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Como posso saber se a regulamentação está no nível transcricional ou translacional?

Como posso saber se a regulamentação está no nível transcricional ou translacional?


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Eu estava lendo um artigo, http://www.pnas.org/content/109/8/E471.short, onde os autores afirmam que (e475)

A tradução do TfR (Receptor de Transferrina) é regulada por meio de sequências nas UTRs 3 'e 5' (regiões não traduzidas) de seu mRNA. Para estudar a regulação dos níveis de TfR independentemente do controle translacional, medimos os níveis de TfR-EGFP expresso a partir de um plasmídeo sem as sequências regulatórias presentes no mRNA de TfR endógeno (Fig. 6A). Os níveis de TfR expressos endógenos e marcados com GFP foram reduzidos igualmente em resposta à depleção de Rabenosyn-5, excluir um efeito desta proteína no controle transcricional ou translacional da expressão de TfR.

Eu acredito que entendo que o efeito não pode ser pós-translacional, uma vez que TfR-GFP não tem região para regulação translacional e, portanto, não pode ser regulado por nenhum fator regulador translacionalmente ativo.

Minha pergunta é: a afirmação acima, de que Rabenosyn-5 não tem efeito na transcrição de proteínas, exigiria uma prova de que os níveis de mRNA não são afetados por essa proteína?

Fig. 6A, http://www.pnas.org/content/109/8/E471.figures-only


Na seção Métodos:

O TfR humano em cDNA de plasmídeo foi um presente de Tim McGraw (Weill-Cornell Medical College, New York, NY). O cDNA de TfR humano foi subclonado na estrutura com EGFP no vetor pEGFP-N1 da Clontech nos locais de restrição XhoI e BamHI.

Esta proteína de fusão TfR-GFP não tem o promotor TfR endógeno. Portanto, não é provável que seja regulado por qualquer TF que regule diretamente a transcrição de TfR.

Portanto, eles concluem que Rabenosyn-5 não especificamente regular a expressão de TfR.


Como a transcrição, a tradução é controlada por proteínas que se ligam e iniciam o processo. Na tradução, o complexo que se monta para iniciar o processo é referido como o complexo de iniciação. A regulação da formação desse complexo pode aumentar ou diminuir as taxas de tradução (Figura 1).

Figura 1 A expressão do gene pode ser controlada por fatores que ligam o complexo de iniciação da tradução.

B. Regulamento de Tradução

Uma vez que os mRNAs são feitos para serem traduzidos, é provável que, por padrão, eles sejam! Sabemos que as caudas CAP e poli (A) em mRNAs são necessárias para uma tradução eficiente porque os mRNAs projetados para não ter um e / ou o outro são mal traduzidos. Além disso, há pouca evidência de que as células modifiquem o processo de capeamento ou poliadenilação, ou as próprias estruturas.

A regulamentação da tradução normalmente visa a iniciação. Pode ser global, afetando a síntese de muitos polipeptídeos de uma só vez, ou específico, afetando um único polipeptídeo. A regulação global envolve mudanças na atividade dos fatores de iniciação eucariótica (eIFs) que normalmente afetariam a síntese de todas as proteínas celulares. A regulação específica envolve sequências ou regiões de ligação em um ou alguns mRNAs que reconhecem e se ligam a proteínas reguladoras específicas e / ou outras moléculas. Essa ligação controla a tradução apenas desses mRNAs, sem afetar a biossíntese geral de proteínas. As características estruturais do mRNA envolvidas na tradução e na regulação da tradução são ilustradas abaixo.

Consideraremos três exemplos de controle translacional da expressão gênica.

1. Controle de tradução específico por proteínas de ligação de mRNA

Ferritina é uma proteína celular de armazenamento de ferro composta de polipeptídeos de cadeia pesada e leve. A tradução da ferritina em células com deficiência de ferro é inibida. Na ausência de produção de ferritina, os complexos ferritina-ferro liberam ferro para uso metabólico. A 5 & rsquo-UTR de mRNAs para ambas as cadeias contêm locais de ligação de haste-alça que reconhecem especificamente proteínas reguladoras de ferro (IRP1, IRP2). Quando os mRNAs da ferritina são ligados aos IRPs, o início da tradução é bloqueado. A inibição da tradução da ferritina por IRPs é ilustrada abaixo.

Normalmente, o complexo de iniciação examina a 5 & rsquo-UTR de um mRNA. Quando encontra o local de início da tradução normal, pode ligar a subunidade grande e começar a traduzir o polipeptídeo. Em células com deficiência de ferro, acredita-se que a varredura pelo complexo de iniciação esteja fisicamente bloqueada por impedimento estérico.

