06 - Controle da Expressão Gênica em Eucariotos

Olá, pessoal! A gente vai dar continuidade, então, agora aos nossos estudos de genética, falando um pouquinho sobre o controle da expressão gênica, mas agora de eucariotos. Deixa eu só me tirar daqui um pouquinho. Bom, os mecanismos, a gente vai ver que os mecanismos de controle de expressão gênica que acontecem por eucariotos, eles serão semelhantes aqui também em eucariotos. Contudo, existem diferenças que são importantes. importantes e que inclusive serão importantes à medida que a gente considera o processo em si em eucariotos. Por exemplo, os procariotos, de acordo com a sua estrutura do genoma, a gente tinha os genes estruturados em óperos e em operons. E o que isso implica? Que vários genes que os seus produtos eram necessários para uma mesma via metabólica, eles estavam sob o controle de um único promotor. E isso garantia para o procarioto que uma vez ativado aquele promotor, todos os genes seriam transcritos, seriam expressos, e isso garantia para o procarioto que todas aquelas proteínas necessárias naquela via metabólica, por exemplo, elas estivessem ali presentes naquele mesmo tempo. Isso não acontece com o eucariotos, o nosso genoma não está estruturado dessa forma de operons ou de óperos. Então, o nosso... caso a maioria dos nossos genes estruturais eles têm seus próprios promotores. Então, basicamente, a gente tem o gene, então a gente vai ter um promotor específico para aquele gene, tá? Além disso, a nossa estrutura de cromatina em si, ela afeta a expressão gênica. A gente tem que lembrar que nosso genoma, né, que está armazenado dentro do nosso núcleo, né, lá nos cromossomos, para que ele possa estar lá dentro daquele núcleo tão pequeno, né, Ele é o... o seu papado ele é empacotado e aquela cromatina está muito condensada porque aquele DNA está enovelado em um octâmero de estonas né e forma-se portanto um núcleo somo e a cromatina condensada daquela forma ela está inacessível às proteínas responsáveis pela transcrição então todos aqueles fatores gerais de transcrição a RNA polimerase que a gente viu por exemplo na aula de transcrição transcrição, elas não conseguem ter acesso ao DNA e aquele DNA não vai ser transcrito. Então, uma cromatina, para que ela possa ser expressa, ela não pode estar condensada porque ela está inacessível às proteínas de transcrição. Outro fator importante que tem em eucariotos é que a gente tem uma membrana nuclear e isso acaba separando alguns processos de fluxo da informação gênica, como transcrição e tradução no... no tempo e no espaço e isso dá para o eucarioto algumas oportunidades a mais de controle da expressão gênica em relação aos procariotos porque vamos lembrar que nos procariotos o RNA estava sendo transcrito e mal a sua transcrição acabou lá no final do RNA mensageiro já existem ribossomos acoplados lá no início do RNA para que se possa fazer a tradução tá Aqui, só para que a gente possa relembrar a estrutura da cromatina de nós eucariotos, quando a gente pensa em cromossomos, a gente não pensa somente na molécula de DNA. A gente pensa na molécula de DNA e nas proteínas associadas a essa molécula de DNA, como, por exemplo, as estonas. Então, quando a gente pensa nas estonas, a gente tem o octâmero. Bom, então, quando a gente... quando a gente pensa no octâmero de estonas, nós temos esse octâmero sendo formado por quatro proteínas estonas distintas, H2A, H2B, H3 e H4, cada uma dessas proteínas presentes duas vezes. E esse núcleo somo, portanto, seria essa estrutura em roxo aqui, em que o DNA, ele é cortado por verde ele se enrola e e esse núcleo soma é assegurado, ele é apoiado por essa outra estona, que é a estona H1. Então, por exemplo, um DNA com esse grau de contato aqui com o meu núcleo soma é um DNA que está inacessível a proteínas que vão fazer a transcrição e, portanto, a gente não vê a expressão dos genes que estão aqui localizados. Então, a gente precisa de um DNA livre de estonas. para que todas aquelas proteínas necessárias para a expressão daquele gene tenham acesso ao DNA. Bom, então, para que isso aconteça, algumas mudanças são necessárias na cromatina, tá? E existem pelo menos três processos que envolvem essa estrutura da cromatina e que vão afetar o controle da expressão gênica, que é a remodelagem da cromatina, modificação das estonas e a metilação no DNA. E nós vamos ver cada uma dessas três aqui um pouquinho em detalhes. A remodelagem da cromatina vai envolver a modelagem em sentido da estrutura da cromatina. Então, você não vai ter alteração química, por exemplo, do DNA, não vai ter alteração química de estona. A remodelagem vai impactar na forma como aquela cromatina está estruturada. Então, existe um complexo de remodelagem de cromatina, que são algumas proteínas. Se, por exemplo, elas têm... interesse em tirar uma região aqui, o íntimo contato do núcleo somo, que é uma região, por exemplo, promotora, eles vão empurrar aquele núcleo somo para frente. Então, de forma que aquele DNA que esteja aqui em contato, ele chega para trás, por exemplo, aí está uma região livre de núcleo somo. Então, dessa forma que está aqui, no início dessa figura, a gente não tem como os fatores de transcrição e a rineapolimerase terem acesso à região promotora. Então... Existe um complexo de remodelagem da cromatina que vai reposicionar aquele nucleossomo, por exemplo, empurrá-lo para frente, de forma que aquele DNA de interesse venha para trás e fique em uma região livre de nucleossomo. E agora sim, os meus fatores gerais de transcrição, a minha RNA polimerase, ela consegue ter acesso àquela região. E aí sim, olha só, já está começando a transcrição. Então, eu estou vendo a expressão daquele gene. Além disso, podem ocorrer também as modificações químicas nas proteínas histonas. E essas modificações químicas podem ser a metilação de aminoácidos que estão nessas histonas, a acetilação ou ainda a ubiquitinação dessas histonas. Vamos ver isso, como que acontece. Então, metilação das histonas nada mais é do que você adicionar ou você remover grupos de metila SH3 Tacada das estonas. Essa metilação acontece principalmente na lisina e na arginina, tá? E ela acontece por meio de enzimas. Tanto a adição quanto a remoção desse grupo, né? A cetila acontece por proteínas. Então você tem algumas enzimas chamadas metiltransferases, tá? E que podem ser de diferentes tipos, de acordo com qual aminoácido e em qual estona ela vai atuar. Tá joia? Então, 7 e DOT1, por exemplo, são exemplos de proteínas do tipo metiltransferases, que adicionam o grupo CH3 às estonas, e demetilases são as enzimas que vão remover esses grupos metila, tá? Então, uma vez adicionado, não quer dizer que aquele grupo metila vai estar ali para sempre e fazendo aquele papel, por exemplo, de estimular ou de reprimir a transcrição, tá? O importante é isso, porque a ventilação das estonas, ela pode tanto... estimular a transcrição, como também reprimir a transcrição. Exemplos. Então, a adição de grupos metilo na estona H3, no aminoácido lisina, por exemplo, na posição, essa posição ela quer dizer em relação à posição da lisina, tá? Então, nas posições 4, 36 e 79, são alterações químicas das estonas que promovem a... transcrição daqueles genes. Como que a gente representa isso? Então, K é a nossa representação de uma única letra para os aminoácidos e aqui, no caso, K é a representação da lisina. Então, o que eu estou mostrando aqui, por exemplo, é que a lisina na posição 4 da estona H3 está sendo metilada Assim como a lisina 36, na sua posição 36 da estômaga 3 da célula metilada, assim como a lisina da posição 79 na estômaga 3 da célula metilada. E todas essas alterações químicas das estômagas são marcas que a gente já sabe que estão associadas ao estímulo da transcrição. Ao passo que, por exemplo, a metilação da lisina nas posições 9 e 27, como mostrado aqui, Além disso, da estona H4 em sua posição 20, também da lisina vigésima, só que aqui na estona H4, essas aqui são marcas que indicam metilação, mas que estão associadas agora a uma repressão da expressão gênica. Então, eles estão reprimindo a expressão daquele determinado gene que contenha essa marca, tá? Então, metilação de estona pode estar associado tanto a... Estímulo da transcrição contra repressão da transcrição. Isso vai depender do aminoácido que está sendo metilado e em qual estona. Como eu falei para vocês, pode acontecer em arginina também. Então, aqui são exemplos de posições das argininas na estona H3 e também na estona H4, que pode receber o grupo metil e que pode estar associado ao estímulo de uma transcrição de determinado gene. Além disso, uma outra alteração química que pode acontecer com as estonas é a acetilação das estonas, que também vai ser a adição de um grupo CH3, de um grupo acetila, e que pode acontecer também nas estonas H3 e H4. Essa alteração química também acontece por meio de enzimas, então você tem as acetiltransferases que vão transferir para a estona esse grupo acetila, da mesma forma que as... desacetilases, elas vão retirar aquele grupo acetila das estonas. E a acetilação das estonas, ela não tem a opção de estimular ou de reprimir a transcrição, não, tá? Obrigatoriamente, a acetilação das