Regulação gênica

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Com algumas exceções, pode-se dizer que todas as células de um organismo contêm os mesmos
genes. No entanto, em um determinado tecido ou órgão, apenas um grupo desses genes é
expresso. Na espécie humana, por exemplo, muitos processos celulares e os genes que os
determinam são comuns a todas as células do nosso corpo, como os genes das proteínas
ribossômicas, cromossômicas (histonas) e do citoesqueleto, constituindo os chamados genes de
manutenção (ou housekeeping). Entretanto, embora teoricamente todas as células tenham os
mesmos genes, algumas se diferenciam em células do sangue, outras em células musculares,
outras em neurônios, etc, devido a um controle coordenado e diferencial da expressão de genes
estruturais, o qual pode ocorrer em diferentes estágios e em diferentes células. Esse controle,
em geral, é exercido por um gene denominado gene regulador, que produz uma proteína
diferente das que são codificadas pelos genes estruturais e cuja única função é controlar a
expressão desses últimos genes por meio de sua ligação a sítios particulares do DNA, agindo
sobretudo na transcrição.
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Um elemento essencial na regulação gênica em procariotos é a rapidez com que os genes se
ligam ou desligam, em resposta a mudanças ambientais repentinas (fatores como temperatura,
pH e outros organismos no ambiente podem mudar com rapidez). O microorganismo deve estar
pronto a se adaptar imediatamente a tais alterações. Esse tipo de regulação de curto prazo é
exemplificado pelo sistema operon lac, em bactérias.
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Plasmídeos: elementos genéticos, geralmente circulares, que se replicam autonomamente.
Normalmente são considerados dispensáveis, não codificando funções essenciais para a
fisiologia normal da célula. As células, portanto, podem crescer sem os plasmídeos, a não ser que
alguma vantagem seletiva seja oferecida por eles, senão tendem a ser perdidos durante a divisão
celular ou se integram no cromossomo. Os plasmídeos encontrados em isolados naturais
geralmente estão em baixo número de cópias, mas este número tende a aumentar com a
diminuição dos seus tamanhos. Os plasmídeos mais bem caracterizados contêm informações
genéticas para algumas funções específicas. Por exemplo, os plasmídeos F codificam proteínas
envolvidas na conjugação; os plasmídeos R conferem resistência a antibióticos; outros
plasmídeos podem codificar enzimas responsáveis pelo metabolismo de certos compostos.
Replicons: alguns pequenos DNAs circulares adicionais (pequenos cromossomos) com genes
adicionais que são essenciais para a vida das arqueobactérias (Archaea).
As cianobactérias possuem clorofila e ficobilinas. Os ficobilissomas ou cianossomas são
corpúsculos das cianobactérias, onde se localizam pigmentos fotossintéticos do grupo das
ficobilinas (ficocianina e ficoeritrina).
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Os referidos pesquisadores cunharam o termo operon para a unidade de ação gênica
que consiste em um gene operador e os genes estruturais que lhe são adjacentes e cuja
ação o gene operador controla. Este último, por sua vez, é controlado por um gene
regulador, que não está necessariamente próximo. O gene regulador sintetiza um
repressor ou proteína repressora que inibe o gene operador. Assim, quando o gene
regulador está funcionando, as proteínas não são sintetizadas pelos respectivos genes
estruturais, que somente funcionam quando o regulador é "desligado" pela inativação
do repressor por um metabólito específico denominado indutor.
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Quando o operon lac é induzido, são sintetizadas três enzimas: permease, -galactosidase e
transacetilase, que metabolizam a lactose, facilitam sua entrada na bactéria e degradam os
produtos tóxicos da digestão da lactose. Os genes estruturais para as três enzimas estão
reciprocamente próximos, no cromossomo da E. coli, na seguinte ordem: lac Z ( -galactosidase),
lac Y (permease) e lac A (transacetilase). Junto a esse grupo de genes estruturais, encontram-se
o gene operador (O), o promotor (P) e, a alguma distância, o gene repressor (I). Esse gene
transcreve um mRNA que é traduzido em uma proteína repressora.
No estado repressor ou não induzido, essa proteína liga-se a um sítio específico do gene O,
impedindo também a conexão da RNA-polimerase ao promotor e, consequentemente, a
transcrição dos genes estruturais do operon lac.
No estado indutor, a lactose, funcionando como indutor, liga-se à proteína repressora,
impedindo-a de unir-se ao gene O. Na ausência dessa ligação, a RNA-polimerase junta-se ao
promotor (P) e ocorre a transcrição dos genes estruturais lac Z, lac Y e lac A, com a subsequente
tradução do mRNA nas três enzimas.
A regulação, seja indutiva ou repressiva, pode estar sob controle negativo ou positivo. No
controle negativo a expressão gênica sempre ocorre, a menos que seja impedida por alguma
molécula reguladora. No controle positivo, ao contrário, a transcrição somente ocorre se uma
molécula reguladora estimular diretamente a produção de RNA.
Atualmente, entre outros aspectos, sabe-se que o repressor codificado pelo gene I é um
monômero composto de 360 aminoácidos, em cuja região central se encontra o sitio de ligação
ao indutor; mas o repressor funcional é, realmente, um homotetrâmero, isto é, contém quatro
cópias do monômero referido. A ligação desse repressor em dois sítios do operador distorce a
conformação do DNA, fazendo com que este se dobre e afaste do repressor, além de impedir o
acesso da polimerase durante o estado de repressão.
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No estado indutor, a lactose, funcionando como indutor, liga-se à proteína repressora,
impedindo-a de unir-se ao gene O. Na ausência dessa ligação, a RNA-polimerase junta-se
ao promotor (P) e ocorre a transcrição dos genes estruturais lac Z, lac Y e lac A, com a
subsequente tradução do mRNA nas três enzimas.
A regulação, seja indutiva ou repressiva, pode estar sob controle negativo ou positivo.
No controle negativo a expressão gênica sempre ocorre, a menos que seja impedida por
alguma molécula reguladora. No controle positivo, ao contrário, a transcrição somente
ocorre se uma molécula reguladora estimular diretamente a produção de RNA.
Atualmente, entre outros aspectos, sabe-se que o repressor codificado pelo gene I é
um monômero composto de 360 aminoácidos, em cuja região central se encontra o sitio
de ligação ao indutor; mas o repressor funcional é, realmente, um homotetrâmero, isto
é, contém quatro cópias do monômero referido. A ligação desse repressor em dois sítios
do operador distorce a conformação do DNA, fazendo com que este se dobre e afaste do
repressor, além de impedir o acesso da polimerase durante o estado de repressão.
