A regulação gênica e os genomas

A expressão gênica é diferencial

Um neurônio transmite impulsos elétricos e uma célula muscular se contrai com força, mas as duas vêm do mesmo zigoto e carregam a mesma sequência de nucleotídeos. Como duas células com as mesmas instruções podem ser tão diferentes?

Quando dizemos que um gene está silenciado, queremos dizer que ele não é transcrito naquela célula, embora continue presente no DNA. A célula pode impedir a transcrição, por exemplo, mantendo o DNA daquele gene muito compactado ou fazendo com que uma proteína reguladora bloqueie a região de controle do gene.

Por que regular genes? Porque produzir proteínas custa energia e matéria. Uma célula economiza recursos fabricando cada proteína só quando precisa dela, e células de tecidos diferentes se especializam em funções diferentes.

O óperon lac: um modelo de regulação em bactérias

Nas bactérias, genes de função relacionada costumam ficar lado a lado e ser controlados em conjunto. Pense na Escherichia coli do nosso intestino: se o leite que você bebeu trouxer lactose, ela precisa de enzimas para digeri-la; sem lactose, produzir essas enzimas seria desperdício.

Sem lactose, o repressor se liga ao operador e bloqueia a passagem da RNA polimerase: os genes não são transcritos. Com lactose, ela atua como indutora: liga-se ao repressor, muda a forma dele, que se solta do operador. A RNA polimerase avança e transcreve Z, Y e A.

A regulação em células eucarióticas

Nas bactérias, a transcrição é ligada ou desligada junto ao promotor. Nas nossas células, uma sequência a dezenas de milhares de pares de bases de distância pode "ligar" um gene. E ainda há o DNA enrolado em histonas. Como a célula coordena isso?

Processamento do RNAm

Nos eucariontes, o gene é transcrito em um RNA precursor que passa por um processamento antes de sair do núcleo. O gene tem regiões que não fazem parte da mensagem final, os íntrons, e regiões que fazem, os éxons. No splicing, os íntrons são removidos (e degradados) e os éxons são unidos, formando o RNAm maduro, que vai para o citoplasma e é traduzido. Os procariontes, em geral, não têm íntrons.

Epigenética e diferenciação celular

A organização dos genomas

A cebola (Allium cepa) tem cerca de 16 bilhões de pares de bases de DNA em suas células, mais ou menos cinco vezes o genoma humano (cerca de 3 bilhões). Será que ela precisa de um "manual" cinco vezes mais complexo que o nosso?

Antes, uma comparação geral. Nos procariontes, o genoma costuma ser uma única molécula de DNA circular, localizada no nucleoide (sem núcleo), com poucos íntrons e genes agrupados em óperons. Nos eucariontes, o DNA é linear, fica no núcleo associado a histonas, em vários cromossomos, e os genes têm íntrons.

Vamos voltar à pergunta do começo: o neurônio e a célula muscular são diferentes porque, com o mesmo DNA, cada uma expressa um conjunto próprio de genes, controlado por promotores, fatores de transcrição, estado da cromatina e marcas epigenéticas.

Resumo