estonas, ela está associada ao estímulo da transcrição. Por quê? Quando acontece a acetilação das estonas, como por exemplo aqui, ó, eu tô mostrando aqui. A estômago H4, na lisina de número 16, de posição 16, ela está sofrendo a acetilação, ela impede a formação de uma fibra de cromatina de 30 nanômetros. O que seria essa fibra de cromatina de 30 nanômetros? Seria uma fibra de cromatina mais condensada. E como eu falei para vocês, uma cromatina condensada, ela não permite a transgressão. Então, para aqui! a transcrição ocorra essa fibra de 30 nanômetros ela não pode acontecer é exatamente isso que uma acentuação promove esse impedimento da fibra de 30 nanômetros então tem uma cromatina mais frouxa e isso então estimula a transcrição daquele gene naquela região tá então acentuação nos estonas ela está automaticamente relacionada ao estímulo da transcrição e por fim a gente tem Obrigada. ubiquitinação das estonas, tá? A ubiquitina é uma proteína que está amplamente distribuída na célula, tá? Tanto no cetosol quanto no núcleo e ela está relacionada à sua função de dar estabilidade a determinadas proteínas, de promover o funcionamento de determinadas proteínas. E com relação às estonas, né? Então, as ubiquitinas, elas conseguem, tá? Estimular e associar as estonas, como esse macarrão. H2A, H2B, H3. E essa é a ubiquitinação, o que ela vai promover com as estonas. Então, uma estona H2A, por exemplo, ela pode ser ubiquitinada. Então, esse daqui é um exemplo que me mostra que a estona H2A está ubiquitinada e isso está diretamente relacionado ao silenciamento de genes. Então você tem... O silenciamento de genes envolvidos no desenvolvimento, por exemplo, a gente já viu que isso é uma máquina que, inclusive, é uma das alterações das estonas mais frequentes em mamíferos, né? É a ubiquitinação dessa H2A. Ela está relacionada à inativação do cromossomo X, né? A gente vai ver isso ainda nas aulas daqui pra frente, né? Que grande parte do cromossomo X das fêmeas, ele é silenciado. A gente vai ver, inclusive, que a cromatina dele é mais condensada e está diretamente ligada ao silenciamento. E uma das ferramentas que a gente tem do silenciamento também do cromossomo X é a ubiquitinação da estona H2A. Além disso, acontece também no progresso do ciclo celular e nas etapas de iniciação, alongamento e transcrição. E você também tem a opção de desubiquitinar uma estona que esteja ubiquitinada. Então vejam que esses processos que alteram a cromatina, não é uma coisa que acontece e vai ficar ali para sempre não. Então dependendo do estilo, a gente vai ver isso em epigenética, essas alterações podem ocorrer e podem ser descritas. Bom, a metilação do DNA por sua vez, ela é uma alteração química que está relacionada ao silenciamento dos genes. Então ela vai reprimir. a transcrição. Não vamos confundir com a adição do grupo metila nas caudas das proteínas estonas que pode ter... O papel de estimular ou não a transcrição, isso depende do aminoácido que está recebendo o grupo, então, às vezes, as pessoas confundem a metilação do DNA com aquilo que eu falei anteriormente das estonas, tá? Metilação do DNA obrigatoriamente está relacionada ao silenciamento do gene. Outra coisa que é importante, metilação do DNA não é uma mutação, tá? Porque a metilação do DNA, ela não... altera a sequência dos nucleotídeos. Por quê? A metilação do DNA acontece na base intrigenada do tipo citosina e ela continua sendo uma citosina. A única diferença é que ela recebe esse grupo CH3 aqui e aí a gente dá o nome a essa base de 5-metilcitosina, mas ela continua sendo uma citosina. Não é, então, uma mutação. Isso aqui, então, não é um erro, tá? A gente vai ver por... a distância da metilação do DNA na aula de epigenética também. Então essa metilação ela acontece única e exclusivamente na base nitrogenada do tipo citosina e ela acontece principalmente quando você tem aqui uma citosina e logo em seguida uma gonina. Então forma-se essas ilhas que a gente chama de CPG que você tem essas citosinas assim horizontal. Isso vai acontecer. principalmente em regiões que estão antecedentes a um determinado gene. Então, se antes do gene, por exemplo, eu tenho a metilação do DNA, eu tenho o silenciamento daquele gene. Como, portanto, que a metilação do DNA suprime a expressão gênica? Então, essa metilação que acontece na citosina, ela acontece principalmente nos nucleotídeos que vão estar... posicionados no sulco maior do DNA e isso acaba impedindo a ligação das proteínas que vão promover a expressão do gene, ou seja, são aquelas proteínas que vão promover a transcrição do gene. Então os fatores de transcrição em proteínas como a RNA polimerase, elas não conseguirão ligar a região promotora para dar início à transcrição. Além disso, a metilação do DNA... acaba atraindo as desacetilases e como a gente viu, as desacetilases vão remover grupos acetilas de proteínas estonas. Se eu retiro as acetilas de grupos de proteínas estonas, na verdade, o que eu vou promover? A fibra de 30 nanômetros pode ser formada e uma fibra de 30 nanômetros é uma cromatina condensada, então isso ajuda ainda mais no silenciamento dos genes. Então, para que a gente tenha a expressão de um gene, é preciso que haja transcrição. E a gente já viu na aula de transcrição que a gente precisa de fatores de transcrição, de fatores gerais de transcrição e também de RNA polimerase, e que vai montar para mim aqui o aparato basal de transcrição. Então, relembrando, para eucariotos, eu tenho aquele para o motor cernes, esse aqui para o motor central, que é onde se ligarão. esses componentes do aparato basal de transcrição, que são inúmeros fatores gerais de transcrição, e a própria polimerase, e a gente tem o promotor regulatório, que antecede a esse promotor CR. Quem vai se ligar a esse promotor? Essa aqui, a proteína ativadora, e que vai ter o papel, como seu próprio nome sugere, de estimular ainda mais a transcrição. E lembrando que essa proteína ativadora, aproveitando aqui a imagem, ela pode se ligar em uma outra região além desse promotor regulatório, que é conhecida como hêncer, é conhecida como acentuador, e que inclusive pode estar distante daquele promotor. Mas então, o que eu quero que vocês entendam é que o controle pode ser feito, por exemplo, estimulando determinado gene que o corpo necessite muito daquele seu produto naquele momento. E para estimular a expressão de determinados genes, então, além do aparato basal de transcrição, que como o próprio nome sugere, o aparato basal de transcrição, eu tenho em ação proteínas ativadoras para estimular ainda mais a transcrição. Então, vamos pegar aqui como exemplo de uma proteína ativadora, uma proteína chamada H4, que é uma proteína que está relacionada no controle da expressão de genes. em leveduras que vão metabolizar galactose. Então, vamos entender o que está acontecendo aqui nessa imagem, tá? Então, aqui naquele meu proporcerno, eu tenho um aparato basal de transcrição, eu tenho aqui a minha RNA polimerase com vários fatores gerais de transcrição, e importante aqui nessa imagem é essa região aqui. determinada e nomeada como o ASG. O ASG é uma errência, ele é uma região acentuadora, então nessa região se liga a proteína ativadora, que no caso aqui desse exemplo é a proteína H4, tá? Mas percebam que proteína H4, ela não está exercendo seu papel na célula de ativadora porque ela não está em contato com aquele meu aparato basal de transcrição. E esse contato está sendo impedido por essa outra proteína aqui, chamada de GAO-80, que está em íntimo contato com a GAO-4. Então, por mais que GAO-4 esteja aqui ligada a essa região UASG, essa ativação não acontece porque a GAO-80 impede o contato da proteína ativadora com o meu aparato basal de transcrição. Contudo, chega GAO-lactoso no meio. E a presença dessa galactose, ela vai ser detectada por uma outra proteína chamada Gal3. E aí vai se estabelecer um contato íntimo de Gal3 com essa molécula galactose. E essa proteína Gal3, assim que detectar a presença de galactose, se liga à galactose e também à proteína H80. E quando a Gal3, já ligada à galactose, ela se ligar à H80, A H80 muda sua conformação. Ela muda sua conformação de forma que ela perde o contato com a proteína H4 que antes estava ligada a ela. Então é como se ela de verdade saísse de cena. E quando ela sai de cena, aí eu promovo o contato íntimo da minha proteína ativadora H4 com o meu aparato basal de transcrição e agora sim eu vou conseguir estimular ainda mais a minha transcrição. E que bom, né? Porque eu preciso... das minhas enzimas necessárias para que eu possa fazer o uso dessa galactose do meio, tá? Bom, assim como nós temos proteínas ativadoras, nós temos também os repressores, né? E essas proteínas, né, chamadas de repressores, como o próprio nome sugere também, o papel delas é de inibir a transcrição. E como que ela inibe a transcrição? de uma maneira muito semelhante ao que a gente viu para os ativadores. Então, ela pode se ligar a um promotor regulatório ou ainda a uma região chamada de silenciador. E existem alguns mecanismos que esses repressores atuam para que eles promovam essa inibição da transcrição. Por exemplo, eles competem com os ativadores por sítios de ligação ao