Olá pessoal, bem-vindos ao canal Hernandes Carvalho Lab. Meu nome é João Rodolfo, sou aluno de doutorado em Biologia Celular Estrutural. O tema da nossa videoaula de hoje é regulação da transcrição em eucariotos. Essa videoaula é uma continuação da videoaula anterior, visto que continuaremos a falar sobre regulação da transcrição, porém desta vez em organismos eucariontes, cujas células possuem envoltório nuclear.
Muitos dos princípios básicos que regem a transcrição em prokaryotos também podem ser encontrados desde organismos eucariontes unicelulares, como as leveduras, até em organismos multicelulares, como as células vegetais de angiospermas e de animais como as nossas. Em eucariotos, um gene pode ser controlado por muitos daqueles reguladores vistos em prokaryotos, às vezes dezenas deles. Além disso... Enquanto que a regulação da transcrição se concentra em sua maioria nas etapas iniciais do processo, em organismos eucariontes, os genes podem ser controlados durante a fase de enlongação ou ainda na fase de terminação da transcrição do RNA mensageiro.
Observe que, quando comparado à regulação de procariotos, a regulação em eucariotos envolve muito mais proteínas e sequências de DNA muito mais longas. A transcrição em eucariotos sofre ainda a regulação por meio da formação de alças que possibilitam que proteínas reguladoras ligadas ao DNA interajam umas com as outras e também com o RNA polimerase no promotor, bem como pela regulação inerente dos próprios nucleossomos da cromatina, formados pela interação das estonas com o DNA, e também pelo processo de remoção dos íntrons dos genes, chamados de splice. Os íntrons são sequências que fazem parte do RNA. porém não compõem de fato regiões do RNA maduro. Por isso, o processo de splicing tem a finalidade de remover esses índrons, restando apenas um conjunto de exons, os quais realmente formarão o RNA mensageiro definitivo.
Veremos a seguir como alguns desses mecanismos funcionam, iniciando pelas proteínas regulatórias capazes de se ligar ao DNA, assim como aquelas que ocorrem em prokaryotos. Em eucariotos, Proteínas ativadoras são, em geral, denominadas de fatores de transcrição transativadores, enquanto que as proteínas repressoras são chamadas de fatores transrepressores ou simplesmente repressores. A rigor, toda proteína que interage com o DNA e é necessária para dar início à transcrição é chamada de fator de transcrição, com exceção da RNA polimerase. Este esquema representa a ligação de um fator de transcrição genérico em forma de dímero onde o domínio de ligação do DNA de cada monômero se liga a uma metade dos sítios de reconhecimento.
Os sítios no DNA onde tais fatores se ligam são conhecidos como elementos ou sequências regulatórias. Ademais, ambos os gímeros possuem um domínio de ativação ou repressão comum, representado pela cor azul. Em eucariotos, aqueles sítios de ligação dos fatores de transcrição ao DNA também são chamados de promotor, e em geral contém de 100 a 3.000 pares de bases.
Entretanto, note que os sítios de ligação localizados nas proximidades da região codificadora recebem ainda o nome de promotor proximal. Isso ocorre pois em organismos eucariontes, alguns desses sítios regulatórios podem estar localizados várias dezenas, às vezes centenas de milhares de pares de bases distantes do gene que regulam. Esses sítios são conhecidos ainda como enhancers, se são ligados por transativadores, ou como silencers, se são sítios de repressores.
Em eucariotos, os fatores de transcrição podem se ligar aos seus sítios no DNA como homodímeros, heterodímeros ou ainda como monômeros. Para isso, esses fatores de transcrição possuem diversos domínios de ligação ao DNA, os quais alguns deles serão abordados nessa próxima sessão. Esta primeira imagem traz representado um tipo de arranjo denominado de homeodomínio. Nesse tipo de domínio, dentre as três alfa-hélices que compõem o domínio, A alfa hélice 3 interage com as bases nitrogenadas da fenda maior do DNA, na região do sítio regulatório, enquanto que a segunda alfa hélice, a alfa hélice 2, interage com a 3, formando uma conformação parecida com aquela do tipo hélice-volta-hélice. Este outro tipo de domínio, chamado de domínio de ligação ao DNA contendo zinco, possui uma alfa hélice que interage com uma folha beta preguiada por meio de átomos coordenados de zinco ligados a resíduos de aminoácidos em várias posições da cadeia polipipítica.