2. Coordenação da Síntese de heme e globina

Considere isso reticulócitos (os precursores de eritrócitos, os glóbulos vermelhos em mamíferos) sintetizam globina proteínas. Eles também sintetizam heme, uma molécula de anel de porfirina ligada ao ferro. Cada globina deve se ligar a um único heme para formar uma subunidade de proteína de hemoglobina. Claramente, não seria adequado para um reticulócito produzir proteína globina em excesso e heme insuficiente, ou vice-versa. Acontece que hemin (um precursor do heme) regula a iniciação da tradução de ambos os mRNAs de ( alpha ) e ( beta ) globina. Lembre-se de que, para sustentar a tradução do mRNA da globina, o PIB-eIF2 gerado após cada ciclo de alongamento de tradução deve ser trocado por GTP fresco. Isso é facilitado pelo eIF2B fator de iniciação. eIF2B pode existir nos estados fosforilado (inativo) ou não fosforilado (ativo). Garantir que a globina não seja subproduzida ou superproduzida em relação à biossíntese de heme envolve o controle dos níveis de eIF2B ativo vs. inativo por hemin. O heme se acumula quando não há polipeptídeo de globina suficiente para se combinar com o heme na célula. O excesso de hemina liga e inativa um Quinase HCR, evitando a fosforilação de eIF2B. Como o eIF2B não fosforilado está ativo, ele facilita a troca GTP / GDP necessária para permitir a tradução contínua. Assim, a iniciação contínua garante que a tradução do mRNA da globina pode acompanhar os níveis de heme. Em outras palavras, se a produção de hemina ultrapassar a globina, promoverá mais tradução da globina.

Quando os níveis de globina e heme se tornam aproximadamente equimolares, a hemina não está mais em excesso. Em seguida, ele se dissocia da quinase HCR ativa. A quinase agora ativa catalisa a fosforilação de eIF2B. Fosfo-eIF2B está inativo e não pode facilitar a troca GTP / PIB no eIF2. A iniciação da tradução do mRNA da globina, assim bloqueada, permite uma taxa mais baixa de tradução do polipeptídeo da globina para acompanhar a síntese do heme. A regulação da iniciação da tradução do mRNA da globina pela hemina é mostrada abaixo.

3. Regulação translacional de levedura GCN4

Como a coordenação da produção de heme e globina, a regulação da proteína GCN4 é baseada no controle da capacidade das células de trocar GTP por GDP em eIF2. No entanto, este regulamento é um pouco mais complexo, apesar do fato de que a levedura é um eucarioto mais primitivo! GCN4 é um fator de transcrição global que controla a transcrição de até 30 genes em vias de síntese de 19 dos 20 aminoácidos! A descoberta de que a privação de aminoácidos fez com que as células de levedura aumentassem sua produção de aminoácidos nas células levou à descoberta do Controle geral de aminoácidos (GAAC) mecanismo envolvendo GCN4. GCN é a abreviação de General Control Ncompressível, referindo-se aos seus efeitos regulatórios positivos globais. Acontece que a proteína GCN4 também está envolvida na expressão do gene do estresse, homeostase do glicogênio, biossíntese de purinas e hellip, na verdade, na ação de até 10% de todos os genes de levedura! Aqui nos concentramos no mecanismo GAAC.

As células de levedura fornecidas com amplos aminoácidos não precisam sintetizá-los. Nessas condições, o GCN4 está presente em níveis basais (ou seja, baixos). Quando as células ficam sem aminoácidos, os níveis de GCN4 aumentam até dez vezes em duas horas, resultando em um aumento na síntese geral de aminoácidos. Esta resposta rápida ocorre porque a privação de aminoácidos sinaliza um aumento na atividade de GCN2, uma proteína quinase. A quinase GCN2 catalisa a fosforilação de GDPeIF2. Como já vimos, o eIF2B fosforilado não pode trocar GTP por PIB no eIF2, neste caso com os resultados mostrados abaixo.

Há um paradoxo aqui. Você esperaria uma desaceleração na regeneração de GTP-eIF2 para inibir a síntese protéica geral, e ela o faz. No entanto, os níveis reduzidos de GTP-eIF2 de alguma forma também estimulam a tradução do mRNA do GCN4, levando ao aumento da transcrição dos genes de síntese de aminoácidos. Em outras palavras, a privação de aminoácidos leva as células de levedura a usarem substratos disponíveis para fazer seus próprios aminoácidos, a fim de que a síntese de proteínas possa continuar e, inferno, ao mesmo tempo em que a formação do complexo de iniciação é desativada!