DNA. Então, uma região para o motor regulatório que esteja ocupada por um repressor Não vai ser ocupada por um ativador, então não vai ter estímulo da transcrição, tá? Além disso, ela pode se ligar próximo a esses ativadores, né? Impedindo o contato com o aparato basal de transcrição. Então, se o ativador tá aqui, por exemplo, e essa proteína repressora se liga a ela aqui, por exemplo, ela impede o contato da proteína ativadora com o aparato basal de transcrição, inibindo a transcrição, tá? E por último, ela pode interferir diretamente na montagem. a vantagem do aparato basal de transcrição. Então, ela não deixa, por exemplo, os fatores gerais de transcrição se ligarem para o motor CERN, não deixa, não permite a RNA polimerase se ligar àquele para o motor CERN, então impede a formação do aparato basal de transcrição. Não tem aparato basal de transcrição, eu estou silenciando aquele gene porque não vai ocorrer transcrição. Esses acentuadores, né? A gente já viu um exemplo, o ESG, lá, quando a gente estava falando sobre o funcionamento da galactose, do uso da galactose, na verdade, nas leveduras, eles vão afetar diretamente a transcrição, tá? Por quê? São regiões que não são promotoras, podem, inclusive, estar distante dos promotores e do gene, mas eles afetam porque é nessa região que a proteína ativadora pode se ligar, tá? Então, esses acentuadores aí... Eles são detectados por proteínas regulatórias, como por exemplo uma proteína ativadora, e faz com que essa região se aproxime do aparato basal de transcrição e estimula a transcrição. Então, mais uma vez a gente vem para essa imagem aqui, que eu estou mostrando para vocês. Então, recapitulando. Aqui em amarelo é o promotor sérneo, o promotor central, onde se formou o aparato basal de transcrição. E aqui, que está bem distante, é o meu acentuador. E esse acentuador, ou enrense, é onde as proteínas ativadoras de transcrição vão se ligar, de forma que ela interage com o aparato basal de transcrição, promovendo, estimulando a transcrição daquele gene. A gente tem também no DNA dos eucariotos algumas sequências que bloqueiam o efeito dos acentuadores, tá? São chamados de insuladores. Então, antes de eu explicar, vamos tentar entender o que essa figura, o que essa imagem está me mostrando. Então, eu tenho aqui um promotor e esse promotor é um promotor do GNA, ok? E próximo a ele eu tenho um acentuador. Então, tem o apoio... possibilidade de uma proteína ativadora se ligar a esse acentuador e estimular a transcrição desse promotor. No outro extremo da minha imagem, eu também tenho um promotor, só que para esse gene aqui, que é o gene B. Próximo a ele, eu tenho um outro acentuador. Esse acentuador aqui, que é o acentuador 2, ele pode ser utilizado por uma proteína ativadora, e aí sim eu consigo estimular a transcrição desse gene B. Contudo, esse acentuador aqui, 1, que estimula a transcrição do gene A, não é capaz de estimular a transcrição do gene B. Porque entre esse acentuador 1 e o promotor do gene B, eu tenho uma região que é a região insuladora, e aí eu tenho uma proteína que se liga a esse insulador e bloqueia o efeito. Só que... Ele só consegue bloquear o efeito entre esse acentuador 1 e o gene B, porque entre o acentuador 1 e o gene B eu tenho esse insulador. Ele não provoca efeito algum com o gene A, porque entre o acentuador e esse gene A não existe essa região insuladora. O mesmo, essa mesma associação a gente pode fazer por outro gene. Então aqui, o gene B, ele pode ser estimulado por proteínas aqui que... que detectam esse acentuador 2, só que esse acentuador aqui 2, ele não consegue estimular, ele não tem efeito algum sobre o GNA. Por quê? Entre o acentuador 2 e o GNA, a gente tem essa região insuladora, ok? Mas esse acentuador 2, ele consegue estimular a transcrição do gene B. Bom, nós estávamos falando bem no início da nossa aula que a gente tem... uma estrutura do genoma de eucariotos diferente de procariotos. Enquanto procariotos você tem os genes em óperos ou operontos, a gente não tem isso nos eucariotos. A gente tem praticamente um gene com promotor, tá? Só que às vezes eu preciso que vários genes eles sejam expressos ao mesmo tempo. Porque eles precisam, por exemplo, me dar produtos e esses diferentes produtos são necessários para uma mesma via metabólica. Então, a regulação gênica de alquiloriotes tem que ser, de alguma forma, coordenada. Imaginem que eu tenho um gene, por exemplo, nosso no cromossomo 2 e um gene lá no nosso cromossomo 20 e eu preciso do produto dos dois genes ao mesmo tempo. Como que eu vou fazer isso? Não é... Lembrando, transcrição... Não é igual a replicação que acontece em um momento só e que literalmente acontece de cabo a rabo em um cromossomo, de uma extremidade a outra, não é bem assim. Então, o que existe no nosso sistema para que essa regulação gênica seja coordenada? Então, vários genes eucarióticos podem ser estimulados por um mesmo estímulo, eles podem ser ativados por um mesmo estímulo. E o que vai fazer com que isso aconteça? Esses diferentes genes, eles precisam ter sequências regulatórias em comuns em seus prometores. E essas sequências regulatórias, elas são chamadas de elementos de resposta. Então, por exemplo, eu tenho aqui, ó, exemplos de diferentes elementos de resposta. Então, eu vou pegar aqui, ó, elemento de resposta glicocorticones. Esses elementos respondem a qual estímulo? Glicocorticones. Os diferentes genes que eu preciso para responder a esse estímulo de glicocorticoides tem essa sequência aqui, que é uma sequência de consenso. Lembra da sequência de consenso? Que são sequências semelhantes, que mudam muito pouco entre si nos diferentes promotores. Outro exemplo, o elemento de choque de calor, que responde a calor e outros tipos de estresse. Então, eu tenho uma sequência de consenso nesses diferentes genes que eu preciso para responder a esse determinado estímulo. Então, o que eu tenho? Eu tenho diferentes genes que podem ser expressos sobre o mesmo estímulo, porque em seus promotores eles têm esse mesmo elemento de resposta. Além disso, um único gene eucariótico pode ser regulado por vários elementos de resposta diferente, o que é extremamente interessante porque se um gene tem múltiplos elementos de resposta, isso permite que esse mesmo gene seja ativado por estímulos diferentes. Então, com os eucariotos, essas duas coisas acontecem. Eu tenho a presença do mesmo elemento de resposta. em diferentes genes, e isso me permite que um único estímulo ative esses vários genes. Além disso, um mesmo gene pode ser ativado por diferentes estímulos, o que faz com que o mesmo gene possa ser expresso diante de diferentes estímulos, desde que ele tenha esses elementos de resposta. Então, para ilustrar isso, vamos pegar aqui o exemplo do gene de metanotioneína. Então, entendendo essa imagem aqui que corresponde ao gene de metalotioneína, tá? Bom, esse gene é um gene que, frente à presença de metais pesados, ele vai produzir para a gente proteínas ativadoras que se ligam ao elemento de resposta para estimular a transcrição. Então, aqui eu tenho o gene de metalotioneína. Antes dele, eu tenho a minha região promotora, meu... que é meu promotor central, o promotor cerno, que é onde vai ser formado o meu aparato basal de transcrição. Então, por isso que aqui, ó, ele está colocando para mim fatores de transcrição e RNA polimerase, tá? E antecedente a ele, ó, todas essas regiões aqui em azul, em vermelho, azul de novo e em roxo, são os diferentes elementos de resposta, tá? Então, eu tenho aqui, ó, uma região que vai respirar. responder a esteroide eu tenho aqui uma região que na verdade vai ser uma ativadora ativadora a resposta ao metal pesado tá aqui eu tenho uma outra região eu tenho diferentes elementos de resposta então esse mesmo gene ele pode responder a diferentes estímulos tá então em resposta especificamente aos metais pesados As proteínas ativadoras aqui se ligam aos elementos de resposta a metais pesados e estimulam a transcrição do gene de metalotione. Bom, então dando aqui continuidade, os eucariotos possuem, por conta da sua divisão temporal e espacial de transcrição e de tradução, possuem diferentes possibilidades de regulação dessa expressão gênica. E uma das estratégias que existem é exatamente a recomposição alternativa ou splicing alternativo. E eu vou mostrar para vocês um exemplo de que esse controle de qual splicing vai acontecer tem consequências fenotípicas importantes para a drosófila, porque dependendo da recomposição que acontece, você tem o desenvolvimento do fenótipo do macho ou do fenótipo da fêmea. Então vamos entender esse HnRNA aqui, que é o precursor do RNA mensageiro. E ele é composto por quatro exons, demonstrado pelas letras A, B, C e D. E a gente vê que nesse precursor a gente tem ainda a presença de dois introns. Aqui à esquerda da imagem eu vou mostrar para vocês um dos tipos de splicing que acontece, que está regularizado, regulado somente pela retirada dos introns. Então a gente tem aqui no RNA mensageiro maduro a união dos quatro exons A, B, C e D. Só que no B, eu tenho um códon de parada que vai ser utilizado, então, lá na tradução e que vai me dar, então, a proteína encurtada. Então, eu tenho uma