Questão de Biologia — Introdução à genética: 1ª e 2ª leis de Mendel — IBFC 2024

Regulação da expressão gênica em eucariotos: acetilação de histonas

Gabarito: letra D. A acetilação de histonas é o mecanismo que descompacta a cromatina, afrouxando a interação entre o DNA e as histonas e, assim, permitindo a expressão gênica. Esse processo é mediado por enzimas chamadas histona-acetiltransferases (HATs), que adicionam grupos acetil às caudas das histonas, neutralizando suas cargas positivas e reduzindo a afinidade pelo DNA.

A regulação da expressão gênica em eucariotos é um processo complexo que ocorre em múltiplos níveis, desde a estrutura da cromatina até a tradução e modificação pós-traducional de proteínas. Um dos pontos centrais desse controle é o grau de compactação do DNA, que determina se os genes estão acessíveis ou não à maquinaria de transcrição. A cromatina pode existir em duas formas principais: a eucromatina, que é menos compactada e transcricionalmente ativa, e a heterocromatina, que é mais compactada e transcricionalmente inativa. A transição entre esses estados é regulada por modificações químicas nas histonas, as proteínas que formam o nucleossomo, e diretamente no DNA.

A acetilação de histonas é uma das modificações pós-traducionais mais estudadas. Quando as histonas são acetiladas, suas caudas N-terminais, que são ricas em lisinas (aminoácidos de carga positiva), têm suas cargas neutralizadas pela adição de grupos acetil (negativos). Isso enfraquece a interação eletrostática entre as histonas e o DNA (que é negativamente carregado), resultando em uma cromatina mais relaxada e acessível. Esse estado "aberto" permite que fatores de transcrição e a RNA polimerase se liguem ao DNA e iniciem a transcrição gênica. Por outro lado, a desacetilação, promovida por histona-desacetilases (HDACs), reverte esse processo, compactando a cromatina e silenciando a expressão gênica.

A banca explora a confusão entre os diferentes tipos de modificações e seus efeitos opostos. Enquanto a acetilação está associada à ativação da transcrição, a metilação do DNA e a formação de heterocromatina estão associadas ao silenciamento gênico. A fosforilação de histonas tem papéis diversos, mas não é o principal mecanismo de descompactação da cromatina para a expressão gênica. O splicing alternativo, por sua vez, é um mecanismo de regulação pós-transcricional que aumenta a diversidade de proteínas, mas não atua diretamente na estrutura da cromatina.

Alternativa A — ❌ Incorreta

A metilação do DNA é um mecanismo de silenciamento gênico, não de ativação. A adição de grupos metil às citosinas do DNA, geralmente em ilhas CpG, recruta proteínas que compactam a cromatina e impedem a ligação de fatores de transcrição. Portanto, a metilação do DNA está associada à repressão da expressão gênica, não à sua promoção.

Alternativa B — ❌ Incorreta

O splicing alternativo é um processo pós-transcricional que ocorre após a transcrição do RNA mensageiro (pré-mRNA). Ele permite que um único gene codifique múltiplas proteínas, combinando diferentes éxons. Embora seja um importante mecanismo de regulação da expressão gênica, ele não atua na descompactação da cromatina. A questão pede especificamente um mecanismo que descompacta a cromatina, o que não é o caso do splicing.

Alternativa C — ❌ Incorreta

A fosforilação de histonas é uma modificação pós-traducional que pode estar envolvida em diversos processos, como reparo de DNA, condensação cromossômica durante a divisão celular e regulação da transcrição. No entanto, seu papel principal não é a descompactação da cromatina para permitir a expressão gênica. A fosforilação pode, em alguns contextos, estar associada à condensação da cromatina, como na mitose, ou à ativação de genes específicos, mas não é o mecanismo clássico de abertura da cromatina como a acetilação.

Alternativa D — ✅ Correta ⟵ GABARITO

A acetilação de histonas é o mecanismo que descompacta a cromatina, permitindo a expressão gênica. As histonas são proteínas que formam o nucleossomo, a unidade básica da cromatina. A adição de grupos acetil às caudas das histonas, catalisada pelas histona-acetiltransferases (HATs), neutraliza as cargas positivas das lisinas, enfraquecendo a interação com o DNA. Isso resulta em uma cromatina mais relaxada (eucromatina), acessível à maquinaria de transcrição. Esse é o mecanismo central de ativação da transcrição em eucariotos.

Alternativa E — ❌ Incorreta

A formação de heterocromatina é o oposto do que a questão pede. A heterocromatina é a forma compactada da cromatina, transcricionalmente inativa. Ela é formada por modificações como a metilação de histonas e a metilação do DNA, que promovem o silenciamento gênico. Portanto, a formação de heterocromatina impede a expressão gênica, em vez de permiti-la.

Gabarito: letra D