Vamos aceitar esse paradoxo por enquanto e ver como a privação de aminoácidos leva ao aumento da tradução da proteína GCN4 e à regulação positiva das vias de biossíntese de aminoácidos. Para começar, vamos precisar entender a estrutura do mRNA do GCN4. Na ilustração abaixo, observe os 4 curtos uORFs no 5 & rsquoUTR do RNA, eles desempenham um papel fundamental na regulação da tradução do GCN4.

Observamos anteriormente que, quando uma subunidade ribossômica 40S associada ao Complexo Ternário (TC) varre um mRNAs e encontra os locais de início de ORF para seu polipeptídeo, os complexos de iniciação se formam, as subunidades ribossômicas 60S se ligam e a tradução começa. O mRNA do GCN4 tem quatro uORFs em seu 5 & rsquo UTR. Embora os uORFs codifiquem apenas alguns aminoácidos antes de encontrar um códon de parada, eles também podem ser reconhecidos durante a varredura. Quando as subunidades TCs e 40S são abundantes, elas parecem envolver uORFs de preferência ao ORF da região de codificação GCN4, conforme ilustrado abaixo.

Nessas condições, o eIF2B ativo permite a troca de GTP / PIB em GDP-eIF2, levando a uma reciclagem eficiente de GTP-eIF2 e altos níveis de CT. Os TCs ligam-se a pequenas subunidades durante a varredura e / ou nos locais de início dos uORFs, formando complexos de iniciação que então se ligam às subunidades ribossômicas 60S e começam a tradução do uORF. O efeito é retardar a varredura além dos uORFs, inibindo assim a formação do complexo de iniciação na ORF GCN4 real.

O que acontece em culturas de células de levedura privadas de aminoácidos, quando o GTP-eIF2 não pode ser regenerado com eficiência e os TCs são escassos? Para revisar, a privação de aminoácidos sinaliza um aumento na atividade da GCN2 quinase, resultando na fosforilação e inativação de eIF2B. Fosfo-eIF2 inativo não facilitará a troca GTP / GDP em GDP-eIF2, inibindo a síntese geral de proteínas. A redução resultante em GTP-eIF2 também diminui os níveis de TC e subunidades 40S associadas a TC. A ilustração abaixo mostra como esse fenômeno regula para cima a tradução do GCN4, mesmo que a tradução de outros mRNAs tenha diminuído.


Regulação da Expressão Gênica: Regulação Negativa e Positiva

Os dois tipos de regulação da expressão gênica são: (1) Regulação Negativa e (2) Regulação Positiva. E também discutir sobre algunstermos importantes usados ​​em conexão com a regulação da expressão gênica.

A maioria dos genes de um organismo produz proteínas específicas (enzimas), que, por sua vez, produzem fenótipos específicos. Os genes cujos transcritos de mRNA são traduzidos em proteínas são conhecidos como genes estruturais. Cada célula de um organismo possui todos os genes estruturais normalmente presentes na espécie, mas apenas uma pequena fração deles é funcional em qualquer célula em um determinado momento.

Em procariotos, as células geralmente sintetizam apenas as enzimas de que precisam em um determinado ambiente. Por exemplo, células de E. coli cultivadas na presença de lactose produzem β-galactosidase abundante (até 3.000 moléculas / célula), a enzima que hidrolisa a lactose. No entanto, muito pouco desta enzima (menos de 3 moléculas / célula) é produzida na ausência de lactose.

Nos eucariotos, as células de diferentes órgãos produzem diferentes proteínas necessárias para sua função. Os glóbulos vermelhos contêm uma alta concentração de hemoglobina, enquanto os leucócitos (glóbulos brancos) não têm hemoglobina.

Aparentemente, há um controle preciso sobre os tipos de proteínas ou enzimas produzidas em um determinado tecido ou célula em um determinado momento. Tal controle da atividade do gene, isto é, produção de proteína, que permite a função de apenas aqueles genes cujos produtos são necessários em uma determinada célula em um determinado momento, é denominado como regulação do gene.

A síntese da enzima depende principalmente de dois fatores em um processo degradativo, a síntese da enzima depende da disponibilidade da molécula a ser degradada. Se a molécula estiver em mais quantidade, a síntese enzimática será maior e vice-versa. Em uma via biossintética, a síntese de uma enzima é controlada pelo produto final. Se o produto final for maior, a síntese enzimática será menor e vice-versa.

