageiro A seqüência dos aminoácidos, determinada pela sequência de códons é que dá origem às diferentes proteínas

7 Códons

8 Dogma central da biologia molecular Proteínas

9 Dogma central da biologia molecular

10 Informação para síntese protéica

11 Conceito de gene Um segmento de DNA que tem a informação necessária para a síntese de uma proteína Composto por : - regiões codificantes – éxons - regiões não-codificantes - íntrons

12 Estrutura do gene 5` 3` EXONS INTRONS As regiões codificadoras são chamadas de éxons e são alternadas por regiões não-codificadoras, chamadas de íntrons

13 Estrutura do gene Posteriormente, ocorre o splicing para retirada dos introns, ficando somente a parte codificadora do gene, para orientar a tradução da proteína

14 DNA – igual para todas as células do mesmo indivíduo No entanto, temos tipos especializados de células, que são bastante diferentes entre si Além das diferentes células que temos, também existem diferentes situações nas quais nossas células são modificadas em resposta a um estímulo Ex. uso de medicamentos, alterações hormonais e doenças Diferentes tipos celulares

15 EXEMPLOS DE DIFERENTES CÉLULAS Célula epitelial Célula muscular NeurôniosCélulas do tecido conectivo

16 Organismos multicelulares Síntese e acúmulo de diferentes RNAs e proteínas torna uma célula diferente da outra Raras exceções, como os rearranjos que conferem a diversidade do sistema imunológico O que torna uma célula diferente da outra? Apesar da sequência de DNA ser a mesma para todas as células

17 1. Processos comuns a todas as células - proteínas em comum Como as células diferem umas das outras ? 2. Algumas proteínas são encontradas somente em células altamente especializadas 3. RNAs mensageiros - qualidade e quantidade 4. Há outras diferenças além do RNA. Exemplo: fatores pós-traducionais

18 Dogma central da biologia molecular Igual para todas as células Diferentes RNAs podem ser gerados Diferentes proteínas podem ser geradas Transcrição Tradução

19 - Antes da transcrição -Após a transcrição (pós-transcricionais) -Mecanismos pós-traducionais – vários entre eles, mecanismos epigenéticos Níveis de regulação da expressão gênica

20 DNA RNAProteína Níveis de regulação da expressão gênica

21 Antes da transcrição Entre o DNA e o RNA

22 Fatores Trans-Atuantes Genes que codificam estes fatores de regulação estão em outra região da molécula de DNA, tendo que migrar ao local de ação Fatores Cis-Atuantes Seqüências reguladoras, região de ligação dos fatores trans- atuantes, estão na mesma molécula que o gene, ou transcrito de RNA, que está sendo regulado Fatores cis e trans

23 Fatores cis Estão na fita de DNA. São as regiões reguladoras, como as regiões promotoras dos genes, que são regiões que podem ligar ou desligara expressão do gene Fatores trans Ligam-se ao DNA, mas provém de outra região do DNA, que os codifica para agirem sobre os fatores em cis

24 Ativadores Repressores Reforçadores Elementos isolantes Regiões reguladoras e regiões promotoras Fatores cis e trans

25 Início da transcrição: ATIVADORES – FATORES CIS Ativadores – dois sítios Forma mais simples Ativadores: Atraem, posicionam e modificam os fatores de transcrição e a RNA pol II

26 Enhacers ou reforçadores aumentam a transcrição do gene Podem agir à distância Acima ou abaixo O DNA faz uma alça Ativadores que agem à distância

27 Como os fatores de transcrição acessam o DNA-alvo ? DNA – empacotado para ocupar menos espaço na célula Organização de DNA, RNA e proteínas HISTONAS em um complexo chamado CROMATINA Histonas – proteínas que compõe a cromatina Heterocromatina DNA condensado Eucromatina – DNA estendido

28 Estrutura do DNA : nucleossomos e cromatina Nucleossomos: aproximadamente 147 nucleotídeos enrolados sobre um octâmero de histonas com 2 cópias de cada tipo de histona Unidade básica da heterocromatina NUCLEOSSOMOS

29 Estrutura do DNA : cromossomos e cromatina DNA dupla hélice Nucleossomos Contas de colar Os nucleossomos se enrolam Cromossomo na sua forma estendida Cromossomo na sua forma condensada Cromossomo mitótico inteiro Resultado : o cromossomo empacotado é vezes menor do que sua forma estendida

30 Ativadores podem modificar a cromatina Organização em nucleossomos – Acesso dos fatores de transcrição através de modificações na cromatina Para ativação das regiões promotoras, Ocorre recrutamento de histona-acetiliases e complexos de remodelagem da cromatina Cromatina acetilada – ativa, desenrolada Fácil acesso dos fatores de transcrição e da RNA polimerase II às regioes reguladoras do gene

