Resumo: A expressão de genes da classe II (codificadores de proteínas) em organismos eucariotos é regulada de uma maneira altamente complexa, de modo a assegurar que genes específicos sejam adequadamente "ligados" ou "desligados" em resposta a estímulos ambientais (por exemplo, disponibilidade de nutrientes ou temperatura) ou a estágios do desenvolvimento do organismo (por exemplo, diferenciação em metazoários). De maneira geral, apenas os genes cujos produtos são requeridos em uma determinada condição são expressos, permanecendo aqueles "supérfluos" silenciados. Essa é uma forma comum de economia de energia, pois evita o dispêndio com a transcrição de genes que não são necessários de imediato. Um modelo interessante de estudos sobre regulação gênica em eucariotos é derivado do metabolismo de metanol (metabolismo C1) de leveduras metilotróficas, como Hansenula polymorpha (sinônimo: Pichia angusta). A utilização de metanol como fonte única de carbono e energia depende basicamente dos produtos de quatro genes (MOX, CAT, DAS, FMD) , que são fortemente reprimidos na presença de glicose e intensamente ativados quando as células entram em contato com metanol. Nesse trabalho, foram estudados diferentes aspectos da regulação do metabolismo C1, em especial, da expressão do gene MOX, codificador da primeira enzima dessa via metabólica, Metanol Oxidase (MOXp). Será descrita a existência de dois Pontos de Iniciação da Transcrição alternativos controlando a expressão do gene MOX em diferentes condições metabólicas, e também a dependência da atividade mitocondrial para a ativação gênica. Possíveis relações evolutivas desse processo com o metabolismo C1 serão apontadas. A dinâmica de posicionamento de nucleossomos em situações de repressão e indução também foi estudada e importantes implicações para a regulação gênica foram detectadas. Em uma busca por fatores adicionais que controlam a expressão de MOX, foram clonados fragmentos de genes homólogos a SW/2/SNF2 e SW/3, que codificam subunidades do complexo remodelador de cromatina SWI/SNF, envolvido com a ativação de uma série de genes regulados por glicose em Saccharomyces cerevisiae. Em H. polymorpha, mutações swi2 e swi3 levaram a deficiências na utilização de metanol (e de outras fontes de carbono) e também a uma redução drástica do nível de expressão normal de MOX. Finalmente, foi detectada a restauração da habilidade de células de H.polymorpha crescerem em galactose, como decorrência das mutações swi2 e swi3 introduzidas Ver menos

Abstract: The expression of protein-coding genes in eukaryotic organisms is regulated in a highly orchestrated and elaborated fashion to ensure that specific genes are turned on and off in response to different environmental stimuli (e.g. food availability or temperature) or to temporal and developmental requirements (e.g. differentiation in metazoans). Generally, only the genes whose products are required under a certain circumstance are expressed, while those "unneeded" are kept silent. This is an ordinary way of saving energy, since it avoids useless wasting with the expression of genes unessential in a given metabolic situation. An interesting model for studies on eukaryotic gene regulation is derived from the methanol metabolism (C1 metabolism) of methylotrophic yeasts, as Hansenula polymorpha (synonym: Pichia angusta). The utilization of methanol as a sole carbon and energy source depends mainly of the products of four genes (MOX, CA T, DAS, FMD), which are strongly repressed by glucose and fully activated when the cells are grown in methanol. In this work, different issues on the regulation of C1 metabolism in H. polymorpha were studied, specially on the transcriptional regulation of the MOX gene encoding the first enzyme of this particular metabolic pathway, Methanol Oxidase (MOXp). It will be described the existence of two alternative Transcription Starting Points controlling MOX expression under different physiological conditions and also the dependence on mitochondrial activity for gene activation. Possible evolutionary implications of this process with C1 metabolism will be considered. The dynamics of nucleosome positioning on the MOX promoter under repressing and derepressíng conditions was also studied and important implications on gene regulation were detected. In a search for additional factors controlling the MOX gene expression in H. polymorpha, gene fragments homologous to the Saccharomyces cerevisiae SW/2ISNF2 and SW/3 genes encoding subunits of the SWI/SNF chromatin-remodeling complex were cloned. In H. po/ymorpha,swi2 and swi3 mutations led to a deficiency on the utilization of methanol (as of other carbon sources) and also to a drastic reduction of the normal levels of MOX expression on cells growing on methanol. At last, the restoration of the ability of H. po/ymorpha cells to grow on galactose was detected, as a consequence of the swi2 and swi3 mutations introduced. Possible evolutionary considerations and also the repressive role played by the SWI/SNF complex on the galactose utilization pathway in normal cells will be discussed. Ver menos