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Nos eucariotos, ainda não foi detectado um mecanismo de regulação semelhante ao
sistema operon lac. Nesses organismos, a regulação gênica apresenta um problema de
coordenação muito maior do que em procariotos devido, provavelmente, à maior
complexidade de suas atividades e funções, e às situações ambientais mais complicadas
que eles enfrentam, sendo necessário sistemas de controle da expressão gênica também
muito mais complexos.
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Nos eucariotos, os genes que controlam as enzimas de vias metabólicas não estão
ligados ou agrupados nos cromossomos; a transcrição ocorre no núcleo e a tradução, no
citoplasma (nos procariotos, ambas ocorrem em grande proximidade física). O RNAm
dos eucariotos também varia muito em sua estabilidade, sendo alguns bastante estáveis,
o que permite pontos múltiplos de controle.
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* As histonas se ligam ao DNA graças à interação de seus radicais amino com os radicais fosfato
do DNA. Nem todos os radicais fosfato estão neutralizados pelas histonas, o que confere à
cromatina um caráter ácido (afinidade por corantes básicos).
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Cada cromossomo contém um único duplex de DNA, compactado em uma fibra que se estende
continuamente ao longo de todo o cromossomo. Assim, no que diz respeito à cromatina
interfásica e ao cromossomo mitótico, podemos explicar a compactação de uma molécula de
DNA única e extremamente longa, em uma forma na qual pode ser transcrita e replicada e
também ser ciclicamente mais ou menos comprimida.
A disposição da cromatina dentro do núcleo e o seu grau de condensação variam de um tipo
celular para outro (são característicos de cada tipo celular). Além disso, a mesma célula pode
apresentar a cromatina com vários graus de condensação, de acordo com o estágio funcional e
com o estado de diferenciação em que se encontra.
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Os genes localizados na eucromatina podem se expressar ou não, dependendo do tipo celular e
de suas necessidades metabólicas. Existem pelo menos duas formas de eucromatina: cerca de
10% na forma de cromatina ativa, que é menos condensada, e o restante na forma de cromatina
inativa, que é mais condensada. A heterocromatina constitutiva está sempre condensada.
Consiste, na maior parte, de DNA repetitivo e é encontrada nos centrômeros e ao redor deles e
em algumas outras regiões. Ela passa pelo ciclo celular com poucas mudanças no seu grau de
condensação. Forma uma série de massas discretas, mas, freqüentemente, as diversas regiões
de cromatina agregam-se em um cromocentro densamente corado.
A heterocromatina facultativa pode existir tanto na forma geneticamente ativa (descondensada)
quanto na forma inativa (condensada), como no caso da inativação do cromossomo X em
mamíferos.
A mesma fibra cromatínica pode apresentar regiões eucromáticas contínuas com regiões
heterocromáticas. Assim, o material genético é organizado de modo que diferentes estados de
compactação sejam mantidos lado a lado, possibilitando a ocorrência de alterações cíclicas no
nível de compactação da cromatina entre a intérfase e a divisão, e entre as diferentes fases da
vida da célula.
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Os cromossomos normais têm um só centrômero, o qual é visto ao miscroscópio como uma constrição primária, a
região em que as cromátides-irmãs estão unidas. O centrômero é essencial para a segregação durante a divisão
celular.
Funções:
-ponto de ligação das fibras de microtúbulos durante a divisão celular;
-ponto de reunião de cromátides-irmãs;
-motor mecano-químico responsável pelo movimento dos cromossomos para os pólos da célula e conclusão da
divisão celular.
Durante a prófase tardia, um par de cinetócoros forma-se em cada centrômero, cada um ligado a uma das cromátidesirmãs. Múltiplos microtúbulos ligam-se a cada cinetócoro, ligando o centrômero de um cromossomo aos dois pólos do
fuso. Os cinetócoros desempenham um papel fundamental nesse processo, controlando a reunião e a separação dos
microtúbulos acoplados e, por meio da presença de moléculas motoras, dirigindo o movimento cromossômico.
Os telômeros são estruturas especializadas, constituídas por DNA repetitivo (repetições em tandem ou agrupadas) e
proteína, que cobrem as extremidades dos cromossomos eucarióticos.
Funções prováveis:
-manter a integridade estrutural do cromossomo: se um telômero for perdido, a extremidade cromossômica
resultante fica instável, tendendo a fundir-se com as extremidades de outros cromossomos quebrados ou envolver-se
em eventos de recombinação ou ser degradada.
-garantir a replicação completa das extremidades codificadoras dos cromossomos: durante a replicação do DNA, a
síntese da fita atrasada é descontínua e requer a presença de algum DNA à frente para um primer de RNA.
-auxiliar o estabelecimento da arquitetura tridimencional do núcleo e/ou do pareamento cromossômico: as
extremidades dos cromossomos parecem estar ligadas à membrana nuclear, sugerindo que os telômeros auxiliam no
posicionamento dos cromossomos.
-auxiliar no reconhecimento entre cromossomos homólogos para pareamento na meiose.
Origens de replicação: necessárias para que ocorra a replicação do DNA na fase S da intérfase. São seqüências de DNA
cis-ativas, situadas próximas aos pontos onde a síntese de DNA é iniciada, que controlam o início da replicação. Nos
eucariotos existem várias origens da replicação (replicadores) autônomas (ARS – autonomously replicating
sequences) ao longo de uma única molécula (para cada origem, duas forquilhas de replicação
bidirecionais).
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As histonas H3 e H4 apresentam seqüências idênticas em organismos tão distintos quanto a
ervilha e o boi, sugerindo que elas desempenham funções idênticas em todos os eucariontes. Os
tipos H2A e H2B possuem também seqüências idênticas, com algumas variações espécieespecíficas.
Em alguns tecidos, a H1 é substituída por histonas especiais. Por exemplo, em eritrócitos
nucleados de aves, a histona H5 é encontrada em substituição à H1.
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A porção enovelada da molécula das histonas contém alta percentagem de aminoácidos
hidrofóbicos, e sua associação com o DNA deve-se à interações hidrofóbicas. Pode-se separar,
por processos químicos, a molécula de DNA das moléculas de histonas. Mas quando o DNA e as
histonas são colocados juntos em condições favoráveis, ocorre novamente a formação
espontânea de nucleossomos.