Existem dois tipos de regulação gênica, a saber:

(1) Regulamentação negativa, e

(1) Em regulação negativa:

Um inibidor está presente na célula / sistema, que impede a transcrição ao inativar o promotor. Este inibidor é conhecido como repressor. Para o início da transcrição, é necessário um indutor. O indutor atua como antagonista do repressor. Na regulação negativa, a ausência do produto aumenta a síntese enzimática e a presença do produto diminui a síntese.

(2) Em regulação positiva:

Uma molécula efetora (que pode ser uma proteína ou um complexo molecular) ativa o promotor para a transcrição. Em um sistema degradativo, o mecanismo negativo ou positivo pode operar, enquanto em uma via biossintética o mecanismo negativo opera (por exemplo, operon lac).

O fenômeno da expressão gênica pode ser elaborado mais detalhadamente, conforme fornecido a seguir:

1. A expressão gênica é o mecanismo em nível molecular pelo qual um gene é capaz de se expressar no fenótipo de um organismo.

2. O mecanismo de expressão gênica envolve genética bioquímica. Consiste na síntese de RNAs específicos, polipeptídeos, proteínas estruturais, bioquímicos proteicos ou enzimas que controlam a estrutura ou funcionamento de traços específicos.

3. A regulação gênica é o mecanismo de desligar e ligar os genes, dependendo da necessidade das células e do estado de desenvolvimento.

4. É por causa dessa regulação que certas proteínas são sintetizadas em apenas 5-10 moléculas, enquanto outras são formadas em mais de 100.000 moléculas por célula.

5. Existem dois tipos de regulações genéticas positivas e negativas.

6. Na regulação gênica negativa, os genes continuam expressando seu efeito até que sua atividade seja suprimida.

7. Esse tipo de regulação gênica também é chamada de regulação repressível.

8. A repressão se deve a um produto de genes reguladores.

9. A regulação gênica positiva é aquela em que os genes permanecem não expressos, a menos e até que sejam induzidos a fazê-lo.

10. É, portanto, chamada de regulação induzível.

11. Aqui, um produto remove d bioquímico que mantém os genes em estado não expresso.

12. Como os genes expressam seu efeito por meio de enzimas, suas enzimas também são chamadas de enzimas induzíveis e enzimas reprimíveis.

A regulação do gene é exercida em quatro níveis:

1. Nível transcricional quando a transcrição primária é formada.

2. Nível de processamento quando emendas e adições de terminais são feitas.

3. Transporte de mRNA do núcleo para o citoplasma.

Termos importantes usados ​​em conexão com a regulação da expressão gênica:

No operon, moléculas de proteína que impedem a transcrição. O processo de inibição da transcrição é denominado repressão.

A substância que permite o início da transcrição (por exemplo, lactose no operon lac). Esse processo é conhecido como indução.

Uma combinação de repressor e metabólito que impede a síntese de proteínas. Esse processo é conhecido como co-repressão.

Enzima cuja produção é aumentada pela adição do substrato no meio de cultura. Esse sistema é denominado sistema induzível.

Enzima cuja produção pode ser inibida pela adição de um produto final. Esse sistema é conhecido como sistema repressível.

6. Enzima Constitutiva:

Enzima cuja produção é constante, independentemente do estado metabólico da célula.

Inibição da transcrição pelo repressor através da inativação do promotor, por exemplo, no operon lac.

Aumento da transcrição por uma molécula efetora por meio da ativação do pró-motor.


Modificação de DNA: Metilação

A própria molécula de DNA também pode ser modificada por metilação. A metilação do DNA ocorre em regiões muito específicas chamadas ilhas CpG. Essas são regiões do DNA que contêm uma alta frequência de pares de DNA de citosina e dinucleotídeo guanina (CG). O ‘p’ representa o grupo fosfato que faz parte da ligação fosfodiéster entre a citosina e a guanina (CG). A Figura 5-4 ilustra a diferença entre um gene contendo ilha CpG e uma sequência promotora de gene normal. Estes são encontrados nas regiões promotoras dos genes. A citosina base do par CG pode ser metilada, o que muitas vezes faz com que o gene seja silenciado porque os fatores de transcrição não podem mais se ligar ao promotor, pois o grupo metil bloqueia essa interação. Em alguns casos, os genes que são silenciados durante o desenvolvimento dos gametas de um dos pais são transmitidos em sua condição silenciada para a prole. Diz-se que esses genes são impressos. A dieta dos pais ou outras condições ambientais podem afetar os padrões de metilação dos genes, que por sua vez modificam a expressão gênica. Além disso, mudanças ambientais externas após o nascimento da prole podem alterar dinamicamente o estado de metilação dos genes, o que pode impactar a saúde humana (Figura 5-4). Alguns desses estímulos são trauma, atividade física, tabagismo, consumo de álcool, poluentes ambientais e obesidade.