proteína trá não funcional. E a produção dessa proteína trá não funcional é o que vai desenvolver o fenótipo do macho. Aqui à direita, eu vou mostrar para vocês um outro tipo de splicing que acontece e acontece por conta da ação dessa proteína SXL, tá? É essa proteína que vai alterar o sítio do splicing. Por quê? Esse íntron aqui vai ser retirado, mas junto com esse íntron aqui, ele vai utilizar, na verdade, essa região para fazer a remoção desse íntron. Então, junto com esse íntron, ele acaba removendo esse exon B. E o seu RNA mensageiro, então, é formado pelos exons A, C e D. E aí sim eu vou ter a tradução de uma proteína trafuncional. E o que... implica no desenvolvimento do fenótipo de uma drosófila do tipo fêmea, tá? E não macho. Além disso, deixa eu me tirar daqui de novo, além disso, a gente tem a possibilidade de regular a expressão de determinados genes, determinando se aquele gene vai ser transcrito, desculpa, se ele vai ser traduzido, e aí a gente vai ver a expressão daquele gene ou não. Então, já é um controle da expressão gênica que vem depois de acontecer a transcrição, tá? Por quê? O nosso RNA mensageiro, por exemplo, ele é degradado por ribonucleases. diferentes ribonucleases, e ela pode degradar o RNA mensageiro começando pelo CAP5', ou então na outra extremidade, na cauda polial, então internamente quebrando aquele RNA mensageiro. E essa degradação do RNA mensageiro ocorre em locais específicos, que são esses corpúsculos P. Então os RNAs que estão sendo levados para esse corpúsculo P, eles serão degradados, então a gente não vai ver a expressão daqueles genes. Contudo, já foi... estudado, já foi revelado para a gente, que esses corpúsculos P, eles não são somente locais de degradação do DNA, porque eles podem armazenar temporariamente o RNA. Então, eles controlam, por exemplo, aqueles RNAs que serão sequestrados temporariamente e aí a gente não vai ver a expressão daquele gene, depois ele pode liberar e a gente vê a expressão daquele gene. Então, é uma forma de controlar a expressão ou não de determinados genes. Bom. A gente tem ainda a possibilidade de uma regulação gênica que acontece com o uso de pequenos RNAs, que são RNAs que podem ter de 20 a 30 nucleotídeos e são classificados como microRNAs ou como RNAs curtos de interferência. Os microRNAs, eles são gerados pela ação de enzimas DROX e DICER, a gente vai ver um pouco melhor uma imagem no próximo slide, e aí vai ter uma associação também com as proteínas águas, que são da classe das proteínas argonautas, e que vão atuar como reguladores pós-transcricionais. Então, os RNAs, eles são transcritos, mas eles podem não ser traduzidos. Eu vou mostrar por quê. Então, aqui nessa imagem, o que a gente tem? Então, aqui dentro... do núcleo da célula, a gente tem a transcrição de um RNA que, olha só, forma esse grampo, tá? Mas ele vai ser processado por essa proteína droxa e vai ser exportado para o citosol, para o citoplasma. E lá, esse precursor do microRNA, ele ainda vai ser processado, né, por essa enzima Dicer, tá? Então, eu tenho aqui agora um microRNA maduro, que vai associar um complexo de proteínas, que é o complexo RIS, que é onde está a proteína água, por exemplo, E aí eles vão detectar o RNA mensageiro alvo deles. Então aqui eu tenho dentro do núcleo também um outro gene alvo que vai ser transcrito e processado no RNA mensageiro maduro, já que também vai chegar no citoplasma. Só que quando ele chegar no citoplasma, ele vai ser reconhecido por esse complexo das proteínas RISC com aquele microRNA. Ele vai reconhecer o seu gene alvo. Ele pode levar, então, esse RNA mensageiro-alvo para o complexo do corpo P, que é onde a gente viu recentemente que pode acontecer a degradação daquele RNA. Então, eu não vou ver a transcrição desse gene. Eu estou vendo que ocorre a transcrição, mas eu não vou ver a expressão daquele gene, porque não vai haver a tradução. Os RNAs de interferências curtos, os RNAs curtos de interferência, Eles antes achavam-se que eram RNAs de interferência, RNAs exógenos, que vinham, por exemplo, por meio de vírus. Mas hoje a gente já sabe que esses RNAs são endógenos, eles são produzidos por nós mesmos, tá? E eles estão presentes em eucariotos mais simples, como, por exemplo, quinidários, até nós, seres humanos, né? E eles são semelhantes aos microRNAs porque eles se associam a proteínas argonautas também, tá? A diferença... é que eles são produzidos a partir de RNAs de fita dupla longos, mas depois eles vão ser processados pelas proteínas, pela isoa Dicer, e aí ele vai ser convertido num RNA de interferência curto, que pode ter de 21 a 23 nucleotídeos, e ele também forma o complexo com a proteína RISC, e a gente vai ter uma proteína argonalta também, que é a AGO2, e aí ele vai promover a clivagem daquele RNA mensageiro, que é alvo. dos RNAs de interferência, certo? A gente vai ver agora também um exemplo de uma regulação gênica pelo nível de ferro, que também acontece em nível de tradução. Deixa eu me tirar daqui. Meu Deus, não estou conseguindo me tirar daqui. Aqui, pronto, agora sim. Que também acontece em nível de tradução. Então, a gente vai ver que é algo importante para a homeostase de ferro, tá? Então, o que a gente tem envolvido nessa regulação gênica? A gente tem genes importantes, né? E que são genes diferentes, mas que ambos possuem elementos de resposta ao ferro, tá? Então, a gente vai ter o gene da ferritina, tá? A ferritina é uma das principais proteínas de reserva do ferro. E a gente tem ainda o gene do receptor da transferrina. Quem é essa transferrina? Ela é responsável por transporte do ferro. Então, a gente tem o receptor dessa proteína que transporta o ferro, que é a transferrina, na superfície das células. Então, tanto o gene paraferritina, que armazena e reserva o ferro em excesso, quanto o gene do receptor da transferrina, possuem... mesmo elemento de resposta, que é elemento de resposta ao estímulo do ferro, tá? E esse elemento de resposta, ele é reconhecido pela proteína reguladora de ferro. Então, a gente vai usar as siglas IRE para representar o elemento de resposta ao ferro e a sigla IRP para representar para a gente a proteína reguladora do ferro, tá? Hoje eu estou ótima com esses computadores. Bom, então aqui, eu estou mostrando para vocês aqui o gene específico da transferrina, do receptor da transferrina e o que acontece, como ele é regulado quando a gente tem deficiência de ferro e quando a gente tem abundância de ferro. Então, para a gente entender essa imagem, aqui representado por esses tracinhos, eles correspondem aos elementos de resposta ao ferro. E esse oval aqui em cinza corresponde à proteína reguladora do ferro, tá? E esse gene aqui, então, é o gene que corresponde ao receptor da transferrina que transporta o ferro. Então, em uma situação de deficiência de ferro, essa proteína reguladora do ferro, ela se liga ao elemento de resposta ao ferro, tá? Do RNA mensageiro, do receptor da transferrina. e estabilizando esse RNA mensageiro de forma que ele não vai ser degradado. Então, ele vai ser transcrito, ele vai ser traduzido. Então, o RNA mensageiro do receptor da transferrina, ele vai ser estabilizado para que ele possa ser traduzido, porque eu preciso dos receptores de transferrina para eles poderem receber o ferro que, porventura, esteja sendo transportado pela transferrina. Agora, quando eu tenho muito ferro, eu não preciso... das células receberem aquele ferro, porque ele está em abundância. Então, o que acontece? Aquele RNA mensageiro pode ser degradado, porque eu não estou precisando de receber aquele ferro que está em grande quantidade da minha célula. Então, a proteína reguladora do ferro se torna inativa e não vai se ligar ao elemento de resposta ao ferro do gene do receptor da transferrina. Então, aquele RNA mensageiro... pode ser levado para o corpo P para ser degradado. Aqui é uma mesma condição de deficiência de abundância do ferro, só que para o outro gene, que é o gene da ferritina. Lembrando que a ferritina é aquela proteína responsável pelo armazenamento, pela reserva de ferro. Então, se eu tenho uma deficiência de ferro, a minha proteína reguladora do ferro se liga ao elemento de resposta do ferro e o que ele vai fazer é bloquear a... tradução da ferritina, tá vendo? Aqui, ó, não vai ser formada a ferritina. E por que eu não posso formar a ferritina? Porque eu tenho deficiência de ferro naquele organismo, então ele não pode ser armazenado numa proteína, ele precisa ser transportado para as células para que ele possa exercer a sua função, tá? Agora, quando eu tenho ferro em abundância, essa ferritina, ela pode ser traduzida para reservar aquele ferro em abundância. Então, a proteína reguladora do ferro, ela se torna inativa. não vai se ligar, não vai reconhecer o elemento de resposta ao ferro e essa ferritina vai ser traduzida, o que é ótimo porque ela vai poder reservar aquele ferro que está em abundância no organismo, tá? Bom, sobre o controle da expressão gênica de eucariotos, o que eu queria falar e passar para vocês são essas informações. Melhores informações e com detalhes vocês vão conseguir nos livros, tá? De referências que estão lá nos planos de ensinos para vocês, tá bom? Obrigada!

