Regulação da Expressão Genética – Transcrição e Tradução RNA, Operons

O fluxo da informação genética não envolve apenas a transcrição da mensagem codificada no DNA para o RNA e posterior tradução do RNA em proteínas. O fluxo possui diversas fases de processamento e regulação, que resultam em diferentes expressões gênicas. Hoje vou comentar um pouco sobre como ocorrem tais processos – inibição ou indução da transcrição de certo gene, tipos de regulação Cis e Trans, e também sobre a Atuação dos Operons.

Tipos de Regulação da Expressão Genética

A transcrição pode ser regulada por três rotas principais: a genética (interação direta de um fator de controle com o gene), modulação (interação de um fator de controle com o maquinário de transcrição) e epigenética (atividade reguladora de genes que não envolve mudanças na sequência do DNA e que pode persistir por uma ou mais gerações). Na figura abaixo há um resumo dos tipos de Regulação nos diferentes níveis do fluxo da informação genética – na transcrição, tradução e mais:

1) Controle Transcricional – pode ser feita por Enhancers (elementos reforçadores), sequências pequenas de DNA que podem ocorrer na região 5′ do gene (antes do promotor ou após o terminador) e que ativam a transcrição.

Promotores, que são sequência sinalizadoras para o início da transcrição, contém um padrão de bases conhecido como Sequência Consenso que é inicialmente reconhecido por fatores de transcrição que se ligam ao Dna e RNA polimerase formando um complexo. (vide figura 1).

2)  Processamento do RNA mensageiro, que envolve a adição de um Cap protetor metilado à extremidade 5′, síntese de uma causa Poli A (adenina) na extremidade 3′ do polirribonucleotídeo, além do Splicing (que quebra ligações fosfodiéster na região dos íntrons que são sinalizadas por um grupo GU na extremidade 5′ e por um grupo AG na 3′).

Diferentes genes atuam nesses processos: os regulatórios (codificam um produto, em geral proteína, que controla a expressão de outros genes) e os estruturais (que codificam outros produtos não regulatórios). Dentre os genes regulatórios temos os que atuam em Trans – fatores atuam em qualquer cópia do seu DNA alvo – e os que atuam em Cis – um sítio afeta a atividade apenas de sequências Da sua própria molécula de DNA (em um alelo).

Fatores de Regulação Negativa, em geral se ligam entre a região promotora (nos chamados “Operator”) o que impede a associação da RNA pol no DNA.  Já fatores de regulação positiva, em geral, se ligam num Activator-binding site o qual facilita a ligação da polimerase. Porém, precisamos ter cuidado porque a Indução ou a Repressão de um gene podem estar sob controle positivo ou negativo, independentemente.

Funcionamento de Operons – Exemplo do Operon Lac e Triptofano

Genes bacterianos estão frequentemente organizados em Operons, unidades transcricionais, os quais atuam na regulação coordenada da expressão gênica. Os Operons são formados basicamente de um sítio de ligação do ativador e um de ligação do repressor (operador que controla a expressão dos genes downstream – 3′), além de um promotor para a RNA polimerase, os genes propriamente ditos e um gene regulador que codifica os fatores de indução/repressão.

Um modelo para o Estudo dos Operons é o da Lactose (chamado de Operon Lac) o qual foi descoberto em 1960 a partir do estudo do metabolismo de lactose em bactérias. Foi descrito que tal unidade transcricional atua em Trans, e seus alelos LacI codifica um repressor, o LacZ codifica uma enzima que quebra lactose em galactose e glicose, o LacY gera a proteína permease que faz o transporte da galactose para dentro da célula, e o Lac A, uma proteína detoxificadora.

O repressor Lac ao operador (Oc) é regulada por controle alostérico. Na ausência de lactose, as poucas moléculas de repressor presentes no citosol da bactéria são suficientes para silenciar a expressão do operon, ligando-se ao sítio operador. Na presença de lactose, contudo, o repressor é inativado pela ligação de um produto do metabolismo da lactose, a alolactose. Inicia-se, então, a transcrição dos genes lacZ, lacY e lacA, formando-se um mRNA policistrônico (codifica mais de uma proteína).
Além disso, há um segundo nível de controle da expressão do Lac pelo Catabólito glicose (quanto mais glicose, menos cAMP,  Operon Inativo e vice-versa)…

Outro exemplo de Operon é o do Triptofano o qual possui regulação negativa repressível, sendo controlado negativamente pelo produto, o aminoácido triptofano (autorregulação).

O vídeo a seguir explica a regulação do Operon Triptofano:

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