A metilação das histonas pode influenciar a metilação do DNA. As metiltransferases de DNA (enzimas importantes na metilação do DNA) parecem ser atraídas para as regiões da cromatina com modificações específicas de histonas. Regiões de DNA altamente metiladas (hipermetiladas) com histonas desacetiladas (sem grupos acetil) são fortemente enroladas e transcricionalmente inativas.

Figura 5-4: Exemplo de sequência de DNA que é uma ilha CpG conhecida. A sequência CG está em amarelo. Observe a grande quantidade de dinucleotídeos CG. O ATG em vermelho indica o início da tradução desse gene. Isso significa que é provável que essa região seja altamente metilada, silenciando a transcrição desse gene. As alterações na sequência das ilhas CpG podem resultar em desregulação de genes e produção inadequada de proteínas que podem resultar em fenótipos de doenças. A imagem à direita representa uma área de DNA que não é regulada por ilhas CpG.

As alterações epigenéticas não são permanentes da mesma forma que uma mutação na sequência do DNA, embora frequentemente persistam durante vários ciclos de divisão celular e possam ser hereditárias.

A remodelação da cromatina altera a estrutura cromossômica (aberta ou fechada) conforme necessário. Se um gene deve ser transcrito, as proteínas histonas e o DNA na região cromossômica que codifica esse gene são modificados de forma a abrir a região promotora para permitir que a RNA polimerase e outras proteínas, chamadas de fatores de transcrição, se liguem e iniciem a transcrição. Se um gene deve permanecer desligado ou silenciado, as proteínas histonas e o DNA têm modificações diferentes que sinalizam uma configuração cromossômica fechada. Nessa configuração fechada, a RNA polimerase e os fatores de transcrição não têm acesso ao DNA e a transcrição não pode ocorrer (Figura 5-5).

Figura 5-5: Proteínas histonas e nucleotídeos de DNA podem ser modificados quimicamente. As modificações afetam o espaçamento dos nucleossomos e a expressão gênica. (crédito: modificação do trabalho por NIH)


Então, como uma planta sabe quando envelhecer?

Durante o workshop, ficou claro que a senescência das plantas é regulada em vários níveis. No entanto, tentar separar as causas e consequências da senescência levanta vários problemas do tipo "ovo e galinha". Por exemplo, o que vem primeiro - regulação transcricional ou pós-transcricional, idade ou estresse, metabólitos ou expressão gênica? As pesquisas mais recentes tornam possível sugerir um modelo no qual mudanças dependentes da idade na cromatina e possivelmente também na estrutura dos telômeros podem tornar uma folha ou planta competente para reagir a estímulos ambientais indutores de senescência, como duração do dia ou estresse (Fig. 1) . Esses estímulos podem regular a expressão gênica diretamente ou, por exemplo, por meio de hormônios vegetais, metabólitos ou espécies reativas de oxigênio. É provável que as alterações no metabolismo sejam a causa e também a consequência das alterações transcricionais e pós-transcricionais. Além disso, uma possível mudança relacionada à idade na modificação pós-tradução, como a hipusinação de eIF5A, poderia regular a síntese de proteínas. Enquanto os processos a jusante, como a degradação da clorofila, são altamente conservados (Armstead et al., 2007), existem muitas maneiras diferentes pelas quais a senescência pode ser induzida. Desvendar as relações causais na rede regulatória, portanto, continua sendo uma tarefa desafiadora.

Modelo hipotético para mecanismos regulatórios que controlam a senescência em plantas.


16.11 Questões de pensamento crítico

Todas as células de um organismo compartilham o genoma. No entanto, durante o desenvolvimento, algumas células se transformam em células da pele, enquanto outras se transformam em células musculares. Como as mesmas instruções genéticas podem resultar em dois tipos de células diferentes no mesmo organismo? Explique completamente sua resposta.