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O nucleossomo é uma partícula de forma cilíndrica achatada, com 10 nm de diâmetro e 6 nm de
altura. Cada nucleossomo é constituído por 200 pb de DNA associados a um octâmero de
histonas e a uma molécula de histona H1. O octâmero é formado por duas moléculas de cada
uma das histonas H2A, H2B, H3 e H4. A molécula de H1 se associa externamente ao DNA que
envolve o octâmero. Cada nucleossomo é formado por um centro ou cerne, constituído pelo
octâmero de histonas H2A, H2B, H3 e H4, em torno do qual se enrola um segmento de DNA de
aproximadamente 146 pb. Conectando um centro de nucleossomo a outro, encontra-se um
segmento de DNA não associado a proteínas com 15 até 100 pb, chamado DNA de ligação.
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Dois tipos de fibras cromatínicas são encontradas no núcleo interfásico: a fibra de 10 nm de
diâmetro ou nucleofilamento e a fibra de 30 nm ou solenóide.
A fibra de 10 nm constitui o primeiro nível de compactação da cromatina e é formada pela
associação de nucleossomos adjacentes. A organização dessa fibra depende da interação entre
as histonas H1 de nucleossomos vizinhos. A histona H1 de um nucleossomo liga-se através de
sua extremidade amino-terminal, à extremidade carboxi-terminal da H1 do nucleossomo
adjacente, em um arranjo “cabeça-cauda”. Com essa organização, o DNA de ligação não é mais
observado na fibra de 10 nm.
A fibra de 30 nm constitui o segundo nível de organização da cromatina e é formada pelo
enovelamento da fibra de 10 nm em uma estrutura helicoidal. Cada volta da espiral contém 6
nucleossomos organizados radialmente, ficando a histona H1 localizada no interior da fibra. A
histona H1, juntamente com íons Mg2+ em concentração adequada, tem papel preponderante na
formação e estabilização dessa fibra.
Durante a intérfase, a cromatina que contém os genes ativamente transcritos é formada, em sua
maioria, por fibras de 30 nm, enquanto cerca de 10% estão na forma de fibras de 10 nm,
permitindo o acesso às enzimas envolvidas na transcrição.
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Ainda no núcleo interfásico, as fibras de 30 nm podem se organizar em grandes alças que se
prendem ao envoltório nuclear através da lâmina nuclear. Cerca de 10% da cromatina interfásica
também se encontra em um estado altamente condensado – a heterocromatina.
Níveis superiores de compactação da cromatina parecem envolver, principalmente, as proteínas
não-histônicas. A histona H1 parece, no máximo, participar também do processo de
compactação, uma vez que a sua fosforilação, durante a prófase, determina a condensação dos
cromossomos.
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As histonas são suscetíveis a uma grande variedade de modificações pós-traducionais, tais como
acetilação, fosforilação, metilação e ubiquitinação. A maioria dessas modificações acontece no
domínio N-terminal das histonas, que é rico nos aminoácidos básicos lisina e arginina (mas
também podem ocorrer nos domínios globulares).
Enzimas como a acetiltransferase, as quinases e as metiltransferases, que depositam marcadores
químicos nas histonas (acetil, fosfato e metil, respectivamente), são reguladores importantes da
atividade gênica, da dinâmica dos cromossomos, da regulação do ciclo celular e da organização
do genoma.
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As necessidades regulatórias dos organismos superiores podem ser divididas em dois tipos: (a)
regulação com efeitos de longo prazo, que envolve a diferenciação
morfológica e funcional permanente; (b) regulação com efeitos de curto prazo, que resulta em
respostas imediatas, porém transitórias, a um dado estímulo.
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A diferenciação celular, durante o desenvolvimento ontogenético(*), depende da
regulação da expressão dos genes que as células contêm. No início do desenvolvimento
embrionário de muitas espécies, a diferenciação está controlada por fatores de origem
materna encontrados no citoplasma do ovo. Depois de algum tempo, entretanto, os
próprios genes do embrião começam a se tornar ativos.
(*) Desenvolvimento ontogenético corresponde ao conjunto de transformações que
ocorrem em um organismo, desde que se forma o zigoto, passando por todas as fases
embrionárias, até que se complete a sua formação.
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No início do desenvolvimento embrionário de muitas espécies, a diferenciação está
controlada por fatores de origem materna encontrados no citoplasma do ovo. Depois de
algum tempo, entretanto, os próprios genes do embrião começam a se tornar ativos.
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Em mamíferos, por exemplo, a síntese do mRNA inicia-se no estágio de quatro células,
embora os embriões continuem a usar o mRNA de origem materna por bom período de
tempo. Normalmente, os genes estão cuidadosamente regulados para se tornarem
ativos no momento específico em que um dado produto gênico é necessário.
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Os genes reguladores podem ser distinguidos dos estruturais pelos efeitos das
mutações. Uma mutação em um gene estrutural modifica uma proteína específica
codificada por esse gene. Já uma mutação em um gene regulador influi na expressão de
todos os genes estruturais que ele regula. A natureza dessa influência revela o tipo de
regulação: negativa ou positiva.
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Na regulação dita negativa, os genes são transcritos, a menos que sejam desativados
pela proteína reguladora. Assim, uma mutação que inative o regulador faz com que os
genes estruturais permaneçam se expressando. Visto que a função do regulador, nesse
caso, é impedir a expressão dos genes estruturais, ele é denominado repressor.
Por outro lado, na regulação positiva, os genes estruturais só são transcritos se os
genes reguladores os ativarem. Na ausência do regulador, os genes não se expressam.
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Os mecanismos e as moléculas que executam os vários tipos de controle ainda não são
totalmente conhecidos, mas alguns deles já foram descritos.
A regulação da expressão gênica nos eucariotos pode ocorrer em qualquer uma das
etapas que vão do DNA aos produtos proteicos. A Figura mostra os principais modos de
regulação e os momentos em que podem ocorrer, todos afetando o grau da expressão
dos genes. Certas características das células eucarióticas possibilitam-lhes a utilização de
vários modos de regulação:
(a) o alto conteúdo de DNA associado com as histonas e outras proteínas, formando
estruturas compactas de cromatina, que são modificadas durante a expressão gênica, no
interior do núcleo; (b) antes de serem transportados para o citoplasma, os mRNAs são
encadeados, capeados (CAP) e poliadenilados, e cada um desses processos pode ser
regulado de modo a influir na quantidade e nos tipos de mRNAs disponíveis para a
tradução; (c) depois da transcrição, o transporte dos mRNAs para o citoplasma também
pode ser regulado para modular a disponibilidade desses RNAs à tradução; (d) os mRNAs
têm meias-vidas variáveis, podendo ser regulados para retardar sua degradação; (e) as
taxas de tradução podem ser moduladas, bem como o processamento, as modificações
e a degradação das proteínas.
