Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos Agradecimentos: Profa. Dra. Aline Maria da Silva Instituto de Química- USP Bibliografia: Genes VII - Benjamin Lewin Biologia Molecular Básica-Arnaldo Zaha

Regulação da Expressão Gênica Procariotos: Resposta direta a variações nas condições nutricionais (genes ativados e reprimidos) Transcrição pode ser acoplada com a tradução (simultânea) Eucariotos multicelulares: Limitação na resposta direta às variações nas condições nutricionais (células estão organizadas em tecidos e orgãos) Transcrição ocorre em compartimento distinto da tradução eliminando a possibilidade de acoplamento

Expressão Gênica em Eucariotos Sinais que regulam a expressão gênica Níveis da resposta Mecanismos da resposta

Exemplos de Sinais que Regulam a Expressão Gênica em Eucariotos Hormônios (ex: hormônios esteróides) Fatores de Crescimento e de Diferenciação Celular Contato célula-célula (adesão celular) Alterações nutricionais (resposta é limitada!) Alterações ambientais (ex: choque térmico)

Níveis de Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos Ativação da estrutura do gene (cromatina ativa) Início da Transcrição Processamento do Transcrito Transporte do mRNA para o citoplasma Estabilidade do mRNA Tradução do mRNA Processamento da Proteína

Níveis de Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos Ativação da estrutura do gene (cromatina ativa) Início da Transcrição Processamento do Transcrito Transporte do mRNA para o citoplasma Estabilidade do mRNA Tradução do mRNA Processamento da Proteína

Modelo para Transcrição na Presença de Nucleossomos

Acetilação ou metilação da lisina ou fosforilação da serina reduz a carga líquida das histonas

Acetilação/desacetilação de Histonas controlam a atividade da cromatina Cromatina Ativa é mais sensível ao tratamento com nucleases (ex: DNAseI)

Sensibilidade da Cromatina ao tratamento com DNAse I

Ovoalbumina Beta-globina embriônica beta-globina adulta Em eritrócitos de galinha o gene da beta-globina adulta é mais sensível a digestão com DNAse I enquanto o gene da beta-globina embriônica é menos sensível. O gene da ovoalbumina é totalmente insensível ao tratamento: está inativo

Desmetilação do DNA aparentemente está associada a ativação da cromatina Estado de metilação do genes varia em diferentes tecidos e está correlacionado com a ativação da expressão

Níveis de Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos Ativação da estrutura do gene (cromatina ativa) Início da Transcrição Processamento do Transcrito Transporte do mRNA para o citoplasma Estabilidade do mRNA Tradução do mRNA Processamento da Proteína

Estrutura típica de um gene transcrito pela RNApol II Enhancer Promotor Gene

Promotores de genes transcritos pela RNApol II Tata Binding Protein Complexo TFIID

Promotores de genes transcritos pela RNApol III e I: A TBP também é componente dos complexos de iniciação de transcrição destes promotores

Estrutura de Promotores da RNAPolII

Estrutura do Promotor do Gene da Metalotioneína humana

Transcrição Ativada Testículos Transcrição Inativada Tecido embriônico Gene histona H2B em ouriço do mar

Fator de Transcrição Ativador O complexo basal de transcrição sofre regulação de Fatores de Transcrição específicos CoAtivador Fator de Transcrição Ativador Complexo Basal

Modos de Regulação da Atividade de um Fator de Transcrição

Modos de Regulação da Atividade de um Fator de Transcrição

Modos de Regulação da Atividade de um Fator de Transcrição

Domínios dos Fatores de Transcrição Domínio de Ativação Domínio conector Domínio de ligação ao DNA

Motivos Estruturais comuns em Fatores de Transcrição Dedo de Zinco Hélice-volta-Hélice Zíper de Leucina

Dedo de Zinco

Especificidade dos receptores esteroídicos conferida por variações na sequência do dedo de zinco