  1. Quando a lactose e a glicose estão presentes no meio, a transcrição do operon lac é induzida.
  2. Quando a lactose está presente, mas a glicose está ausente, o operon lac é reprimido.
  3. A lactose atua como um indutor do operon lac quando a glicose está ausente.
  4. A lactose atua como um indutor do operon lac quando a glicose está presente.
  1. A mutação em genes estruturais irá interromper a transcrição.
  2. O lacY mutado produzirá uma proteína β galactosidase anormal.
  3. O lacA mutado produzirá uma proteína que irá transferir um grupo acetil para β galactosidase.
  4. A transcrição continuará, mas a lactose não será metabolizada adequadamente.

Em algumas doenças, a alteração das modificações epigenéticas desliga genes que normalmente são expressos. Hipoteticamente, como você poderia reverter esse processo para ativar esses genes novamente?

  1. Em novas mudas, as acetilações das histonas estão presentes na exposição ao frio, ocorre a metilação.
  2. Em novas mudas, desacetilações de histonas estão presentes na exposição ao frio, ocorre metilação.
  3. Em novas mudas, metilação de histonas estão presentes na exposição ao frio, ocorre acetilação.
  4. Em novas mudas, metilação de histonas estão presentes na exposição ao frio, ocorre desacetilação.
  1. Os promotores mutados diminuem a taxa de transcrição, alterando o local de ligação para o fator de transcrição.
  2. Os promotores mutados aumentam a taxa de transcrição, alterando o local de ligação para o fator de transcrição.
  3. Os promotores mutados alteram o local de ligação para fatores de transcrição para aumentar ou diminuir a taxa de transcrição.
  4. Os promotores mutados alteram o local de ligação para fatores de transcrição e, assim, cessam a transcrição do gene adjacente.
  1. A taxa de transcrição aumentaria, alterando a função celular.
  2. A taxa de transcrição diminuiria, inibindo as funções celulares.
  3. A taxa de transcrição diminui devido ao entupimento dos fatores de transcrição.
  4. A taxa de transcrição aumenta devido ao entupimento dos fatores de transcrição.

o wnt A via de transcrição é responsável por mudanças importantes durante o desenvolvimento animal. Com base na via de transcrição mostrada abaixo. Neste diagrama, as setas indicam a transformação de uma substância em outra. Linhas quadradas, ou as linhas sem pontas de seta, indicam inibição do produto abaixo da linha. Com base nisso, como aumentaria wnt A expressão do gene afeta a expressão de Bar-1?

  1. RBPs podem se ligar primeiro ao RNA, evitando assim a ligação do miRNA, que degrada o RNA.
  2. RBPs ligam o miRNA, protegendo assim o mRNA da degradação.
  3. Os RBPs metilam o miRNA para inibir sua função e, assim, interromper a degradação do mRNA.
  4. Os RBPs direcionam a degradação do miRNA com a ajuda de um complexo de proteína DICER.
  1. Os raios ultravioleta podem alterar a metilação e acetilação das proteínas.
  2. As proteínas de ligação ao RNA são modificadas por meio da fosforilação.
  3. Estímulos externos podem causar desacetilação e desmetilação do transcrito.
  4. Os raios ultravioleta podem causar dimerização das proteínas de ligação ao RNA.
  1. A fosforilação de proteínas pode alterar a tradução, transporte de RNA, estabilidade de RNA ou modificação pós-transcricional.
  2. A fosforilação de proteínas pode alterar a replicação do DNA, a divisão celular, o reconhecimento do patógeno e a estabilidade do RNA.
  3. As proteínas fosforiladas afetam apenas a tradução e podem causar câncer ao alterar a função do p53.
  4. As proteínas fosforiladas afetam apenas o transporte do RNA, a estabilidade do RNA e as modificações pós-traducionais.
  1. Os raios ultravioleta podem causar metilação e desacetilação dos genes que podem alterar a acessibilidade e a transcrição do DNA.
  2. Os raios ultravioleta podem causar fosforilação e acetilação do DNA e das histonas, o que pode alterar as capacidades de transcrição do DNA.
  3. Os raios ultravioleta podem causar metilação e fosforilação das bases do DNA, que podem tornar-se dimerizadas, impossibilitando a acessibilidade do DNA.
  4. Os raios ultravioleta podem causar metilação e acetilação das histonas, tornando o DNA mais compactado e levando à inacessibilidade.
  1. Essas drogas mantêm as formas desmetilada e acetilada do DNA para manter a transcrição dos genes necessários “ligada”.
  2. As formas desmetilada e acetilada do DNA são revertidas quando o gene silenciado é expresso.
  3. A droga metila e acetila os genes silenciados para ativá-los novamente.
  4. As drogas mantêm a metilação e a acetilação do DNA para silenciar genes sem importância nas células cancerosas.
  1. Compreender os padrões de expressão gênica em células cancerosas identificará os genes defeituosos, o que é útil para fornecer o tratamento medicamentoso relevante.
  2. Compreender a expressão gênica ajudará a diagnosticar células tumorais para terapia com antígenos.
  3. O perfil do gene identificaria os genes-alvo dos patógenos causadores do câncer.
  4. Pacientes com câncer de mama que não expressam EGFR podem responder à terapia anti-EGFR.
  1. Os medicamentos personalizados variam com base no tipo de mutações e no padrão de expressão do gene.
  2. Os medicamentos são administrados com base no tipo de tumor encontrado no corpo de um indivíduo.
  3. Os medicamentos personalizados são fornecidos com base apenas nos sintomas do paciente.
  4. Os medicamentos tendem a variar dependendo da gravidade e do estágio do câncer.
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Este texto é baseado em Openstax Biology for AP Courses, Autores contribuintes sênior Julianne Zedalis, The Bishop's School em La Jolla, CA, John Eggebrecht, Cornell University Autores contribuintes Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Georgia Institute of Technology, Jean DeSaix , University of North Carolina em Chapel Hill, Vladimir Jurukovski, Suffolk County Community College, Connie Rye, East Mississippi Community College, Robert Wise, University of Wisconsin, Oshkosh