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O DNA eucariótico combina-se com histonas e outras proteínas, formando a cromatina,
que integra e forma os cromossomos. O maior grau de compactação da cromatina pode
inibir a replicação, a transcrição e o reparo, do DNA. A capacidade de ser alterada a
associação entre o DNA e outros componentes da cromatina é essencial para permitir o
acesso das proteínas reguladoras do DNA; por isso o remodelamento (ou remodelagem)
da cromatina é importante na regulação gênica.
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Epigenética: estudo de mudanças na função gênica, herdáveis mitoticamente e/ou
meioticamente e não vinculadas a mudanças na sequência do DNA.
O remodelamento pode ocorrer de várias maneiras, por exemplo: alteração da
composição ou do posicionamento dos nucleossomos (unidades básicas da cromatina),
facilitando a transcrição gênica; modificações das histonas, relaxando sua associação
com o DNA; metilação do DNA, isto é, adição de grupamentos metila às suas bases (com
mais frequência à citosina), reprimindo a transcrição mediante inibição da ligação dos
fatores de transcrição ao DNA. Há uma relação inversa entre o grau de metilação e o
grau de expressão gênica, ou seja, os genes que são transcritos ativamente estão
desmetilados ou com baixo nível de metilação.
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Em 1993, Alan Wolffe mostrou que acetilases/desacetilases formam complexos com fatores de
transcrição que ligam/desligam os genes.
Em 1998 Adrian Bird et al. mostraram que as desacetilases podem funcionar em conjunto com
metilases: se a desacetilase for inibida, a metilação não inativa os genes.
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In vivo, os resíduos de lisina podem ser mono, di ou trimetilados, enquanto os de arginina, mono
ou bimetilados.
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Formas ubiquitiladas de histonas H2A e H2B foram associadas especificamente
com genes ativos, tornando a ubiquitilação de histona um dos primeiros
marcadores de cromatina transcricionalmente activo a ser reconhecido
A ubiquitilatição da histona H2B, mediada pela enzima ubiquitina-conjugante
(Ubc) Rad6, é implicada na repressão transcricional do gene argininosuccinato
sintase (ARG1) e manutenção do silenciamento telomérico em Saccharomyces
cerevisiae. A ubiquitilação de da histona H2B (uH2B) é necessária para a
metilação da histona H3 nos resíduos de lisina 4 (K4) e 79 (K79). A metilação
histona H3, por sua vez, é necessária para o silenciamento do gene-telomérico.
Figura: A histona H2B é reconhecida pela Rad6 e suas proteínas auxiliares e é
ubiquitilada na sua lisina 123. Esta ubiquitinação serve como um sinal de
reconhecimento direto ou indireto para COMPASS, que catalisa a metilação da
quarta lisina da histona H3, resultando no silenciamento transcriptinal de genes
localizados perto do telômero.
COMPASS: a metilação de lisina 4 na cauda amino-terminal da histona H3,
mediada por um complexo multiproteico chamdo compass, é necessária para
silenciar a expressão de genes localizados perto dos telômeros cromossômicos e
dentro do rDNA.
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O grupo fosfato é fortemente negativo, então sua adição induz forças na cadeia
protéica que podem levar a uma radical alteração em sua conformação. Desse
modo, uma proteína pode expor os aminoácidos antes escondidos em seu centro
e mudar muito suas características. Por exemplo, uma proteína apolar e
hidrofóbica pode se tornar polar e hidrofílica.
Figura de cima: após a estimulação pelo fator de crescimento, a via da MAP
quinase é ativada, resultando na fosforilação da histona H3 em dois resíduos
específicos de serina (S10 e S28). Estes eventos de fosforilação correlacionam
com a ativação da transcrição de genes.
MAP quinase (Mitogen Activated Protein Kinases): Proteínas-quinase ativadas por
mitógenos. É uma subfamília de proteínas-quinase específicas de serina/treonina
que respondem a estímulos extracelulares (mitógenos) e regulam várias
atividades celulares, como expressão gênica, mitose, diferenciação, sobrevivência
celular e apoptose (morte celular).
Figura de baixo: a fosforilação de H3 promove também a acetilação da mesma
histona e estas modificações funcionam em conjunto para ativar a expressão do
gene.
A desfosforilação é realizada pelas fosfatases.
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SAH: S-adenosil-homocisteína, produzida por desmetilação da SAM.
A natureza das desmetilases é desconhecida.
A metilação consiste em uma modificação covalente do DNA na qual um
grupamento metil (CH3) é transferido da S-adenosilmetionina para o carbono 5
de uma citosina (5-Mec ou 5-metil-citosina) que geralmente precede uma
guanina (dinucleotídeo CpG), pela ação de uma família de enzimas que recebe o
nome de DNA metiltransferases (DNMT).
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As DNA metiltransferases estão divididas em duas classes de representantes:
aquelas envolvidas na metilação de fitas hemimetiladas do DNA (fitas de DNA em
processo de replicação), conhecidas como metilases de manutenção como a
DNMT1; e outro grupo, responsável pela maioria dos processos de metilação de
novo, que ocorre em sítios com nenhum tipo de indicação de metilação, ou seja,
sem a presença de metilação prévia, como as DNMT2, DNMT3A e DNMT3B.
Os doadores de radical metil são obtidos pela dieta e são principalmente a
metionina, seguido do folato, colina e vitamina B12.
A desmetilação pode ocorrer na ausência de DNMT1 com rodadas contínuas de
replicação do DNA (desmetilação passiva), bem como ativamente (sem a
replicação do DNA). O processo denominado de desmetilação ativa envolve as
desmetilases e parece ser necessário para ativar genes específicos ou apagar a
marca epigenética durante o desenvolvimento ou em respostas a perturbações
ambientais. A desmetilação ainda pode ser passiva quando não há envolvimento
de desmetilases e ocorre quando a manutenção pelas metiltransferases é
inativada durante o ciclo celular. Assim, o nível e o padrão de 5-Mec são
determinados por ambos os processos de metilação e desmetilação, e as
enzimas envolvidas nesses processos devem estar altamente reguladas.
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Os dinucleotídeos CpG aparecem esparsos pelos genomas eucariotos ou
agrupados em regiões definidas como ilhas CpG. Essas ilhas são frequentes em
regiões promotoras de certos genes, incluindo genes housekeeping. A transcrição
gênica pode ser fortemente inibida pela adição de radical metil. A presença de
um “capuz” metil sobre uma citosina que precede a uma guanina pode inibir a
ligação de fatores de transcrição a essas regiões. A não ligação de fatores de
transcrição aos seus sítios específicos resulta na ausência de transcrição gênica.
Ao contrário, a desmetilação leva ao aumento da transcrição gênica. Assim, CpGs
metilados estão associados com DNA silenciados (transposons, genes
imprintados), enquanto CpGs não-metilados estão associados a genes ativos.
