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5.19:

A Posição da Cromatina Afeta a Expressão de Genes

JoVE 核
Molecular Biology
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Chromatin Position Affects Gene Expression

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A expressão gênica é regulada em múltiplos níveis, começando na iniciação da transcrição e movendo todo o caminho até a tradução 00:00:09.100 00:00 13.830 de mRNA funcional em uma proteína matura. No entanto, nem todas as enzimas necessárias para a expressão gênica e regulação são distribuídas igualmente no núcleo. Em vez disso, elas estão limitadas a focos definidos espacialmente.Isso resulta em territórios não sobrepostos no núcleo, com atividade bioquímica específica. Por exemplo, os genes que codificam para RNA ribossomal, presentes nos cromossomos 13, 14, 15, 21 e 22, também conhecidos como regiões organizadoras nucleares, são aglomeradas no núcleo, o local de formação ribossoma da célula. Isto significa que a cromatina pode ser reposicionada a tais locais funcionalmente distintos Para a expressão e a regulação coordenadas do gene.No entanto, a cromatina também pode se estender fora de seu território, formando uma alça estendida que pode alterar a expressão do gene padrão. Por exemplo, o gene humano CFTR está localizado na periferia nuclear nas células onde é silencioso. No entanto, em células onde o gene é expresso, a cromatina que contém esta região é reposicionada para o interior.A maioria das células eucarióticas tem fibras de cromatina múltiplas, com comprimento e relação de compactação distintos. Portanto, o posicionamento da cromatina também depende das limitações físicas de sua embalagem dentro do núcleo. Em células com núcleos esféricos, tais como linfócitos, a cromatina é radialmente posicionada, com genes ativamente expressos em direção ao interior e os genes reprimidos na periferia.Em células com núcleos não esféricos, como fibroblastos, As fibras de cromatina mais curtas tendem a posição interna, enquanto as fibras mais longas estão posicionadas na periferia do núcleo. O reposicionamento da cromatina é também associado com tipos diferentes de câncer, onde a expressão alterada do gene padrões devido ao reposicionamento da cromatina pode conduzir à formação do tumor. Por exemplo, o reposicionamento do cromossoma 18 da periferia nuclear para o interior é observado no desenvolvimento do colo cervical e do carcinoma do cólon.

5.19:

A Posição da Cromatina Afeta a Expressão de Genes

A cromatina é o grande complexo de DNA e proteínas empacotadas dentro do núcleo. A complexidade do empacotamento da cromatina e a forma como esta é embalada no interior do núcleo influenciam grandemente  o acesso à informação genética. Geralmente, a periferia do núcleo é considerada transcricionalmente repressiva, enquanto que o interior da célula é considerado uma área transcricionalmente ativa. 

Domínios Associados Topologicamente (TADs)

O posicionamento tridimensional da cromatina no núcleo influencia o tempo e o nível de expressão genética em eucariotas. Por exemplo, os promotores de genes estão organizados de forma fisicamente separada dos seus elementos de regulação de DNA, tais como potenciadores. Estes elementos promotor-potenciador precisam juntar-se para realizar expressão de genes. Cada cromatídeo contém várias dessas unidades de interação, denominadas domínios associados topologicamente (TADs). Em alguns casos, TADs de dois cromatídeos também podem interagir uns com os outros.

Territórios Cromossómicos (TCs)

Vários TADs acumulam-se para formar territórios cromossómicos (TCs). Estes arranjos e distribuições espaciais fazem do núcleo um corpo heterogéneo com atividades bioquímicas distintas. O posicionamento dos genes no interior dos TCs e o posicionamento dos próprios TCs afectam a expressão genética. Em humanos, genes ativamente transcritos tendem a localizar-se na periferia do seu TC. Genes não codificantes tendem a localizar-se em direção ao interior do seu  TC. Por exemplo, nos núcleos das células do líquido amniótico humano feminino, o gene ANT2 é encontrado no cromossoma X inativo. Quando o gene ANT2 está localizado na periferia do TC, isso resulta na sua transcrição ativa.

As cromatinas são dinamicamente reposicionadas no interior do núcleo. Mesmo as células terminalmente diferenciadas que não podem mais dividir exibem reposicionamento de cromatina ou de genes. Isto significa que o reposicionamento não é um evento aleatório, mas um mecanismo molecular coordenado.

Suggested Reading

  1. Molecular Cell Biology, Lodish, 8th edition, Pages 336.
  2. Nguyen, Huy Q., and Giovanni Bosco. "Gene positioning effects on expression in eukaryotes." Annual review of genetics 49 (2015): 627-646.