importantes e que inclusive serão importantes à medida que a gente considera o processo em si em eucariotos. Por exemplo, os procariotos, de acordo com a sua estrutura do genoma, a gente tinha os genes estruturados em óperos e em operons. E o que isso implica? Que vários genes que os seus produtos eram necessários para uma mesma via metabólica, eles estavam sob o controle de um único promotor.

E isso garantia para o procarioto que uma vez ativado aquele promotor, todos os genes seriam transcritos, seriam expressos, e isso garantia para o procarioto que todas aquelas proteínas necessárias naquela via metabólica, por exemplo, elas estivessem ali presentes naquele mesmo tempo. Isso não acontece com o eucariotos, o nosso genoma não está estruturado dessa forma de operons ou de óperos. Então, o nosso...

caso a maioria dos nossos genes estruturais eles têm seus próprios promotores. Então, basicamente, a gente tem o gene, então a gente vai ter um promotor específico para aquele gene, tá? Além disso, a nossa estrutura de cromatina em si, ela afeta a expressão gênica.

A gente tem que lembrar que nosso genoma, né, que está armazenado dentro do nosso núcleo, né, lá nos cromossomos, para que ele possa estar lá dentro daquele núcleo tão pequeno, né, Ele é o... o seu papado ele é empacotado e aquela cromatina está muito condensada porque aquele DNA está enovelado em um octâmero de estonas né e forma-se portanto um núcleo somo e a cromatina condensada daquela forma ela está inacessível às proteínas responsáveis pela transcrição então todos aqueles fatores gerais de transcrição a RNA polimerase que a gente viu por exemplo na aula de transcrição transcrição, elas não conseguem ter acesso ao DNA e aquele DNA não vai ser transcrito. Então, uma cromatina, para que ela possa ser expressa, ela não pode estar condensada porque ela está inacessível às proteínas de transcrição. Outro fator importante que tem em eucariotos é que a gente tem uma membrana nuclear e isso acaba separando alguns processos de fluxo da informação gênica, como transcrição e tradução no... no tempo e no espaço e isso dá para o eucarioto algumas oportunidades a mais de controle da expressão gênica em relação aos procariotos porque vamos lembrar que nos procariotos o RNA estava sendo transcrito e mal a sua transcrição acabou lá no final do RNA mensageiro já existem ribossomos acoplados lá no início do RNA para que se possa fazer a tradução tá Aqui, só para que a gente possa relembrar a estrutura da cromatina de nós eucariotos, quando a gente pensa em cromossomos, a gente não pensa somente na molécula de DNA.

A gente pensa na molécula de DNA e nas proteínas associadas a essa molécula de DNA, como, por exemplo, as estonas. Então, quando a gente pensa nas estonas, a gente tem o octâmero. Bom, então, quando a gente... quando a gente pensa no octâmero de estonas, nós temos esse octâmero sendo formado por quatro proteínas estonas distintas, H2A, H2B, H3 e H4, cada uma dessas proteínas presentes duas vezes. E esse núcleo somo, portanto, seria essa estrutura em roxo aqui, em que o DNA, ele é cortado por verde ele se enrola e e esse núcleo soma é assegurado, ele é apoiado por essa outra estona, que é a estona H1.

Então, por exemplo, um DNA com esse grau de contato aqui com o meu núcleo soma é um DNA que está inacessível a proteínas que vão fazer a transcrição e, portanto, a gente não vê a expressão dos genes que estão aqui localizados. Então, a gente precisa de um DNA livre de estonas. para que todas aquelas proteínas necessárias para a expressão daquele gene tenham acesso ao DNA. Bom, então, para que isso aconteça, algumas mudanças são necessárias na cromatina, tá?

E existem pelo menos três processos que envolvem essa estrutura da cromatina e que vão afetar o controle da expressão gênica, que é a remodelagem da cromatina, modificação das estonas e a metilação no DNA. E nós vamos ver cada uma dessas três aqui um pouquinho em detalhes. A remodelagem da cromatina vai envolver a modelagem em sentido da estrutura da cromatina.

Então, você não vai ter alteração química, por exemplo, do DNA, não vai ter alteração química de estona. A remodelagem vai impactar na forma como aquela cromatina está estruturada. Então, existe um complexo de remodelagem de cromatina, que são algumas proteínas. Se, por exemplo, elas têm...

interesse em tirar uma região aqui, o íntimo contato do núcleo somo, que é uma região, por exemplo, promotora, eles vão empurrar aquele núcleo somo para frente. Então, de forma que aquele DNA que esteja aqui em contato, ele chega para trás, por exemplo, aí está uma região livre de núcleo somo. Então, dessa forma que está aqui, no início dessa figura, a gente não tem como os fatores de transcrição e a rineapolimerase terem acesso à região promotora.

Então... Existe um complexo de remodelagem da cromatina que vai reposicionar aquele nucleossomo, por exemplo, empurrá-lo para frente, de forma que aquele DNA de interesse venha para trás e fique em uma região livre de nucleossomo. E agora sim, os meus fatores gerais de transcrição, a minha RNA polimerase, ela consegue ter acesso àquela região. E aí sim, olha só, já está começando a transcrição. Então, eu estou vendo a expressão daquele gene.

Além disso, podem ocorrer também as modificações químicas nas proteínas histonas. E essas modificações químicas podem ser a metilação de aminoácidos que estão nessas histonas, a acetilação ou ainda a ubiquitinação dessas histonas. Vamos ver isso, como que acontece.

Então, metilação das histonas nada mais é do que você adicionar ou você remover grupos de metila SH3 Tacada das estonas. Essa metilação acontece principalmente na lisina e na arginina, tá? E ela acontece por meio de enzimas. Tanto a adição quanto a remoção desse grupo, né?

A cetila acontece por proteínas. Então você tem algumas enzimas chamadas metiltransferases, tá? E que podem ser de diferentes tipos, de acordo com qual aminoácido e em qual estona ela vai atuar. Tá joia? Então, 7 e DOT1, por exemplo, são exemplos de proteínas do tipo metiltransferases, que adicionam o grupo CH3 às estonas, e demetilases são as enzimas que vão remover esses grupos metila, tá?

Então, uma vez adicionado, não quer dizer que aquele grupo metila vai estar ali para sempre e fazendo aquele papel, por exemplo, de estimular ou de reprimir a transcrição, tá? O importante é isso, porque a ventilação das estonas, ela pode tanto... estimular a transcrição, como também reprimir a transcrição.

Exemplos. Então, a adição de grupos metilo na estona H3, no aminoácido lisina, por exemplo, na posição, essa posição ela quer dizer em relação à posição da lisina, tá? Então, nas posições 4, 36 e 79, são alterações químicas das estonas que promovem a...

transcrição daqueles genes. Como que a gente representa isso? Então, K é a nossa representação de uma única letra para os aminoácidos e aqui, no caso, K é a representação da lisina. Então, o que eu estou mostrando aqui, por exemplo, é que a lisina na posição 4 da estona H3 está sendo metilada Assim como a lisina 36, na sua posição 36 da estômaga 3 da célula metilada, assim como a lisina da posição 79 na estômaga 3 da célula metilada.

E todas essas alterações químicas das estômagas são marcas que a gente já sabe que estão associadas ao estímulo da transcrição. Ao passo que, por exemplo, a metilação da lisina nas posições 9 e 27, como mostrado aqui, Além disso, da estona H4 em sua posição 20, também da lisina vigésima, só que aqui na estona H4, essas aqui são marcas que indicam metilação, mas que estão associadas agora a uma repressão da expressão gênica. Então, eles estão reprimindo a expressão daquele determinado gene que contenha essa marca, tá?

Então, metilação de estona pode estar associado tanto a... Estímulo da transcrição contra repressão da transcrição. Isso vai depender do aminoácido que está sendo metilado e em qual estona.

Como eu falei para vocês, pode acontecer em arginina também. Então, aqui são exemplos de posições das argininas na estona H3 e também na estona H4, que pode receber o grupo metil e que pode estar associado ao estímulo de uma transcrição de determinado gene. Além disso, uma outra alteração química que pode acontecer com as estonas é a acetilação das estonas, que também vai ser a adição de um grupo CH3, de um grupo acetila, e que pode acontecer também nas estonas H3 e H4.

Essa alteração química também acontece por meio de enzimas, então você tem as acetiltransferases que vão transferir para a estona esse grupo acetila, da mesma forma que as... desacetilases, elas vão retirar aquele grupo acetila das estonas. E a acetilação das estonas, ela não tem a opção de estimular ou de reprimir a transcrição, não, tá?

Obrigatoriamente, a acetilação das estonas, ela está associada ao estímulo da transcrição. Por quê? Quando acontece a acetilação das estonas, como por exemplo aqui, ó, eu tô mostrando aqui. A estômago H4, na lisina de número 16, de posição 16, ela está sofrendo a acetilação, ela impede a formação de uma fibra de cromatina de 30 nanômetros.