Definindo: “ilhas CpG” são regiões do DNA com mais de 200 pares de bases (pb),
contendo aproximadamente 50% de bases C e G e com uma presença esperada
de proximadamente 60% de dinucleotídeos CG.
Em células embrionárias indiferenciadas, a porcentagem de metilação em CpA,
CpT ou CpC é alta e isso poderia estar relacionado com a pluripotência dessas
células.
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Imprinting genômico: processo normal, no qual genes específicos são geralmente
marcados por metilação (imprinting), seguindo um padrão (materno ou paterno)
durante a gametogênese. Progenitores podem contribuir com genes exatamente
iguais aos seus descendentes, mas se estes genes forem marcados
diferentemente (imprinting), não terão efeitos idênticos. Sua expressão irá
depender da origem (materna ou paterna) desse gene.
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Exemplos na natureza:
égua + jumento = mula ( ) ou burro ( )
égua + cavalo = égua ( ) ou cavalo ( )
jumenta + jumento = jumenta ( ) ou jumento ( )
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Ambas síndromes são mais frequentemente causadas por microdeleções na
região cromossômica 15q11-q13 que é sujeita a impressão genômica. Por causa
da impressão genômica, há expressão monoalélica diferencial de genes nos
cromossomos homólogos 15 paterno e materno, e assim as microdeleções
resultam em completa deficiência de expressão de genes críticos.
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O produto de XIST (TsiX) é um RNA com 15 Kb não-codificante transcrito a partir da fita antisenso do gene Xist, que fica associado ao X inativo, envolvendo-o. Esse RNAm é apenas
transcrito, não sendo traduzido em proteína. A expressão do gene XIST determina o
silenciamento dos outros genes do cromossomo X. O gene XIST não age sozinho na iniciação da
inativação, sofrendo influência de outros genes.
Cerca de 16 genes do cromossomo X inativado escapam à inativação: 12 deles têm homólogos
no cromossomo Y. Além disso, alguns genes apresentam inativação variável entre diferentes
indivíduos.
Em células embrionárias após o 13º-16º a não inativação de um dos cromossomos X, isto é, a
permanência de dois cromossomos X ativos, é um evento letal. Em células somáticas é um
evento raro, podendo ocorrer em células normais ou neoplásicas.
X inativado tem replicação tardia.
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A regulação da transcrição do DNA em uma molécula de mRNA envolve vários tipos
diferentes de sequências de DNA, a interação de muitas proteínas, o remodelamento da
cromatina e a formação de alças e dobramentos de sequências de DNA.
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Os genes eucarióticos têm diversos tipos de sequências reguladoras, como os
promotores, silenciadores e reforçadores.
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Os promotores são sequências de DNA que funcionam como sítios de reconhecimento
para a maquinaria da transcrição, com localização adjacente aos genes por eles
regulados. Geralmente têm centenas de nucleotídeos e especificam o início e a direção
da transcrição ao longo do DNA.
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As sequências mais conhecidas (chamadas boxes) incluem: (1) TATA box, que
frequentemente contém 7 a 8 pb na sequência-consenso TATAAAA, localizando-se cerca
de 25 a 30 pb 5' à montante ou à esquerda do sítio de início da transcrição; mutações
nessas sequências reduzem a transcrição e deleções podem alterar o sítio de início da
transcrição.
O elemento TATA é o sítio onde se liga o fator de transcrição TFIID. A proteína de ligação a TATA
é uma das subunidades de TFIID, e se liga primeiro ao elemento TATA.
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(2) CAT (CAAT ou CCAAT) box, sequência-consenso localizada aproximadamente 70 a 8
pb 5' acima ou à esquerda do sítio de início da transcrição, sendo menos presente do
que o TATA box; quando presente, contribui para uma transcrição quantitativamente
mais eficiente.
As sequências reguladoras localizadas no promotor são consideradas de atuação cis,
quando afetam apenas a expressão do gene adjacente, e de atuação trans, quando
atuam sobre genes distantes, geralmente sobre ambas as cópias de um gene em cada
cromossomo. Em alguns genes humanos, como o da distrofia muscular Duchenne,
existem vários promotores, situados em diferentes regiões do gene. Dessa forma, a
transcrição gênica pode começar em pontos distintos, produzindo proteínas também
diferentes. Isso permite que a mesma sequência gênica codifique variantes de uma
proteína em tecidos diferentes (p. ex., no tecido muscular versus tecido cerebral).
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(3) GC box ou GGGCGGG, sequência-consenso particularmente presente na região
promotora dos genes de manutenção, alguns dos quais não possuem os TATA e CAT
boxes, mas são extremamente ricos em GC na região promotora. Os elementos CAAT e
GC ligam-se aos fatores de transcrição e funcionam também aproximadamente como
reforçadores.
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As sequências reguladoras localizadas no promotor são consideradas de atuação cis,
quando afetam apenas a expressão do gene adjacente, e de atuação trans, quando
atuam sobre genes distantes, geralmente sobre ambas as cópias de um gene em cada
cromossomo.
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Em alguns genes humanos, como o da distrofina (distrofia muscular Duchenne), existem
vários promotores, situados em diferentes regiões do gene. Dessa forma, a transcrição
gênica pode começar em pontos distintos, produzindo proteínas também diferentes. Isso
permite que a mesma sequência gênica codifique variantes de uma proteína em tecidos
diferentes (p. ex., no tecido muscular versus tecido cerebral).
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Os reforçadores (também chamados acentuadores ou enhancers) são sequências de
DNA situadas a uma distância variável dos genes estruturais, que aumentam o nível da
transcrição de genes que lhes estão próximos ou distantes, e interagem com os
promotores. Essas sequências podem estar localizadas acima (5’, upstream, à montante
ou à esquerda), abaixo (3’, downstream, à jusante ou à direita) ou dentro do gene a ser
transcrito e podem também estar distantes muitos milhares de pares de base deste, e
em qualquer uma das fitas. São sítios de ligação de proteínas ativadoras, que são colocados
em proximidade ao gene pelo dobramento do DNA.
Exemplos: os primeiros reforçadores descobertos foram os de certos vírus de DNA, como
o SV40, capazes de aumentar a transcrição de um grande número de genes em
praticamente todos os tecidos testados. Mais recentemente, foram descobertos
reforçadores específicos para alguns tecidos ou células, como, por exemplo, o reforçador
localizado no gene da imunoglobulina, o qual é funcional nas linfócitos B, mas não em
outros tipos de células.
