Qual a estrutura dos fatores de transcrição que podem regular a expressão de genes?

Conceito

O termo Regulação da Expressão Génica diz respeito aos vários mecanismos que a célula possui para regular a expressão de um gene numa proteína funcional.

A célula e a expressão génica

A expressão génica diz respeito a todo o processo pelo qual um gene dá origem a uma proteína. As proteínas são as responsáveis por todas as funções das células.

Nos organismos multicelulares, a regulação da expressão génica é muito importante para o processo de diferenciação das várias linhas celulares. Na diferenciação, as células descendentes apresentam o mesmo padrão de expressão génica da célula que lhe deu origem, o que leva a crer que o padrão de regulação poderá ser transmitido à descendência como característica hereditária. A sobrevivência da célula no seu meio ambiente também depende grandemente da regulação da expressão génica. Pois esta altera constantemente as proteínas, recetores e enzimas produzidas de acordo com a sua necessidade. Nos procariotas a sobrevivência da célula também depende muito da regulação da expressão génica. No entanto, nestes organismos existem reais rearranjos no DNA que são passados à descendência.

Regulação da Expressão Génica

Durante o ciclo celular, a expressão dos genes é alterada constantemente, tanto em função da fase do ciclo como em função das necessidades da célula. Para exercer este controlo, a célula possui várias etapas na expressão dos genes que podem ser reguladas:

• transcrição (DNA para RNA);
• processamento do RNA (pós-transcricional);
• tradução (RNA para proteína);
• alterações nas proteínas (pós-traducional).

Transcrição de DNA para RNA

A transcrição é regulada através de pequenas sequências de DNA, denominadas promotores. Estas sequências regulatórias estão localizadas no início da região codificante do gene que está a sofrer regulação. A ligação de complexos de proteínas, intitulados fatores de transcrição, a esses promotores pode levar ao aumento ou à diminuição da expressão do gene, dependendo da circunstância (Figura 1-2).

Nos eucariotas, os factores de transcrição existem na célula como complexos de proteínas montados de forma quase completa, dependendo apenas da junção de uma proteína para se tornarem ativos após estimulação.

Já nos procariotas, um exemplo muito característico desta regulação é o repressor do triptofano na Escherichia coli. Se a bactéria está num meio com presença de triptofano, não necessita de produzi-lo, então o repressor irá inativar a transcrição do gene do triptofano. Se a bactéria se encontrar num meio que não possui triptofano, vai necessitar de o produzir e o repressor do gene do triptofano vai permanecer sem função. Assim, a transcrição do gene do triptofano irá ocorrer normalmente.

A transcrição também pode ser regulada através de modificações epigenéticas, tais como, metilação do DNA e acetilação/desacetilação das histonas (Figura 1-1). Estas modificações levam a alterações na cromatina e, consequentemente, na conformação tridimensional da molécula de DNA, o que impossibilita ou facilita o acesso dos fatores de transcrição aos promotores.

A própria expressão dos genes que codificam os fatores de transcrição é uma forma de regular a transcrição.

Processamento do RNA (pós-transcricional)

Esta etapa de regulação não existe em procariotas, pois com a transcrição estes organismos obtêm RNA que não necessita ser alterado para ser traduzido em proteína.

Nos eucariotas, o RNA obtido após a transcrição necessita sofrer algumas alterações de forma a produzir mRNA, que é utilizado pelos ribossomas para ser traduzido em proteína. A principal alteração que ocorre no RNA é pelo mecanismo de splicing, no qual os intrões são retirados e os exões ligados consecutivamente (Figura 1-3). Esta edição do RNA também pode sofrer regulação, fazendo com que alguns genes não sejam expressos e outros sim. Outras alterações incluem o impedimento da saída do mRNA do núcleo (Figura 1-4) ou a marcação do mRNA com determinadas sequências na sua extremidade 5’ ou 3’, que o marcam para destruição ou tradução muito lenta.

Tradução de RNA para proteína

A etapa da tradução é regulada tanto em procariotas como eucariotas e é muito importante durante as fases iniciais do desenvolvimento.

Nos eucariotas existem dois mecanismos pelos quais a tradução pode ser regulada. Um dos mecanismos envolve a ligação de proteínas repressoras à sequência do RNA, bloqueando o início da tradução (Figura 1-6). A síntese de ferritina é regulada através deste mecanismo: quando na presença de elevada concentração de ferro, a ferritina é sintetizada para armazenar esse ferro; se a concentração de ferro for baixa/nula, uma proteína liga-se à região 5’-UTA (não traduzida) no mRNA correspondente à ferritina e bloqueia a sua tradução. O outro mecanismo envolve a regulação da atividade do eIF-2, um fator de iniciação que se liga ao tRNA iniciador (que carrega o aminoácido iniciador metionina) e o encaminha até ao ribossoma para iniciar a tradução. Este fator de iniciação pode ser fosforilado, ficando inativo e não conseguindo encaminhar o tRNA iniciador até ao ribossoma, inibindo a tradução.

Alterações nas proteínas (pós-traducional)

Esta etapa é muito importante para a regulação da expressão génica na célula. As proteínas podem ser modificadas enzimaticamente por fosforilação ou associação a outras proteínas, formando complexos multiproteicos, o que altera a sua função biológica (Figura 1-7).

Figura 1 – Imagem representativa das várias etapas das expressão génica e etapas da sua regulação. 1 e 2 referem-se à regulação na etapa da transcrição; 3 e 4 dizem respeito à regulação pós-transcricional; 6 concerne à regulação na tradução; 7 alude à regulação pós-traducional.

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References:

• Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Keith R., Walter P. (2007). Molecular Biology of the Cell (5th edition). Garland Science, New York.
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• Lodish H., Berk A., Zipursky S.L., Matsudaira P., Baltimore D., Darnell J. (2000). Molecular Cell Biology (4th edition). W. H. Freeman, New York.

Licenciada em Genética e Biotecnologia pela Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro e Mestre em Genética Molecular e Biomedicina pela Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa. Actualmente a estudar para ser médica no Mestrado Integrado em Medicina pela Faculdade de Ciências da Saúde da Universidade da Beira Interior. Saiba mais sobre o autor >>>

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