Bases Moleculares da Regulação Gênica Centro de Ciências Exatas e Natureza Departamento de Biologia Molecular Disciplina: Genética Molecular Bases Moleculares da Regulação Gênica Aula: Generalidades Eleonidas Moura Lima

Sumário Organização do genoma procariótico Elementos de ação cis Elementos de ação trans Controle genético positivo Controle genético negativo Generalidades 2

Organização do genoma procariótico Sumário Organização do genoma procariótico 3

Sumário Ausência de introns Existência de Operon Organização do genoma procariótico 4

São sequências de DNA envolvidas na regulação da expressão gênicas. Elementos de ação cis O que são elementos de ação cis? São sequências de DNA envolvidas na regulação da expressão gênicas. Promotor Elemento de Resposta ou Elementos Proximais ao Promotor Acentuadores Silenciadores ou Insuladores 5

Elementos de ação trans O que são elementos de ação trans? São produto gênicos que possuem domínios de reconhecimento de sequência de ação cis (DNA) e domínio de interação proteína-proteína e estão envolvidos nos diferentes tipos de controle da expressão gênica. Ativadores Repressores Co-ativadores 6

Elementos de ação trans Hélice-alça-hélice Zinc finger 7

Elementos de ação trans Zíper de leucina Hélice-volta-hélice 8

Controle genético positivo O controle positivo representação ativação da expressão gênicas através de interação combinatória entre ativadores, co-ativadores e elementos de ação cis (elementos proximais ao promotor e acentuadores). 9

Controle genético negativo O controle negativo é inativação da expressão gênicas através de interação combinatória entre repressores, ativadores, co-ativadores e elementos de ação cis (silenciadores) 10

Controle genético positivo e negativo 11

Bases Moleculares da Regulação Gênica Centro de Ciências Exatas e Natureza Departamento de Biologia Molecular Disciplina: Genética Bases Moleculares da Regulação Gênica Aula: Regulação da expressão gênica em Procarioto Eleonidas Moura Lima

Sumário Níveis de regulação da expressão gênica em procariotos Tipos de controle da expressão O modelo Operon O operon lac O operon triptofano (trip) Atenuação da transcrição 13

Níveis de regulação da expressão gênica em procariotos Expressão gênica em eucariotos pode ser regulada em vários níveis: DNA Transcrição Nível transcricional RNA Tradução Nível pós-transcricional proteína Função biológica

Estrutura da região promotora em E. coli Vários promotores em E. coli Sequências consenso -35 : TTGACA (reconhecida pela subunidade ) -10 : TATAAT – rica em AT, ,mais fácil de abrir 1a base (+1) : geralmente uma purina (A, G) Estão separadas entre si por cerca de 15-20 nucleotídios Posição dá orientação ao promotor  direciona RNA pol

Regulação da expressão gênica ao nível transcricional Os vários mecanismos regulatórios caem em duas categorias : Liga/desliga a expressão gênica em resposta a alterações ambientais – mais importantes em procariotos Circuitos pré-programados ou cascatas de expressão gênica : evento transcrição Genes A, B, C transcrição Genes D, E, F transcrição Assim por diante...

Tipos de expressão : a expressão dos genes pode ser 1) Constitutiva : o produto dos genes constitutivos (housekeeping) é sempre necessário Ex.: RNAt, RNAr, subunidades da RNA polimerase 2) Regulada : o produto do gene é necessário sob certas condições ambientais. Pode ser : Indutiva : uma molécula induz a expressão do gene (indutora) Reprimível : uma molécula reprime a expressão do gene (co-repressora)

Expressão Indutiva lactose Expressão Reprimível Atividade das enzimas envolvidas na utilização da lactose triptofano Atividade das enzimas envolvidas na biossíntese do triptofano

Proteína reguladora desliga a expressão do gene Tipos de controle da expressão : o controle pode ser negativo ou positivo O controle da expressão é feito por uma proteína reguladora, que é produto de um gene regulador Controle negativo Controle positivo REPRESSORA ATIVADORA Proteína reguladora desliga a expressão do gene Proteína reguladora liga a expressão do gene

Onde a proteína reguladora se liga ? RBS (regulator binding site) : sítio de ligação da proteína reguladora promotor RBS Gene (s) c/ expressão regulada Age em cis

Região Promotora

Resumindo : participam do controle da expressão Indutor : molécula que induz a expressão de genes Co-repressora : molécula que reprime a expressão de genes Ativadores : produto de gene regulador que liga a expressão de um gene Repressores : produto de um gene regulador que desliga a expressão de um gene RBS : sítio adjacente ao promotor, ao qual o ativador ou o repressor se liga ambiente