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Uma vez que os reforçadores se situam a distâncias variáveis dos promotores, existe um
mecanismo de dobramento ou inversão do DNA, que permite a interação simultânea de
vários elementos reguladores, pela formação de uma ou mais alças ou laços complexos
do DNA. A interação reforçador-promotor também pode ocorrer quando uma proteína
reguladora se liga primeiramente ao reforçador e depois desliza no DNA até se ligar a um
promotor. Acredita-se que as proteínas que se ligam a enhancers causem uma curvatura
no DNA e permitam um acesso mais fácil das proteínas da maquinaria de transcrição a
um determinado promotor.
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Os silenciadores são sequências curtas de DNA, também de atuação cis, que reprimem o
nível da transcrição. Frequentemente agem de modo tecido-específico ou cromossomoespecífico para controlar a expressão gênica. Um exemplo de silenciador é o do gene da
tireotropina humana, que codifica uma subunidade do hormônio tireotropina e só se
expressa nas células produtoras de tireotropina (os tireotrofos) da glândula hipófise. Sua
transcrição restringe-se aos tireotrofos, por efeito do silenciador, situado a 140 pb a
montante do sítio de início da transcrição. Esse silenciador liga-se ao fator celular Oct-1
que, no âmbito do promotor do gene da tireotropina , reprime a transcrição em todos
os tipos celulares, exceto os tireotrofos. Nestes, a ação do silenciador é suplantada pela
ação do reforçador localizado a mais de 1,2 kb acima do promotor.
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Resumindo, os promotores, reforçadores e silenciadores influem no início da transcrição,
por consistirem em sítios de ligação para proteínas conhecidas como fatores de
transcrição, que se ligam ao DNA e podem ter efeitos variados sobre a transcrição,
aumentando, diminuindo ou modulando o nível da expressão gênica. Esses fatores de
transcrição são produzidos por genes que controlam a transcrição do DNA para o RNA e,
ativados por sinais extracelulares, ligam-se ao promotor, formando complexos que
iniciam a transcrição, com o auxílio da RNA-polimerase. A Figura apresenta de forma
esquemática o complexo de iniciação da transcrição, mostrando os principais elementos
reguladores.
Figura: Representação esquemática da formação do complexo de iniciação da
transcrição. A - Uma proteína de ligação TATA liga-se ao TATA box no promotor de um
determinado gene. B - Proteínas coativadoras reúnem-se em torno da proteína referida
no item A. C - Proteínas ativadoras e repressoras ligam-se ao conjunto assim formado,
para controlar o ritmo da transcrição, e sua presença é transmitida ao gene que deverá
ser expresso, pelas proteínas coativadoras referidas no item B e unidas à proteína de
ligação TATA. D - Finalmente, proteínas denominadas fatores basais ou gerais de
transcrição unem-se à proteína de ligação TATA, de modo a fazerem espaço para a RNApolimerase ligar-se ao promotor.
61
A regulação pós-transcricional se dá durante o processamento do hnRNA ou pré-mRNA
em mRNA, que inclui a remoção dos íntrons, o encadeamento dos éxons e a adição de
cap à extremidade 5' do mRNA e da cauda poli-A à sua extremidade 3'. Depois, o mRNA
é enviado ao citoplasma, onde é traduzido e degradado. Cada passo desse
processamento pode ser regulado para controlar a quantidade de mRNA funcional
disponível para sintetizar o produto proteico, com consequências para a velocidade de
tradução e a estabilidade e atividade desse produto.
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Os principais mecanismos de regulação pós-transcricional são o encadeamento (splicing)
alternativo, o controle da estabilidade do mRNA e o silenciamento mediado pelo RNA.
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O encadeamento (splicing) alternativo produz diferentes moléculas de mRNA a partir do
mesmo pré-mRNA, gerando maior número de produtos proteicos por gene, com funções
similares ou diferentes. Esse tipo de encadeamento é bastante comum em vertebrados,
inclusive os humanos.
Há muitas formas de recombinar os exons, desde que mantida a ordem em que aparecem na
sequência de DNA.
Figura: Variedade de eventos básicos de splicing alternativo. Em amarelo estão os exons que
sempre permanecem na sequência final do mRNA; em laranja os exons que podem ser retirados
(e, neste caso, são considerados introns pela maquinaria de splicing) ou não; e em linha preta os
íntrons. Os padrões de splicing estão indicados pelas linhas tracejadas. Um dos mecanismos
alternativos possíveis é a excisão de um exon interno à sequência do gene, como mostrado em
(a). Neste caso, ele se comporta como um intron, e a proteína resultante será mais curta. Outra
forma comum é a presença de sítios 5' (mostrado em b) ou 3' (mostrado em c) alternativos de
splicing, que levam à inclusão ou não de um exon. Empregando diferentes sítios 5' aceptores de
splicing é possível também trocar o promotor de um gene (d). Analogamente, empregando sítios
alternativos 3‘ de splicing podemos mudar o sítio de poliadenilação do mensageiro final (e).
Exons internos podem ser incluídos ou não na sequência final do mRNA, independente dos
demais exons (f). Alternativamente, exons mutuamente excludentes podem permutar de lugar
na forma madura mo mRNA (g).
Múltiplos sítios de poliadenilação: o processamento diferencial da extremidade 3’ é uma
forma de gerar diferentes mRNA maduros por splicing alternativo, podendo ocorrer a
adição da cauda poli(A) em dois ou mais sítios, de acordo com o sítio de poliadenilação
do éxon incluído no splicing alternativo.
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As modificações no encadeamento (splicing) podem alterar a atividade enzimática, a
capacidade de ligação com o receptor ou a localização de uma proteína na célula. Por
isso, constituem eventos reguladores importantes que ajudam a controlar diversos
aspectos como, por exemplo, o desenvolvimento pluricelular, a apoptose e a conexão
entre os neurônios.
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O controle da estabilidade do mRNA relaciona-se com a quantidade de um mRNA na
célula, que é determinada pela combinação entre a taxa de transcrição do gene e a taxa
de degradação desse mRNA. A duração de um mRNA, definida em termos de meia-vida,
pode variar bastante e pode ser regulada em resposta às necessidades da célula. Por
exemplo, a grande quantidade de algumas proteínas envolvidas na regulação da
transcrição gênica, no crescimento e na diferenciação celulares é determinada mais pelo
controle da taxa de degradação dos mRNAs dessas proteínas do que pela regulação da
taxa de transcrição gênica.