Regulação da expressão de genes por hormônios esteróides

Hélice-volta-Hélice Exemplos: fator cro homeodomínios

Zíper de Leucina Responsável pela formação de dímeros

Splicing Alternativo: Muito frequente na regulação de genes humanos Gene doublesex (Dsx) de Drosophila: “pula” um exon Splicing Alternativo: Muito frequente na regulação de genes humanos Fêmea Macho Troponina T: Utiliza exons alternativos Musculo Liso Outros tecidos

Determinação do sexo em Drosophila: regulação por splicing alternativo Macho Fêmea Dsx Dsx Bloqueio de diferenciação da fêmea Supressão dos genes masculinos Macho Fêmea

RNApol III utiliza promotores acima e abaixo do início da transcrição

RNApol III utiliza promotores acima e abaixo do início da transcrição

Etapas da reação de utilização de promotores interno pela RNA polIII para transcrição do RNA 5S

Transdução de sinais biológicos Agradecimentos: Profa. Dra. Aline Maria da Silva Instituto de Química- USP Bibliografia: Genes VII - Benjamin Lewin Lenhinger Principles of Biochemistry (3a. Ed.)

Sinais biológicos Físicos: Luz Temperatura Osmolaridade Toque mecânico Químicos: Hormônios Neurotransmissores Fatores de crescimento Antígenos Odores

Variedade de Sinais Biológicos Mecanismos de percepção e propagação destes sinais: Conservados, específicos e muito sensíveis

Características dos sistemas de transdução de sinais Especificidade e Seletividade Amplificação do Sinal

Características dos sistemas de transdução de sinais Dessensibilização/Adaptação Integração

Transmissão da informação do exterior para o interior da célula

Principais tipos de sistemas de transdução de sinais

Canais Iônicos: Receptor de acetilcolina Ex: Despolarização e contração muscular

Mensageiros secundários Exemplos: cAMP (AMP cíclico) cGMP (GMP cíclico) Cálcio (Ca2+) IP3 (Inositol trisfosfato) NO (óxido nítrico)

Proteínas reguladas por Cálcio e calmodulina

Ativação de quinase Ativação de proteína G Transmissão do sinal através de receptores enzimáticos ou receptores acoplados a proteínas G

Cascata da MAPK (MAP quinase) ativada por dois tipos distintos de receptores

Fosforilação reversível de proteínas: Principal modo de regulação na transdução de sinal

Proteína quinase (PK) transfere fosfato do ATP para aminoácidos

Receptor com atividade enzimática Dimerização e ativação da tirosina quinase e autofosforilação

Receptor de Insulina tem atividade de tirosina-quinase que é estimulada pela ligação da insulina e dimerização

Ativação de uma cascata de quinases Ligante + Receptor Dimerização e Autofosforilação do Receptor Interação com proteínas com domínio SH2 domínio SH2 reconhece tirosina fosforilada Ativação de uma cascata de quinases

Regulação da expressão gênica pela insulina Genes envolvidos no crescimento e na divisão celular

Cascata de transdução de sinal em resposta ao estímulo por EGF (fator de crescimento epidérmico)

Receptor ligado a proteína G Ativação da adenilato ciclase cAMP

Troca GDP por GTP após estimulação do complexo pelo receptor Dissociação da subunidade alfa ativada para estimular adenilato ciclase Hidrólise do GTP pela atividade intrínsica de GTPase

Receptor beta-adrenérgico

Mensageiros secundários Exemplos: cAMP (AMP cíclico) cGMP (GMP cíclico) Cálcio (Ca2+) IP3 (Inositol trisfosfato) NO (óxido nítrico)

Adenilato ciclase sintetiza AMP cíclico

Proteína quinase dependente de AMP cíclico (PKA) Inativa Ativa

Ativação do fator de transcrição CREB (cAMP response element binding protein)

Regulação da expressão de genes por hormônios esteróides