10.4: Vinculação Cooperativa de Reguladores de Transcrição

Os reguladores transcricionais ligam-se a sequências reguladoras cis específicas no DNA para regular a transcrição genética. Estas sequências reguladoras cis são muito curtas, geralmente com menos de dez pares de nucleotídeos de comprimento. O comprimento curto significa que há uma alta probabilidade de que exatamente a mesma sequência ocorra aleatoriamente em todo o genoma. Como os reguladores também podem se ligar a grupos de sequências semelhantes, isto aumenta ainda mais as chances de ligação aleatória. Os reguladores transcricionais formam dímeros que se ligam a uma sequência duas vezes mais tempo que um monômero, aumentando as sequências e reduzindo as chances de ligação aleatória. Os dímeros reguladores da transcrição podem ser homodímeros ou heterodímeros. Em solução, estes reguladores cooperativos existem como monômeros ou dímeros fracamente ligados. No entanto, quando estes monômeros se ligam a uma sequência reguladora cis estendida no DNA, formam dímeros estáveis.

A cooperatividade é um fenômeno onde a ligação de uma proteína monomérica causa alterações estruturais no DNA e aumenta a afinidade dos sítios reguladores por outros monômeros. Isto permite que os monómeros se liguem como dímeros na sequência reguladora cis. Este fenómeno também ajuda os reguladores a aceder a locais localizados no DNA que estão fortemente ligados às proteínas histonas no nucleossoma, que de outra forma seriam inacessíveis. A primeira ligação geralmente ocorre no DNA, na extremidade do nucleossomo, onde não está fortemente ligado. A ligação neste local faz com que o DNA se afaste das histonas, levando assim à descompactação do nucleossomo. Essa descompactação aumenta o acesso a outros sites regulatórios. Em eucariotos, a ligação do fator de transcrição depende predominantemente da cooperatividade. Embora a cooperatividade possa ocorrer em alguns casos, a maior parte da ligação dos reguladores transcricionais nos procariontes é não cooperativa. Nesses casos, os reguladores existem como dímeros estáveis mantidos juntos por diversas interações não covalentes.

Se um regulador desconhecido se liga cooperativamente ou não cooperativamente pode ser determinado traçando o número de sítios de ligação ocupados no DNA em relação à concentração de proteínas. Se o gráfico for uma curva em forma de S, indica que o regulador se liga cooperativamente aos sítios de ligação. Se a curva aumentar de forma constante antes de se estabilizar à medida que se aproxima de todos os sítios de ligação ocupados, isso indica que a ligação não é cooperativa.

Os reguladores transcricionais são proteínas que reconhecem e ligam às sequências curtas do DNA, conhecidas como sequências reguladoras cis. Como essas sequências geralmente têm menos de 10 nucleotídeos de comprimento, as chances da mesma sequência ocorrendo aleatoriamente no genoma são muito altas. Muitos reguladores formam um par de dímeros a fim de limitar a ligação a sequências aleatórias.

Um dímero pode ligar sequências mais longas que 10 nucleotídeos, tornando menos provável que a sequência esteja presente aleatoriamente no genoma e aumentando a especificidade da ligação. Estes dímeros reguladores podem ser um homodímero, feito dos mesmos tipos de monómero, ou um heterodímero com diferentes tipos de monómeros. Uma vez que os pares podem ser compostos por diferentes monómeros, as várias combinações permitem a ligação a diferentes sequências sem necessidade de novos tipos de proteínas.

Quando não ligados ao DNA, os reguladores cooperativos existem como monómeros que às vezes formam dímeros através de interações fracas, não covalentes. No entanto, estas estruturas formam dímeros fortemente associados quando ligados ao DNA devido à ligação cooperativa. A ligação cooperativa é um fenômeno onde a ligação de um monômero à sequência reguladora cis aumenta a probabilidade de uma segunda ligação de regulador devido às mudanças estruturais.

Isto permite que um segundo regulador se prenda firmemente ao outro lado do local da ligação e forme um dímero com o primeiro. Isto significa que na maior parte do tempo, ou todas as instâncias de sequências regulamentares cis específicas têm um limite regulador ou nenhuma delas tem. Para muitos genes, o DNA é envolvido firmemente em torno de proteínas histonas impedindo reguladores transcricionais de ter acesso as sequências de regulamentação cis.

No entanto, a extremidade solta do DNA permite algum espaço para ligação. A ligação de um único regulador neste local pode ajudar a desenrolar a estrutura, permitindo assim que os outros reguladores possam se ligar.