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A degradação do mRNA pode dar-se por três vias gerais, cada uma sujeita à regulação:
(a) enzimas que encurtam a cauda de poli-A; em mRNAs recém-sintetizados, essa cauda
tem cerca de 200 nucleotídeos e se liga a uma proteína de ligação à poli-A, que ajuda a
estabilizar o mRNA, mas se a cauda for encurtada para menos de 30 nucleotídeos, esse
mRNA se torna instável e é logo degradado pelas exonucleases; (b) enzimas que
removem o cap, tornando instável o mRNA; (c) clivagem interna do mRNA por uma
endonuclease, expondo extremidades desprotegidas, por meio das quais a degradação
pode continuar. Como um mRNA normal pode tornar-se alvo de degradação? Um modo
de alterar sua meia-vida é por intermédio do elemento rico em adenosina-uracil (ARE,
de adenosine-uracil rich element), uma sequência de ribonucleotídeos A e U, localizada
geralmente nas regiões 3' não traduzidas dos mRNAs que têm meias-vidas curtas e
reguladas. Esses mRNAs codificam proteínas envolvidas no crescimento celular ou no
controle da transcrição, que precisam ser moduladas rápida e abundantemente.
Em células com baixos níveis de expressão gênica, as sequências ARE do mRNA se ligam
a complexos específicos que realizam o encurtamento da cauda de poli-A e a rápida
degradação do mRNA. As doenças autoimunes, algumas condições inflamatórias e
certos tipos de câncer parecem estar associados a defeitos no controle da estabilidade
do mRNA por meio das sequências ARE.
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O silenciamento mediado pelo RNA, também conhecido como interferência por RNA
(RNAi), é a regulação da expressão gênica exercida por pequenas moléculas de RNA de
fita dupla (com pouco mais de 20 nucleotídeos) no citoplasma, por meio de repressão da
tradução e indução da degradação do mRNA, quando esse tem uma sequência
complementar a uma das fitas do RNA de fita dupla. Bastam poucas moléculas de fita
dupla para realizar a degradação de grandes quantidades de mRNA. Recentemente, foi
demonstrado que esses pequenos RNAs (pequeno RNA interferente [siRNA], microRNA
[miRNA] e o RNA associado à proteína Piwi [piRNA]) agem também no núcleo, alterando
a estrutura da cromatina e reprimindo a transcrição. Aparentemente, os mecanismos de
RNAi se conservaram em todos os eucariotos, inclusive os humanos, nos quais
constituem um mecanismo de defesa natural contra infecções virais.
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O RNAi é sistêmico em plantas e nematóides, espalhando-se de célula para célula. Em C. elegans,
o RNAi é também hereditário: o silenciamento pode ser transferido para a progênie do verme
que foi originalmente injetado com o dsRNA.
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As características que definem os pequenos RNAs de silenciamento são o seu pequeno tamanho
(~20–30 nucleotides) e a sua associação com os membros da família de proteínas argonautas,
que os guiam para seus alvos de regulação, tipicamente resultando em expressão reduzida de
genes-alvo. Além dessas características definidoras, diferentes classes de pequenos RNA
orientam esquemas diversos e complexos de regulação gênica. Alguns pequenos RNAs de
silenciamento, tais como os pequenos RNAs de interferência (siRNAs), derivam de dsRNA,
enquanto outros, como os RNAs de interação com proteínas Piwi (piRNAs), não o fazem.
Proteínas argonautas: componentes fundamentais de um complexo ribonucleoprotéico chamado
RISC (complexo de silenciamento induzido por RNA, do inglês RNA-induced silencing complex),
cujos alvos são moléculas de RNA mensageiro, onde atuam impedindo o processo de tradução.
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Proteínas argonautas: componentes fundamentais de um complexo ribonucleoprotéico chamado
RISC, cujos alvos são moléculas de RNA mensageiro, onde atuam impedindo o processo de
tradução.
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A presença RNA de fita dupla (dsRNA) pode induzir a degradação de RNAs mensageiros (mRNA)
homólogos por dois tipos de moléculas distintas (siRNA e miRNA), um processo conhecido como
silenciamento gênico pós-transcricional (Post transcriptional gene silencing, PTGS) em plantas e RNA
de interferência (RNA interference, RNAi) em animais. O destino do mRNA alvo nem sempre é a
degradação. Está só ocorrerá se a hibridização com a cadeia anti-senso do siRNA com o mRNA for perfeita.
Se existirem zonas despareadas, ocorrerá o bloqueio da tradução.
siRNA: pequenos RNAs de interferência, do inglês small interfering RNAs. São produzidos a partir da
clivagem de longas moléculas de dsRNA de origem exógena (como aquelas provenientes de vírus de RNA)
ou endógena – endo-siRNA (originados, por exemplo, de transposons ou de elementos repetitivos em
tandem tais como genes de RNA ribossomal 5S, entre outros). Estão envolvidos na degradação de RNA
viral, interferindo ou mesmo bloqueando o ciclo de infecção.
miRNAs: micro RNAs. São produtos naturais da transcrição em muitos eucariotos e se originam a partir de
mRNA primários (pré-mRNA) de cadeia simples que formam uma estrutura secundária tipo “grampo de
cabelo” de ~70 nucleotídeos. Uma vez processados a miRNAs, seu tamanho é similar aos siRNAs. Em
moscas, vermes e mamíferos, alguns pré-miRNAs são produzidos pela via de splicing nuclear pré-mRNA.
Regulam a expressão gênica negativamente por meio do pareamento de bases específicos a mRNAs alvo,
resultando na clivagem do mRNA ou na repressão de sua tradução. miRNAs regulam diversas vias
bioquímicas celulares e é acreditado que regulam a maioria dos processos em plantas e animais, desde
funções housekeeping (responsáveis pela fisiologia fundamental da célula) até respostas ao estresse
ambiental.
stRNAs: pequenos RNA temporais, do inglês small temporal RNA. São miRNAs envolvidos no controle do
tempo do desenvolvimento do estágio larval (controle de expressão temporal) de C. Elegans.
Mamíferos e C. elegans possuem uma única Dicer, que produz ambos, os microRNAs (miRNAs) e siRNAs,
enquanto as espécies de Drosophila têm duas Dicers: DCR-1, que produz miRNAs, eDCR-2, especializada na
produção de siRNA.
RISC: complexo de silenciamento induzido por RNA (do inglês, RNA-induced silencing complex). O
mecanismo de RNA de interferência envolve a formação de um complexo denominado RISC (complexo de
silenciamento induzido por RNA) no qual ocorre o pareamento da sequência do RNA mensageiro e a fita
de RNA complementar do siRNA (denominada fita guia). A enzima Argonauta catalisa a degradação do
RNA mensageiro, mediando o silenciamento gênico.
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A tradução pode ser regulada por intermédio dos níveis intracelulares de proteínas, o
que é conhecido como autorregulação, também conhecida como regulação autógena.
