10.2 : Regulação da Expressão Ocorre em Múltiplas Etapas

A expressão genética pode ser regulada em quase todos os passos entre o gene e a proteína. A transcrição é a etapa que é mais comumente regulada. Isto envolve a ligação de proteínas a sequências de regulação curtas no DNA. Esta associação pode promover ou inibir a transcrição de um gene associado à respectiva sequência.

A transcrição resulta na formação de um precursor (pré-mRNA) que consiste em exões e intrões, que precisam de processamento adicional antes de serem traduzidos para uma proteína. Isto acontece através do splicing de mRNA, que envolve a remoção de regiões não codificantes e a junção das codificantes. O processamento de mRNA também pode ser usado como um mecanismo de regulação através da variação nos padrões de splicing, como saltar certos exões, splicing alternativo, e inclusão de intrões.

A adição de uma cauda poli-A na extremidade 3’ e de uma 5’-cap para produzir o mRNA maduro também são pontos de regulação durante o processamento do RNA. A regulação ocorre através da variação no sinal de poliadenilação, que determina onde a cauda poli-A será adicionada no mRNA. Em alguns casos, mais de um sinal poli-A está presente na extremidade 3’, o que irá alterar o comprimento da região 3’ não traduzida, mas o produto proteico final será o mesmo. No entanto, a estabilidade e o potencial de tradução das variantes de mRNA podem diferir, o que pode alterar a quantidade de proteína produzida. Em outros casos, um sinal poli-A adicional está presente em intrões ou exões dentro da sequência do gene, o que pode levar a variações nos locais de splicing para poliadenilação e resultar em proteínas diferentes a partir da mesma cadeia de pré-mRNA. A adição da 5’-cap, que é composta por guanosina metilada, é regulada por dois mecanismos. Um envolve a regulação das metiltransferases que adicionam o grupo metilo à guanosina, e o outro é através da regulação das vias de sinalização celular que levam à metilação.

Em seguida, o mRNA maduro precisa ser transportado do núcleo para o citoplasma através de complexos de poros nucleares (NPCs) para ser traduzido. Isto é regulado pelo mRNA formando um complexo, conhecido como ribonucleopartícula, com proteínas de ligação ao RNA. Os NPCs só permitem que mRNAs que estejam no complexo passem para o citoplasma. Uma vez que um mRNA entra no citoplasma para ser traduzido, ele pode ser tratado individualmente ou como parte de um grupo através de regulações específicas, ou pode ser submetido a uma regulação comum com todos os outros mRNAs no citoplasma. Na regulação específica, elementos de ação trans particulares, como proteínas e diferentes tipos de RNAs, regulam a transcrição. Na regulação geral, as proteínas envolvidas na maquinaria de tradução são ativadas ou inibidas, o que por sua vez afecta a tradução de todos os transcriptos. O mecanismo de regulação traducional mais comum é a modificação do factor de iniciação da tradução.

A expressão genética também pode ser regulada através de modificações pós-traducionais, onde uma modificação reversível catalisada por enzimas pode alterar a função de uma proteína. Uma modificação pós-traducional comum é a fosforilação, que é realizada por enzimas conhecidas como quinases. A desfosforilação de proteínas, por outro lado, é realizada por proteínas conhecidas como fosfatases. A fosforilação de uma proteína pode resultar na sua ativação ou desativação e alterar a sua função.