O que seria essa fibra de cromatina de 30 nanômetros? Seria uma fibra de cromatina mais condensada. E como eu falei para vocês, uma cromatina condensada, ela não permite a transgressão. Então, para aqui!

a transcrição ocorra essa fibra de 30 nanômetros ela não pode acontecer é exatamente isso que uma acentuação promove esse impedimento da fibra de 30 nanômetros então tem uma cromatina mais frouxa e isso então estimula a transcrição daquele gene naquela região tá então acentuação nos estonas ela está automaticamente relacionada ao estímulo da transcrição e por fim a gente tem Obrigada. ubiquitinação das estonas, tá? A ubiquitina é uma proteína que está amplamente distribuída na célula, tá?

Tanto no cetosol quanto no núcleo e ela está relacionada à sua função de dar estabilidade a determinadas proteínas, de promover o funcionamento de determinadas proteínas. E com relação às estonas, né? Então, as ubiquitinas, elas conseguem, tá? Estimular e associar as estonas, como esse macarrão. H2A, H2B, H3.

E essa é a ubiquitinação, o que ela vai promover com as estonas. Então, uma estona H2A, por exemplo, ela pode ser ubiquitinada. Então, esse daqui é um exemplo que me mostra que a estona H2A está ubiquitinada e isso está diretamente relacionado ao silenciamento de genes. Então você tem... O silenciamento de genes envolvidos no desenvolvimento, por exemplo, a gente já viu que isso é uma máquina que, inclusive, é uma das alterações das estonas mais frequentes em mamíferos, né?

É a ubiquitinação dessa H2A. Ela está relacionada à inativação do cromossomo X, né? A gente vai ver isso ainda nas aulas daqui pra frente, né?

Que grande parte do cromossomo X das fêmeas, ele é silenciado. A gente vai ver, inclusive, que a cromatina dele é mais condensada e está diretamente ligada ao silenciamento. E uma das ferramentas que a gente tem do silenciamento também do cromossomo X é a ubiquitinação da estona H2A. Além disso, acontece também no progresso do ciclo celular e nas etapas de iniciação, alongamento e transcrição.

E você também tem a opção de desubiquitinar uma estona que esteja ubiquitinada. Então vejam que esses processos que alteram a cromatina, não é uma coisa que acontece e vai ficar ali para sempre não. Então dependendo do estilo, a gente vai ver isso em epigenética, essas alterações podem ocorrer e podem ser descritas.

Bom, a metilação do DNA por sua vez, ela é uma alteração química que está relacionada ao silenciamento dos genes. Então ela vai reprimir. a transcrição. Não vamos confundir com a adição do grupo metila nas caudas das proteínas estonas que pode ter...

O papel de estimular ou não a transcrição, isso depende do aminoácido que está recebendo o grupo, então, às vezes, as pessoas confundem a metilação do DNA com aquilo que eu falei anteriormente das estonas, tá? Metilação do DNA obrigatoriamente está relacionada ao silenciamento do gene. Outra coisa que é importante, metilação do DNA não é uma mutação, tá? Porque a metilação do DNA, ela não...

altera a sequência dos nucleotídeos. Por quê? A metilação do DNA acontece na base intrigenada do tipo citosina e ela continua sendo uma citosina. A única diferença é que ela recebe esse grupo CH3 aqui e aí a gente dá o nome a essa base de 5-metilcitosina, mas ela continua sendo uma citosina.

Não é, então, uma mutação. Isso aqui, então, não é um erro, tá? A gente vai ver por...

a distância da metilação do DNA na aula de epigenética também. Então essa metilação ela acontece única e exclusivamente na base nitrogenada do tipo citosina e ela acontece principalmente quando você tem aqui uma citosina e logo em seguida uma gonina. Então forma-se essas ilhas que a gente chama de CPG que você tem essas citosinas assim horizontal.

Isso vai acontecer. principalmente em regiões que estão antecedentes a um determinado gene. Então, se antes do gene, por exemplo, eu tenho a metilação do DNA, eu tenho o silenciamento daquele gene.

Como, portanto, que a metilação do DNA suprime a expressão gênica? Então, essa metilação que acontece na citosina, ela acontece principalmente nos nucleotídeos que vão estar... posicionados no sulco maior do DNA e isso acaba impedindo a ligação das proteínas que vão promover a expressão do gene, ou seja, são aquelas proteínas que vão promover a transcrição do gene. Então os fatores de transcrição em proteínas como a RNA polimerase, elas não conseguirão ligar a região promotora para dar início à transcrição.

Além disso, a metilação do DNA... acaba atraindo as desacetilases e como a gente viu, as desacetilases vão remover grupos acetilas de proteínas estonas. Se eu retiro as acetilas de grupos de proteínas estonas, na verdade, o que eu vou promover? A fibra de 30 nanômetros pode ser formada e uma fibra de 30 nanômetros é uma cromatina condensada, então isso ajuda ainda mais no silenciamento dos genes. Então, para que a gente tenha a expressão de um gene, é preciso que haja transcrição.

E a gente já viu na aula de transcrição que a gente precisa de fatores de transcrição, de fatores gerais de transcrição e também de RNA polimerase, e que vai montar para mim aqui o aparato basal de transcrição. Então, relembrando, para eucariotos, eu tenho aquele para o motor cernes, esse aqui para o motor central, que é onde se ligarão. esses componentes do aparato basal de transcrição, que são inúmeros fatores gerais de transcrição, e a própria polimerase, e a gente tem o promotor regulatório, que antecede a esse promotor CR.

Quem vai se ligar a esse promotor? Essa aqui, a proteína ativadora, e que vai ter o papel, como seu próprio nome sugere, de estimular ainda mais a transcrição. E lembrando que essa proteína ativadora, aproveitando aqui a imagem, ela pode se ligar em uma outra região além desse promotor regulatório, que é conhecida como hêncer, é conhecida como acentuador, e que inclusive pode estar distante daquele promotor. Mas então, o que eu quero que vocês entendam é que o controle pode ser feito, por exemplo, estimulando determinado gene que o corpo necessite muito daquele seu produto naquele momento. E para estimular a expressão de determinados genes, então, além do aparato basal de transcrição, que como o próprio nome sugere, o aparato basal de transcrição, eu tenho em ação proteínas ativadoras para estimular ainda mais a transcrição.

Então, vamos pegar aqui como exemplo de uma proteína ativadora, uma proteína chamada H4, que é uma proteína que está relacionada no controle da expressão de genes. em leveduras que vão metabolizar galactose. Então, vamos entender o que está acontecendo aqui nessa imagem, tá?

Então, aqui naquele meu proporcerno, eu tenho um aparato basal de transcrição, eu tenho aqui a minha RNA polimerase com vários fatores gerais de transcrição, e importante aqui nessa imagem é essa região aqui. determinada e nomeada como o ASG. O ASG é uma errência, ele é uma região acentuadora, então nessa região se liga a proteína ativadora, que no caso aqui desse exemplo é a proteína H4, tá?

Mas percebam que proteína H4, ela não está exercendo seu papel na célula de ativadora porque ela não está em contato com aquele meu aparato basal de transcrição. E esse contato está sendo impedido por essa outra proteína aqui, chamada de GAO-80, que está em íntimo contato com a GAO-4. Então, por mais que GAO-4 esteja aqui ligada a essa região UASG, essa ativação não acontece porque a GAO-80 impede o contato da proteína ativadora com o meu aparato basal de transcrição.

Contudo, chega GAO-lactoso no meio. E a presença dessa galactose, ela vai ser detectada por uma outra proteína chamada Gal3. E aí vai se estabelecer um contato íntimo de Gal3 com essa molécula galactose.

E essa proteína Gal3, assim que detectar a presença de galactose, se liga à galactose e também à proteína H80. E quando a Gal3, já ligada à galactose, ela se ligar à H80, A H80 muda sua conformação. Ela muda sua conformação de forma que ela perde o contato com a proteína H4 que antes estava ligada a ela.

Então é como se ela de verdade saísse de cena. E quando ela sai de cena, aí eu promovo o contato íntimo da minha proteína ativadora H4 com o meu aparato basal de transcrição e agora sim eu vou conseguir estimular ainda mais a minha transcrição. E que bom, né? Porque eu preciso...

das minhas enzimas necessárias para que eu possa fazer o uso dessa galactose do meio, tá? Bom, assim como nós temos proteínas ativadoras, nós temos também os repressores, né? E essas proteínas, né, chamadas de repressores, como o próprio nome sugere também, o papel delas é de inibir a transcrição. E como que ela inibe a transcrição?

de uma maneira muito semelhante ao que a gente viu para os ativadores. Então, ela pode se ligar a um promotor regulatório ou ainda a uma região chamada de silenciador. E existem alguns mecanismos que esses repressores atuam para que eles promovam essa inibição da transcrição.

Por exemplo, eles competem com os ativadores por sítios de ligação ao DNA. Então, uma região para o motor regulatório que esteja ocupada por um repressor Não vai ser ocupada por um ativador, então não vai ter estímulo da transcrição, tá? Além disso, ela pode se ligar próximo a esses ativadores, né?