Um de seus exemplos mais conhecidos é o das tubulinas
e , componentes das
subunidades dos microtúbulos de eucariotos, que inibem a tradução do mRNA da
tubulina. O tratamento de uma célula com colchicina causa rápida desagregação de seus
microtúbulos e aumento da concentração de subunidades e livres; nessas condições,
a síntese de tubulinas e diminui consideravelmente. No entanto, quando a célula é
tratada com vimblastina, uma substância que também causa desagregação dos
microtúbulos, e a síntese de tubulinas aumenta. Apesar de ambas as substâncias
causarem desagregação dos microtúbulos, a vimblastina precipita as subunidades que
não estão em solução, reduzindo as concentrações das subunidades e p livres. A síntese
das tubulinas é estimulada nas baixas concentrações de subunidades livres e inibida nas
altas concentrações.
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A tradução pode ser regulada por intermédio dos níveis intracelulares de proteínas, o
que é conhecido como autorregulação, também conhecida como regulação autógena.
Um de seus exemplos mais conhecidos é o das tubulinas
e , componentes das
subunidades dos microtúbulos de eucariotos, que inibem a tradução do mRNA da
tubulina. O tratamento de uma célula com colchicina causa rápida desagregação de seus
microtúbulos e aumento da concentração de subunidades e livres; nessas condições,
a síntese de tubulinas e diminui consideravelmente. No entanto, quando a célula é
tratada com vimblastina, uma substância que também causa desagregação dos
microtúbulos, e a síntese de tubulinas aumenta. Apesar de ambas as substâncias
causarem desagregação dos microtúbulos, a vimblastina precipita as subunidades que
não estão em solução, reduzindo as concentrações das subunidades e p livres. A síntese
das tubulinas é estimulada nas baixas concentrações de subunidades livres e inibida nas
altas concentrações.
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O ponto final da expressão gênica é a presença ou a atividade do produto proteico do
gene. Em alguns casos, a tradução de um mRNA pode ser regulada pelo grau de
demanda da proteína pela célula. Um bom exemplo desse tipo de regulação póstraducional é o controle da tradução do mRNA dos receptores de ferritina e de
transferrina. Para o funcionamento de muitas enzimas celulares são necessários átomos
de ferro solúvel, mas o excesso de ferro é tóxico para as células.
Por não existir fisiologicamente um mecanismo de excreção do ferro, a absorção diária é
altamente regulada para fornecer apenas o necessário e para evitar a toxicidade, uma
vez que o excesso de ferro pode levar à geração de espécies reativas de oxigênio (ERO),
enquanto a diminuição dos níveis de ferro pode levar à anemia.
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No interior do corpo, o ferro está ligado a uma proteína chamada transferrina. As
moléculas receptoras de transferrina situam-se na superfície celular e interagem com o
complexo transferrina/ferro, transportando-o para o citoplasma, onde o ferro é liberado.
Para se protegerem dos altos níveis de ferro intracelular, as células sintetizam a proteína
ferritina, que se liga aos átomos de ferro, inativando-os no citoplasma (armazenamento).
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Assim, os níveis de ferritina precisam estar bem sintonizados para responder aos níveis
de ferro e para garantir a quantidade necessária de átomos de ferro livres para o
metabolismo celular. Igualmente, os níveis de receptores de transferrina precisam estar
regulados para fornecer ferro intracelular suficiente. Essa dupla regulação é atingida pela
modulação da capacidade de tradução dos mRNAs dos receptores de transferrina e de
ferritina.
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A Figura 1.28 ilustra esse exemplo de regulação da expressão gênica. Na região 5' não traduzida do mRNA
da ferritina há uma sequência de 30 nucleotídeos conhecida como elemento de resposta ao ferro (IRE, de
iron response element). Esse elemento dobra-se em uma estrutura de alça-haste que se liga à proteína
reguladora de ferro. Quando não há excesso de ferro na célula, essa proteína reguladora se liga ao IRE do
mRNA da ferritina, bloqueando o início da tradução do mRNA da ferritina. Havendo excesso de ferro, suas
moléculas se ligam à proteína reguladora de ferro, o que faz com que essa se dissocie do IRE. Assim, o
mRNA da ferritina fica disponível para a tradução.
O IRE também está presente na região 3’ não traduzida do mRNA do receptor de transferrina. Quando não
há excesso de ferro, o IRE se liga à proteína reguladora de ferro. Essa ligação não afeta diretamente a
tradução, como ocorria com o mRNA da ferritina; ao contrário, a presença da proteína reguladora de ferro
aumenta a estabilidade do mRNA do receptor de transferrina, resultando em aumento dos níveis de
mRNA, que se traduz em aumento dos níveis desse receptor. A presença de mais receptores acelera o
transporte de ferro para a célula. Quando há excesso de ferro, suas moléculas se ligam à proteína
reguladora de ferro, dissociando-a do mRNA do receptor de transferrina e tornando instáveis esse mRNA.
Nesse caso, é transportado menos ferro para a célula.
Legenda Figura 1.28: Regulação da expressão gênica de (A) ferritina e (B) receptor de transferrina. A
proteína reguladora de ferro liga-se à estrutura em alça-haste dos mRNAs da ferritina e do receptor da
transferrina. A - Em ausência de ferro livre, a proteína reguladora de ferro inibe a tradução do mRNA da
ferritina, mas estabiliza o mRNA do receptor de transferrina. B - Em presença de ferro livre (representado
por círculos vermelhos), a proteína reguladora de ferro se dissocia do IRE, resultando em aumento da
tradução da ferritina e desestabilização do mRNA do receptor da transferrina.
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Em outros casos, ocorrem modificações posteriores nas proteínas, incluindo clivagem e
ligação covalente a carboidratos e lipídeos, que são importantes para a função e a
localização correta das proteínas no interior da célula. Além disso, a regulação da função
proteica, como a da atividade enzimática, exerce um papel-chave no controle do
comportamento celular.
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Em geral, o nível das proteínas reguladoras pode ser modificado por diferentes fatores:
(a) velocidade da transcrição do gene em RNA; (b) processamento desse RNA; (c)
transporte do mRNA do núcleo para o citoplasma; (d) velocidade da tradução do mRNA
em cadeia polipeptídica; (e) velocidade de degradação do mRNA; (f) processamento póstraducional do polipeptídeo; e (g) velocidade de degradação da proteína.
Todos esses mecanismos de controle correspondem a situações específicas. Entretanto,
talvez o método de controle mais econômico e mais difundido nos eucariotos seja o de
controlar a produção da proteína no nível da transcrição do gene.
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