Fazem parte desse conjunto as proteínas da família zinc finger, ou dedos de zinco em português, devido ao seu formato alongado. Esta terceira classe de fatores de transcrição é chamada de proteína zíper de leucina. Em geral, elas atuam em formato de dímeros e cada um de seus monômeros interage com a fenda maior do DNA na região do sítio de ligação, mantendo contato entre si por meio de interações hidrofóbicas entre resíduos de leucina. Por fim, um último exemplo de tipo de arranjo é o chamado domínio hélice-loop-hélice, o qual também interage com o DNA por meio de dímeros.
onde cada monômero possui uma combinação de duas alfa-hélices ligadas por um loop, sendo uma alfa-hélice de cada monômero capaz de se ligar à fenda maior do DNA. Em eucariotos, os fatores que recrutam a maquinaria de transcrição podem recrutar fisicamente a RNA polimerase por meio de interação direta. Porém, geralmente, esse recrutamento se dá de maneira indireta, ou seja, recrutando outras proteínas em primeira instância, e que por sua vez trazem outros fatores que compõem a maquinaria de transcrição, inclusive a própria RNA polimerase. Nesse caso, um fator de transcrição transativador se liga ao seu sítio no DNA, representado nesse esquema pelo sítio enhancer, e que por sua vez interage com elementos da maquinaria de transcrição, por exemplo, um mediador ou o complexo TF2D.
Este último se liga ao seu sítio no DNA, conhecido como Tata Box, na região do promotor proximal, e recruta a RNA polimerase para o promotor, possibilitando a transcrição do gene. Outra possibilidade de regular a transcrição é por meio da cromatina. Em eucariotos, alguns ativadores recrutam para o promotor proteínas capazes de modificar ou remodelar os nucleossomos. Os nucleossomos são aqueles complexos proteicos formados principalmente por estonas que recobrem a molécula de DNA, permitindo o seu enovelamento e empacotamento na cromatina. Proteínas conhecidas como estonas cetiltransferases, ou HAT, são recrutadas para o promotor com a ação de fatores transativadores sobre seus sítios no DNA.
Com o recrutamento, a enzima modificadora de cromatina HAT acetila as estonas, representadas em amarelo, na região do promotor do gene. Essa acetilação faz com que ocorra um desempacotamento da cromatina nessa região, o que expõe os sítios para a ligação de outros fatores de transcrição, ou mesmo com a maquinaria de transcrição. Assim como há muitos ativadores, também existem diversos repressores com variados mecanismos de ação. Uma dessas formas de inibir a transcrição é por meio de um repressor que se liga a seu sítio no DNA Impede fisicamente a interação de fatores de transcrição com seus próprios sítios, pois o sítio do fator ativador se sobrepõe ao sítio do repressor. Em outros casos, pode envolver, por exemplo, a inibição alostérica da maquinaria de transcrição.
Aqui, o repressor interage com seu sítio no DNA, em silencers, e alostéricamente inibe a maquinaria de transcrição, reprimindo a síntese de RNA a partir do gene, sendo controlado pelo elemento regulatório silencer. Outra possibilidade de repressão ocorre quando um repressor interage com o fator de transcrição ligado ao seu próprio sítio, inibindo a ação ativadora deste sobre a transcrição do gene. No último exemplo, demonstramos a repressão de um gene por alterações da cromatina causadas por enzimas modificadoras. Esta última sessão abordará um mecanismo semelhante, porém que resulta na repressão não somente de um gene, mas sim no silenciamento de vários genes em uma ampla região da cromatina.
Neste tipo de repressão, algumas proteínas também reconhecem sequências específicas no DNA na região que sofrerá silenciamento transcricional. Neste exemplo, tais proteínas reconhecem sequências repetitivas no telômero, porém podem reconhecer também sequências repetitivas em centrômeros e sequências mais específicas elaboradas em outros texos de heterocromatina. Então, Elas recrutam fisicamente proteínas modificadoras de estonas, formando o chamado complexo de silenciamento.
As proteínas modificadoras, como o próprio nome já diz, modificam quimicamente moléculas de estonas e empacotam a cromatina nessa região. Os efeitos dessas proteínas, principalmente as do tipo de acetilases, se estendem ainda mais, pois as estonas modificadas, em verde, congregam ainda mais enzimas modificadoras da cromatina em regiões vizinhas. levando à continuidade do efeito de silenciamento gênico.
Além das deacetilases, que deacetilam as estonas, há também as enzimas metilases, as quais metilam as estonas e também as modificam, atuando também no caso do silenciamento transcricional. E assim nós terminamos esta videoaula sobre regulação da transcrição em eucariotos. Essas foram as referências utilizadas na preparação desta videoaula.
Espero que vocês tenham gostado e que ela contribua para o sujo de vocês. Até a próxima!