Impedindo o contato com o aparato basal de transcrição. Então, se o ativador tá aqui, por exemplo, e essa proteína repressora se liga a ela aqui, por exemplo, ela impede o contato da proteína ativadora com o aparato basal de transcrição, inibindo a transcrição, tá? E por último, ela pode interferir diretamente na montagem.

a vantagem do aparato basal de transcrição. Então, ela não deixa, por exemplo, os fatores gerais de transcrição se ligarem para o motor CERN, não deixa, não permite a RNA polimerase se ligar àquele para o motor CERN, então impede a formação do aparato basal de transcrição. Não tem aparato basal de transcrição, eu estou silenciando aquele gene porque não vai ocorrer transcrição. Esses acentuadores, né?

A gente já viu um exemplo, o ESG, lá, quando a gente estava falando sobre o funcionamento da galactose, do uso da galactose, na verdade, nas leveduras, eles vão afetar diretamente a transcrição, tá? Por quê? São regiões que não são promotoras, podem, inclusive, estar distante dos promotores e do gene, mas eles afetam porque é nessa região que a proteína ativadora pode se ligar, tá? Então, esses acentuadores aí...

Eles são detectados por proteínas regulatórias, como por exemplo uma proteína ativadora, e faz com que essa região se aproxime do aparato basal de transcrição e estimula a transcrição. Então, mais uma vez a gente vem para essa imagem aqui, que eu estou mostrando para vocês. Então, recapitulando. Aqui em amarelo é o promotor sérneo, o promotor central, onde se formou o aparato basal de transcrição.

E aqui, que está bem distante, é o meu acentuador. E esse acentuador, ou enrense, é onde as proteínas ativadoras de transcrição vão se ligar, de forma que ela interage com o aparato basal de transcrição, promovendo, estimulando a transcrição daquele gene. A gente tem também no DNA dos eucariotos algumas sequências que bloqueiam o efeito dos acentuadores, tá? São chamados de insuladores.

Então, antes de eu explicar, vamos tentar entender o que essa figura, o que essa imagem está me mostrando. Então, eu tenho aqui um promotor e esse promotor é um promotor do GNA, ok? E próximo a ele eu tenho um acentuador.

Então, tem o apoio... possibilidade de uma proteína ativadora se ligar a esse acentuador e estimular a transcrição desse promotor. No outro extremo da minha imagem, eu também tenho um promotor, só que para esse gene aqui, que é o gene B. Próximo a ele, eu tenho um outro acentuador. Esse acentuador aqui, que é o acentuador 2, ele pode ser utilizado por uma proteína ativadora, e aí sim eu consigo estimular a transcrição desse gene B.

Contudo, esse acentuador aqui, 1, que estimula a transcrição do gene A, não é capaz de estimular a transcrição do gene B. Porque entre esse acentuador 1 e o promotor do gene B, eu tenho uma região que é a região insuladora, e aí eu tenho uma proteína que se liga a esse insulador e bloqueia o efeito. Só que... Ele só consegue bloquear o efeito entre esse acentuador 1 e o gene B, porque entre o acentuador 1 e o gene B eu tenho esse insulador.

Ele não provoca efeito algum com o gene A, porque entre o acentuador e esse gene A não existe essa região insuladora. O mesmo, essa mesma associação a gente pode fazer por outro gene. Então aqui, o gene B, ele pode ser estimulado por proteínas aqui que... que detectam esse acentuador 2, só que esse acentuador aqui 2, ele não consegue estimular, ele não tem efeito algum sobre o GNA. Por quê?

Entre o acentuador 2 e o GNA, a gente tem essa região insuladora, ok? Mas esse acentuador 2, ele consegue estimular a transcrição do gene B. Bom, nós estávamos falando bem no início da nossa aula que a gente tem...

uma estrutura do genoma de eucariotos diferente de procariotos. Enquanto procariotos você tem os genes em óperos ou operontos, a gente não tem isso nos eucariotos. A gente tem praticamente um gene com promotor, tá? Só que às vezes eu preciso que vários genes eles sejam expressos ao mesmo tempo.

Porque eles precisam, por exemplo, me dar produtos e esses diferentes produtos são necessários para uma mesma via metabólica. Então, a regulação gênica de alquiloriotes tem que ser, de alguma forma, coordenada. Imaginem que eu tenho um gene, por exemplo, nosso no cromossomo 2 e um gene lá no nosso cromossomo 20 e eu preciso do produto dos dois genes ao mesmo tempo. Como que eu vou fazer isso? Não é...

Lembrando, transcrição... Não é igual a replicação que acontece em um momento só e que literalmente acontece de cabo a rabo em um cromossomo, de uma extremidade a outra, não é bem assim. Então, o que existe no nosso sistema para que essa regulação gênica seja coordenada?

Então, vários genes eucarióticos podem ser estimulados por um mesmo estímulo, eles podem ser ativados por um mesmo estímulo. E o que vai fazer com que isso aconteça? Esses diferentes genes, eles precisam ter sequências regulatórias em comuns em seus prometores. E essas sequências regulatórias, elas são chamadas de elementos de resposta. Então, por exemplo, eu tenho aqui, ó, exemplos de diferentes elementos de resposta.

Então, eu vou pegar aqui, ó, elemento de resposta glicocorticones. Esses elementos respondem a qual estímulo? Glicocorticones.

Os diferentes genes que eu preciso para responder a esse estímulo de glicocorticoides tem essa sequência aqui, que é uma sequência de consenso. Lembra da sequência de consenso? Que são sequências semelhantes, que mudam muito pouco entre si nos diferentes promotores.

Outro exemplo, o elemento de choque de calor, que responde a calor e outros tipos de estresse. Então, eu tenho uma sequência de consenso nesses diferentes genes que eu preciso para responder a esse determinado estímulo. Então, o que eu tenho? Eu tenho diferentes genes que podem ser expressos sobre o mesmo estímulo, porque em seus promotores eles têm esse mesmo elemento de resposta. Além disso, um único gene eucariótico pode ser regulado por vários elementos de resposta diferente, o que é extremamente interessante porque se um gene tem múltiplos elementos de resposta, isso permite que esse mesmo gene seja ativado por estímulos diferentes.

Então, com os eucariotos, essas duas coisas acontecem. Eu tenho a presença do mesmo elemento de resposta. em diferentes genes, e isso me permite que um único estímulo ative esses vários genes. Além disso, um mesmo gene pode ser ativado por diferentes estímulos, o que faz com que o mesmo gene possa ser expresso diante de diferentes estímulos, desde que ele tenha esses elementos de resposta.

Então, para ilustrar isso, vamos pegar aqui o exemplo do gene de metanotioneína. Então, entendendo essa imagem aqui que corresponde ao gene de metalotioneína, tá? Bom, esse gene é um gene que, frente à presença de metais pesados, ele vai produzir para a gente proteínas ativadoras que se ligam ao elemento de resposta para estimular a transcrição. Então, aqui eu tenho o gene de metalotioneína.

Antes dele, eu tenho a minha região promotora, meu... que é meu promotor central, o promotor cerno, que é onde vai ser formado o meu aparato basal de transcrição. Então, por isso que aqui, ó, ele está colocando para mim fatores de transcrição e RNA polimerase, tá? E antecedente a ele, ó, todas essas regiões aqui em azul, em vermelho, azul de novo e em roxo, são os diferentes elementos de resposta, tá? Então, eu tenho aqui, ó, uma região que vai respirar.

responder a esteroide eu tenho aqui uma região que na verdade vai ser uma ativadora ativadora a resposta ao metal pesado tá aqui eu tenho uma outra região eu tenho diferentes elementos de resposta então esse mesmo gene ele pode responder a diferentes estímulos tá então em resposta especificamente aos metais pesados As proteínas ativadoras aqui se ligam aos elementos de resposta a metais pesados e estimulam a transcrição do gene de metalotione. Bom, então dando aqui continuidade, os eucariotos possuem, por conta da sua divisão temporal e espacial de transcrição e de tradução, possuem diferentes possibilidades de regulação dessa expressão gênica. E uma das estratégias que existem é exatamente a recomposição alternativa ou splicing alternativo. E eu vou mostrar para vocês um exemplo de que esse controle de qual splicing vai acontecer tem consequências fenotípicas importantes para a drosófila, porque dependendo da recomposição que acontece, você tem o desenvolvimento do fenótipo do macho ou do fenótipo da fêmea. Então vamos entender esse HnRNA aqui, que é o precursor do RNA mensageiro.

E ele é composto por quatro exons, demonstrado pelas letras A, B, C e D. E a gente vê que nesse precursor a gente tem ainda a presença de dois introns. Aqui à esquerda da imagem eu vou mostrar para vocês um dos tipos de splicing que acontece, que está regularizado, regulado somente pela retirada dos introns.

Então a gente tem aqui no RNA mensageiro maduro a união dos quatro exons A, B, C e D. Só que no B, eu tenho um códon de parada que vai ser utilizado, então, lá na tradução e que vai me dar, então, a proteína encurtada. Então, eu tenho uma proteína trá não funcional.

E a produção dessa proteína trá não funcional é o que vai desenvolver o fenótipo do macho. Aqui à direita, eu vou mostrar para vocês um outro tipo de splicing que acontece e acontece por conta da ação dessa proteína SXL, tá? É essa proteína que vai alterar o sítio do splicing.