Este trabalho está licenciado sob uma Licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial 4.0 Unported, sem restrições adicionais


Como a expressão gênica é regulada em procariontes e eucariotos

A expressão gênica é o processo de transcrição do DNA em RNA, seguido pela tradução em proteínas. É um processo rigidamente regulado tanto em procariotos quanto em eucariotos. A regulação da expressão gênica está envolvida na produção de uma quantidade aumentada ou diminuída de produtos gênicos. Uma ampla gama de mecanismos está envolvida na regulação da expressão gênica.

  1. Nível de replicação - As mutações podem causar alterações na expressão do gene.
  2. Nível transcricional - Ativadores e repressores regulam a transcrição.
  3. Nível pós-transcricional - O splicing de RNA está envolvido na regulação da expressão gênica em nível pós-transcricional.
  4. Nível translacional - A tradução de uma molécula de mRNA em uma sequência de aminoácidos de uma proteína é controlada por vários processos, como a via de interferência do RNA.
  5. Nível pós-tradução - A síntese de uma proteína pode ser regulada controlando as modificações pós-traducionais.

Diferentes níveis de regulação da expressão gênica são mostrados em figura 1.

Figura 1: Regulação da expressão gênica


Glossário de técnicas para estudar a síntese de proteínas e a regulação da tradução

Diversas técnicas diferentes têm sido empregadas para estudar a regulação da tradução, desde a antiga (mas ainda usada) marcação de pulse-chase até as técnicas mais modernas que aproveitam os métodos de sequenciamento do genoma inteiro. Aqui, várias das técnicas são explicadas e alguns protocolos citados.

Rotulagem de pulso é uma técnica empregada para identificar a taxa de síntese de proteínas por unidade de tempo. O método é baseado na incorporação pela planta de aminoácidos marcados radioativamente, geralmente [35 S] metionina / cisteína, ao longo de uma série de pontos de tempo. As proteínas são então extraídas e as proteínas sintetizadas de novo que incorporaram o aminoácido marcado são detectadas por SDS-PAGE seguido por autorradiografia e densitometria ou por contagem de cintilação. Protocolos que evitam o uso de marcação radioativa e empregam aminoácidos não naturais também foram desenvolvidos (Schmidt et al., 2009 Wang et al., 2017a), mas ainda não foram implementados nas fábricas.

Sistemas de tradução livres de células são úteis para estudar os mecanismos moleculares de tradução em vitro. O sistema livre de células mais amplamente utilizado nos estudos de tradução de plantas é o extrato de gérmen de trigo (Olliver et al., 1996), mas um sistema de Arabidopsis livre de células também se tornou disponível (Murota et al., 2011 ).

