Expressão Gênica Específica de Célula

Os organismos multicelulares contêm uma variedade de tipos de células estrutural e funcionalmente distintas, mas o DNA em todas as células originou-se das mesmas células-mãe. As diferenças nas células podem ser atribuídas à expressão gênica diferencial. As células do fígado, cujas funções incluem a desintoxicação do sangue, a produção de bílis para metabolizar as gorduras e a síntese de proteínas essenciais ao metabolismo, devem expressar um conjunto específico de genes para desempenhar as suas funções. A expressão genética também varia com os estágios de desenvolvimento. Antes da diferenciação em células do fígado, as células expressam genes envolvidos no ciclo celular, na replicação do DNA e na proliferação. Mais tarde no desenvolvimento, os genes envolvidos na diferenciação epitelial e na coagulação sanguínea são altamente expressos. Uma vez que as células se diferenciam em hepatócitos, a expressão de genes envolvidos em funções específicas do fígado aumenta, tais como aqueles envolvidos no metabolismo lipídico e na regulação do colesterol.

A expressão gênica pode ser regulada em muitos pontos, incluindo transcrição, tradução, processamento e transporte de RNA e modificações pós-tradução. Os métodos comuns de regulação da expressão são fatores que se ligam diretamente ao DNA para regular a transcrição de um gene específico. A expressão gênica no fígado pode ser regulada pelos fatores de transcrição C/EBPα, C/EBPβ e Fator Nuclear de Hepatócitos-1, entre outros. A regulação pode ocorrer antes da transcrição, alterando as histonas contidas na cromatina. Estas modificações resultam no afrouxamento ou no endurecimento da estrutura do DNA, impedindo ou permitindo, respectivamente, que os reguladores transcricionais acessem o DNA. Diferentes tipos de células têm diferentes modificações covalentes e variantes de histonas, o que resulta na variação na acessibilidade dos genes.

As células estão sujeitas a alterações ambientais e expressam diferentes genes em resposta a estes estímulos extracelulares. A glicose é uma importante fonte de energia e, à medida que sua concentração na corrente sanguínea flutua, um organismo deve responder com mudanças apropriadas na expressão de genes e proteínas. Quando os níveis de glicose no sangue diminuem, o pâncreas secreta o hormônio glucagon. Este hormônio sinaliza ao fígado para iniciar a produção de fosfoenolpiruvato carboxiquinase (PEPCK), uma proteína necessária para produzir glicose a partir de precursores não-carboidratos. O glucagon induz a transcrição deste gene estimulando indiretamente os fatores de transcrição C/EBPα e C/EBPβ para se ligarem ao promotor PEPCK. Quando os níveis de glicose no sangue estão elevados, o pâncreas secreta o hormônio insulina; o gene PEPCK possui uma sequência responsiva à insulina que inibe sua transcrição.