31 Ativadores e cromatina Ativador se liga ao DNA Complexo de remodelagem da cromatina Remodelagem da cromatina Enzimas modificadoras das histonas: histona-acetilases Modificação covalente das histonas Outros ativadores Outros ativadores ligados às regiões reguladoras Fatores de transcrição e RNA pol II conseguem acessar o DNA Montagem do complexo de iniciação no promotor Outros ativadores e rearranjo das proteínas do complexo INÍCIO DA TRANSCRIÇÃO

32 Repressores Repressão de grandes regiões - heterocromatina Repressão local : várias maneiras, podendo haver: 1.Ativador e repressor competem pela mesma região reguladora do DNA 2.O repressor se liga à região de ativação, mascarando-a e impedindo a ligação do ativador 3.O repressor interage com o complexo de transcrição antes que ele esteja pronto, impedindo seu funcionamento 4. Recrutamento de complexos de remodelagem de cromatina, que podem compactar o DNA 5. Os repressores recrutam histona-desacetilases, que vão inativar a cromatina, compactando-a

33 Complexos de proteínas reguladoras Geralmente ocorre formação de complexos distintos que se formam de forma específica frente à região de DNA apropriada As proteínas reguladoras não têm função fixa, elas poderão agir como ativadoras ou repressoras dependendo da região que estão regulando As unidades reguladoras que geram os complexos, vão se unir, formando uma determinada combinação que por sua vez, irá determinar se aquele complexo irá ativar ou reprimir a transcrição Co-ativadores Co-repressores

34 Região de controle gênica Região de controle gênica – todo o DNA envolvido na regulação de um gene Quantidade de proteínas reguladoras de genes Proteínas reguladoras Sequencias reguladoras DNA espaçador promotor Fatores de transcrição RNA POL II Proteínas reguladoras

35 Controle pós-transcricional

36 Processamento normal do RNA SPLICING: retirada dos introns, ficam somente os exons

37 Capeamento -Logo após a transcrição -Ligação efetiva de 7-metilguanosina ao primeiro nucleotídeo 5 do transcrito de RNA. Protege o transcrito do ataque da exonuclease 53 Facilita o transporte do RNAm para citoplasma Papel no encaixe da subunidade 40S dos ribossomos no mRNA -Após o término da transcrição – clivagem terminal do RNA -Adição de cerca de 200 resíduos de adenilato. Facilitar transporte para o citoplasma. Estabilizar o RNAm. Facilita a tradução Poli-adenilação Processamento normal do RNA

38 Cauda poli-A AAAAAAAA 3 5 m 7 G 5 CAP RNAm Processamento normal do RNA

39 Controle pós-transcricional : splicing alternativo Combinações diferentes de éxons – um gene, várias proteínas

40 Tipos de splicing alternativo

41 Sequências de DNA transcritas como uma unidade que codificam um grupo de proteínas semelhantes (isoformas) Mecanismos de controle da expressão gênica podem gerar diferentes transcritos, variantes do mesmo gene, como o mecanismo de splicing alternativo Genes são sequências de DNA transcritas como uma unidade que geram uma determinada proteína O que são os genes ?

42 Regulação do transporte de RNA O RNAm pode ir para locais específicos no citoplasma, próximo de onde a proteína atua Região 3`- UTR é que quem regula esse direcionamento Somente RNAm com estrutura de 5`cap e cauda poli–A vão para o citoplasma Grande parte dos RNAs mensageiros nem saem do núcleo

43 Estabilidade dos RNAs mensageiros RNA mensageiro instável – codificam proteínas cujas taxas de produção mudam rápido dentro da célula Fatores externos também influenciam Degradação do RNAm – sequência do RNA Encurtamento da cauda poli-A Clivagem da cauda poli-A por endonucleases

44 Mecanismos para a criação de células especializadas As diferenças dramáticas que existem entre os diferentes tipos celulares é produzida por diferenças na expressão gênica

45 Estudo da expressão gênica Para ajudar a entender os mecanismos que tornam uma célula diferente da outra, seja em organismos diferentes, tecidos diferentes ou situações diferentes O fato de que as células possuem diversos níveis de regulação da expressão gênica indica sua importancia para definir os processos e funções de cada tipo celular ou a resposta de cada célula a uma determinada situação

46 Estudos globais da expressão gênica: Sequências pequenas de cada gene, que o identificam Microarrays SAGE

47 Bibliotecas de ESTs: dados mais detalhados Sequências grandes de DNA complentar, gerado a partir do RNA das células Somente as sequências transcritas – EXPRESSED SEQUENCE TAGS O maior número possível de sequências é gerado e sequenciado – BIBLIOTECA Com objetivo de acumular toda a informação possível do TRANSCRIPTOMA das células, ou seja, tornar conhecidas todas as sequências de DNA que são transcritas em RNAm naquela célula


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