Fracionamento de polissomo é uma técnica clássica que permite o estudo do estado de tradução de uma planta inteira ou de um tecido específico, ou seja, inferir a eficiência de tradução a nível global ou de um mRNA particular de interesse. Este método ainda é amplamente praticado e envolve o uso de gradientes de sacarose e ultracentrifugação para separar os polissomos com base no número de ribossomos que eles contêm. A amostra centrifugada resolvida no gradiente é então dividida em frações (com as frações mais densas mais baixas contendo polissomos mais pesados ​​e as frações mais leves contendo subunidades ribossômicas individuais) e os RNAs são isolados das frações para prosseguir para estudos de expressão, como Northern blot, RT -PCR, microarray ou sequenciamento de próxima geração (Mustroph et al., 2009b).

Traduzindo purificação de afinidade de ribossomo (TRAP) é um método de purificação de ribossomos baseados em cromatografia de afinidade em que uma proteína ribossômica específica é marcada e, em seguida, imunoprecipitada para isolar os mRNAs ligados pelos ribossomos marcados. O sequenciamento de próxima geração dos mRNAs ligados ao ribossomo fornece informações sobre o estado de tradução da célula (Zanetti et al., 2005 Mustroph et al., 2009b). Esta técnica, como o fracionamento de polissomos, depende do RNA polissômico como um proxy para a tradução, mas não consegue distinguir entre a tradução de ribossomos e aqueles paralisados ​​em mRNAs de forma não produtiva.

Ribo-seq (também conhecido como ribosome footprinting) é uma tecnologia de alta resolução que revela a posição exata dos ribossomos em um mRNA e permite a discriminação entre os ribossomos paralisados ​​em 5 ′ UTRs e aqueles posicionados nas regiões de codificação. Os RNAs polissômicos, neste caso, são isolados usando ultracentrifugação através de uma almofada de sacarose ou usando métodos de filtração em gel baseados em coluna e, em seguida, tratados com um RNase. À medida que cada ribossomo traduzido protege um pequeno trecho em seu respectivo mRNA, com as partes expostas de todos os transcritos sendo degradadas pelo tratamento com RNase, o sequenciamento das pegadas sobreviventes usando abordagens de próxima geração fornece informações de nível de códon sobre onde os ribossomos estavam em cada um e cada transcrição. Inicialmente desenvolvido para levedura (Ingolia et al., 2009), protocolos Ribo-seq eficientes também foram implementados em plantas (Hsu et al., 2016 Merchante et al., 2016 ).

Mapeamento de estrutura baseada em sequenciamento de estrutura secundária de RNA com nucleases específicas de fita dupla e fita simples é uma técnica que permite uma análise de todo o genoma da estrutura secundária do RNA mapeando regiões de fita dupla (ds) e de fita simples (ss) em moléculas de RNA inferidas da digestão de RNAs com nucleases específicas de ds e ss. As amostras de RNA complexo são divididas em duas e submetidas a tratamentos alternativos de nuclease. Os ssRNAs são degradados pelo uso de ssRNases e os dsRNAs são purificados e convertidos em bibliotecas de sequenciamento. In parallel, the second half of the sample is treated with dsRNases, and the remaining ssRNAs are isolated and converted into sequencing libraries. Comparative analysis of the reads allows the generation of an unbiased and comprehensive collection of RNA secondary structure models (Li et al., 2012b).

Structure-seq is a state-of-the-art technique that combines dimethyl sulfate (DMS) methylation with next-generation sequencing to quantitatively measure RNA secondary structure at a genome-wide level and single-nucleotide resolution, both na Vivo e em vitro. DMS methylates unpaired As and Cs (all paired nucleotides are protected) and this results in the termination of reverse transcription products. Comparison of the sequencing results between DMS-treated and untreated samples pinpoints unpaired As and Cs. Thus, high DMS reactivity indicates less structured regions which account for loops, bulges, mismatches or joining regions (Ding et al., 2014 ).

In addition, new techniques that study mRNA degradation intermediates at a genome-wide level, such as parallel analysis of RNA ends (PARE) (Zhai et al., 2014 ) or genome-wide mapping of uncapped and cleaved transcripts (GMUCT) (Gregory et al., 2008 ), have been developed and aid in the study of ribosome positioning, translation and co-translational degradation. These techniques involve the capture of the 5′ monophosphorylated ends of cleaved 3′ end mRNA products and make sequencing libraries by ligating RNA adapters.


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Comentários:

  1. Dillan

    Este tópico é simplesmente incomparável :), é muito interessante para mim.

  2. Goltilmaran

    Concordou, esse pensamento notável, a propósito, cai

  3. Nikson

    Eu parabenizo, sua ideia simplesmente excelente



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