Controle negativo e indutivo Quando o produto do gene regulador se liga, impede a transcrição Uma molécula indutora induz a expressão do gene Gene regulador promotor RBS Gene (s) c/ exp. regulada repressor transcrição Repressor ligado ao RBS bloqueia a transcrição indutor promotor RBS Gene (s) c/ exp. regulada transcrição Gene regulador repressor Repressor não se liga ao RBS – ocorre a transcrição

Controle negativo e reprimível Quando o produto do gene regulador se liga, impede a transcrição Uma molécula co-repressora ajuda a reprimir a expressão do gene Gene regulador promotor RBS Gene (s) c/ exp. regulada transcrição Repressor não se liga ao RBS – ocorre a transcrição Repressor ligado ao RBS bloqueia a transcrição Co-repressor promotor RBS Gene (s) c/ exp. regulada transcrição Gene regulador

Controle positivo e indutivo Quando o produto do gene regulador se liga, ativa a transcrição Uma molécula indutora induz a expressão do gene Gene regulador promotor RBS Gene (s) c/ exp. regulada transcrição Ativador não se liga ao RBS – não ocorre a transcrição ativador Ativador ligado ao RBS induz a transcrição Indutor promotor RBS Gene (s) c/ exp. regulada transcrição Gene regulador

Controle positivo e reprimível Quando o produto do gene regulador se liga, ativa a transcrição Uma molécula co-repressora induz a expressão do gene Gene regulador promotor RBS Gene (s) c/ exp. regulada transcrição Ativador ligado ao RBS induz a transcrição ativador Ativador não se liga ao RBS – não ocorre a transcrição Co-repressor promotor RBS Gene (s) c/ exp. regulada transcrição Gene regulador ativador 26

Operon : promotor + operador + genes estruturais O modelo Operon Jacob e Monod (1961) Propuseram o modelo do operon para explicar a regulação dos genes responsáveis pelo metabolismo da lactose Gene repressor RNA pol Molécula repressora promotor operador Gene(s) estruturais (RBS) Operon : promotor + operador + genes estruturais

O operon lactose (lac) Principal fonte de energia da bactéria : glicose Na ausência de glicose, a bactéria pode usar a lactose As enzimas responsáveis pelo metabolismo da lactose só são produzidas em grande quantidade neste caso (uma qtde basal sempre é feita)

-galactosídio permease O operon lac operon Gene regulador Lac Z P Gene I O Lac Y Lac A Produtos gênicos Repressor -galactosidase -galactosídio permease Quebra lactose em galactose + glicose -galactosídio transacetilase Bombeia lactose para dentro da célula ?

Complexo indutor/repressor Operon Lac : controle negativo e indutivo Repressor liga-se ao operador (O) e impede a transcrição de Z, Y e A Proteína repressora O repressor não consegue se ligar ao O – ocorre a transcrição de Z, Y e A Indutor (lactose) Complexo indutor/repressor

O operon triptofano (trip) Controla a expressão dos genes que participam da síntese do aminoácido triptofano promotor P O trp L trp E trp D trp C trp B trp A a     Sequência líder Indol glicerolfosfato sintetase Antranilato sintetase Triptofano sintetase Ácido corísmico Ácido antranílico PRA CDRP InGP triptofano

Operon triptofano (trip) : controle negativo e reprimível Presença de triptofano : inibição da transcrição de genes que sintetizam triptofano Genes não são transcritos Presença do triptofano inibe o operon em até 70 vezes Se o repressor estiver mutado (não funcional), ainda assim o triptofano inibe o operon em cerca de 10 vezes – outro mecanismo reduz a expressão do operon

Atenuação da transcrição RNAm trip (baixos níveis de triptofano) RNAm atenuado (níveis altos de triptofano) Todos os genes do operon são transcritos 33

Estrutura do RNAm da sequência líder É importante lembrar que em procariotos a transcrição e a tradução são simultâneas

Grampos que podem ser formados na região líder : Formam-se 2 grampos... ...ou somente 1 Região 2 com a 3 Região 3 com a 4 Região 1 com a 2 Atenuador da transcrição (independente de rho)

Sequência de Shine-Dalgarno : Seqüência no terminal 5’ do RNAm (a ~ 10 nts do ponto de início da tradução) É reconhecida pela subunidade menor (RNAr 16S) como sendo o sítio de iniciação da molécula de RNAm

Sequência Shine-Dalgarno

Pós-transtricional RNA anti-senso

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