Por quê? Esse íntron aqui vai ser retirado, mas junto com esse íntron aqui, ele vai utilizar, na verdade, essa região para fazer a remoção desse íntron. Então, junto com esse íntron, ele acaba removendo esse exon B. E o seu RNA mensageiro, então, é formado pelos exons A, C e D.

E aí sim eu vou ter a tradução de uma proteína trafuncional. E o que... implica no desenvolvimento do fenótipo de uma drosófila do tipo fêmea, tá? E não macho.

Além disso, deixa eu me tirar daqui de novo, além disso, a gente tem a possibilidade de regular a expressão de determinados genes, determinando se aquele gene vai ser transcrito, desculpa, se ele vai ser traduzido, e aí a gente vai ver a expressão daquele gene ou não. Então, já é um controle da expressão gênica que vem depois de acontecer a transcrição, tá? Por quê? O nosso RNA mensageiro, por exemplo, ele é degradado por ribonucleases. diferentes ribonucleases, e ela pode degradar o RNA mensageiro começando pelo CAP5', ou então na outra extremidade, na cauda polial, então internamente quebrando aquele RNA mensageiro.

E essa degradação do RNA mensageiro ocorre em locais específicos, que são esses corpúsculos P. Então os RNAs que estão sendo levados para esse corpúsculo P, eles serão degradados, então a gente não vai ver a expressão daqueles genes. Contudo, já foi... estudado, já foi revelado para a gente, que esses corpúsculos P, eles não são somente locais de degradação do DNA, porque eles podem armazenar temporariamente o RNA. Então, eles controlam, por exemplo, aqueles RNAs que serão sequestrados temporariamente e aí a gente não vai ver a expressão daquele gene, depois ele pode liberar e a gente vê a expressão daquele gene.

Então, é uma forma de controlar a expressão ou não de determinados genes. Bom. A gente tem ainda a possibilidade de uma regulação gênica que acontece com o uso de pequenos RNAs, que são RNAs que podem ter de 20 a 30 nucleotídeos e são classificados como microRNAs ou como RNAs curtos de interferência.

Os microRNAs, eles são gerados pela ação de enzimas DROX e DICER, a gente vai ver um pouco melhor uma imagem no próximo slide, e aí vai ter uma associação também com as proteínas águas, que são da classe das proteínas argonautas, e que vão atuar como reguladores pós-transcricionais. Então, os RNAs, eles são transcritos, mas eles podem não ser traduzidos. Eu vou mostrar por quê. Então, aqui nessa imagem, o que a gente tem?

Então, aqui dentro... do núcleo da célula, a gente tem a transcrição de um RNA que, olha só, forma esse grampo, tá? Mas ele vai ser processado por essa proteína droxa e vai ser exportado para o citosol, para o citoplasma.

E lá, esse precursor do microRNA, ele ainda vai ser processado, né, por essa enzima Dicer, tá? Então, eu tenho aqui agora um microRNA maduro, que vai associar um complexo de proteínas, que é o complexo RIS, que é onde está a proteína água, por exemplo, E aí eles vão detectar o RNA mensageiro alvo deles. Então aqui eu tenho dentro do núcleo também um outro gene alvo que vai ser transcrito e processado no RNA mensageiro maduro, já que também vai chegar no citoplasma.

Só que quando ele chegar no citoplasma, ele vai ser reconhecido por esse complexo das proteínas RISC com aquele microRNA. Ele vai reconhecer o seu gene alvo. Ele pode levar, então, esse RNA mensageiro-alvo para o complexo do corpo P, que é onde a gente viu recentemente que pode acontecer a degradação daquele RNA. Então, eu não vou ver a transcrição desse gene.

Eu estou vendo que ocorre a transcrição, mas eu não vou ver a expressão daquele gene, porque não vai haver a tradução. Os RNAs de interferências curtos, os RNAs curtos de interferência, Eles antes achavam-se que eram RNAs de interferência, RNAs exógenos, que vinham, por exemplo, por meio de vírus. Mas hoje a gente já sabe que esses RNAs são endógenos, eles são produzidos por nós mesmos, tá?

E eles estão presentes em eucariotos mais simples, como, por exemplo, quinidários, até nós, seres humanos, né? E eles são semelhantes aos microRNAs porque eles se associam a proteínas argonautas também, tá? A diferença...

é que eles são produzidos a partir de RNAs de fita dupla longos, mas depois eles vão ser processados pelas proteínas, pela isoa Dicer, e aí ele vai ser convertido num RNA de interferência curto, que pode ter de 21 a 23 nucleotídeos, e ele também forma o complexo com a proteína RISC, e a gente vai ter uma proteína argonalta também, que é a AGO2, e aí ele vai promover a clivagem daquele RNA mensageiro, que é alvo. dos RNAs de interferência, certo? A gente vai ver agora também um exemplo de uma regulação gênica pelo nível de ferro, que também acontece em nível de tradução.

Deixa eu me tirar daqui. Meu Deus, não estou conseguindo me tirar daqui. Aqui, pronto, agora sim.

Que também acontece em nível de tradução. Então, a gente vai ver que é algo importante para a homeostase de ferro, tá? Então, o que a gente tem envolvido nessa regulação gênica?

A gente tem genes importantes, né? E que são genes diferentes, mas que ambos possuem elementos de resposta ao ferro, tá? Então, a gente vai ter o gene da ferritina, tá? A ferritina é uma das principais proteínas de reserva do ferro. E a gente tem ainda o gene do receptor da transferrina.

Quem é essa transferrina? Ela é responsável por transporte do ferro. Então, a gente tem o receptor dessa proteína que transporta o ferro, que é a transferrina, na superfície das células.

Então, tanto o gene paraferritina, que armazena e reserva o ferro em excesso, quanto o gene do receptor da transferrina, possuem... mesmo elemento de resposta, que é elemento de resposta ao estímulo do ferro, tá? E esse elemento de resposta, ele é reconhecido pela proteína reguladora de ferro. Então, a gente vai usar as siglas IRE para representar o elemento de resposta ao ferro e a sigla IRP para representar para a gente a proteína reguladora do ferro, tá?

Hoje eu estou ótima com esses computadores. Bom, então aqui, eu estou mostrando para vocês aqui o gene específico da transferrina, do receptor da transferrina e o que acontece, como ele é regulado quando a gente tem deficiência de ferro e quando a gente tem abundância de ferro. Então, para a gente entender essa imagem, aqui representado por esses tracinhos, eles correspondem aos elementos de resposta ao ferro. E esse oval aqui em cinza corresponde à proteína reguladora do ferro, tá? E esse gene aqui, então, é o gene que corresponde ao receptor da transferrina que transporta o ferro.

Então, em uma situação de deficiência de ferro, essa proteína reguladora do ferro, ela se liga ao elemento de resposta ao ferro, tá? Do RNA mensageiro, do receptor da transferrina. e estabilizando esse RNA mensageiro de forma que ele não vai ser degradado. Então, ele vai ser transcrito, ele vai ser traduzido.

Então, o RNA mensageiro do receptor da transferrina, ele vai ser estabilizado para que ele possa ser traduzido, porque eu preciso dos receptores de transferrina para eles poderem receber o ferro que, porventura, esteja sendo transportado pela transferrina. Agora, quando eu tenho muito ferro, eu não preciso... das células receberem aquele ferro, porque ele está em abundância.

Então, o que acontece? Aquele RNA mensageiro pode ser degradado, porque eu não estou precisando de receber aquele ferro que está em grande quantidade da minha célula. Então, a proteína reguladora do ferro se torna inativa e não vai se ligar ao elemento de resposta ao ferro do gene do receptor da transferrina.

Então, aquele RNA mensageiro... pode ser levado para o corpo P para ser degradado. Aqui é uma mesma condição de deficiência de abundância do ferro, só que para o outro gene, que é o gene da ferritina. Lembrando que a ferritina é aquela proteína responsável pelo armazenamento, pela reserva de ferro.

Então, se eu tenho uma deficiência de ferro, a minha proteína reguladora do ferro se liga ao elemento de resposta do ferro e o que ele vai fazer é bloquear a... tradução da ferritina, tá vendo? Aqui, ó, não vai ser formada a ferritina.

E por que eu não posso formar a ferritina? Porque eu tenho deficiência de ferro naquele organismo, então ele não pode ser armazenado numa proteína, ele precisa ser transportado para as células para que ele possa exercer a sua função, tá? Agora, quando eu tenho ferro em abundância, essa ferritina, ela pode ser traduzida para reservar aquele ferro em abundância. Então, a proteína reguladora do ferro, ela se torna inativa. não vai se ligar, não vai reconhecer o elemento de resposta ao ferro e essa ferritina vai ser traduzida, o que é ótimo porque ela vai poder reservar aquele ferro que está em abundância no organismo, tá?

Bom, sobre o controle da expressão gênica de eucariotos, o que eu queria falar e passar para vocês são essas informações. Melhores informações e com detalhes vocês vão conseguir nos livros, tá? De referências que estão lá nos planos de ensinos para vocês, tá bom?

Obrigada!

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06 - Controle da Expressão Gênica em Eucariotos