Transcrição do RNA em eucariontes
Guerra, J. U. 2018.
A transcrição do RNA é feita à partir de um gene e se liga à fita de DNA fazendo a transcrição no sentido 5’-3’. Assim, a molécula de RNA vai sendo sintetizada no sentido 3’-5’ complementando a fita de DNA. Um ponto interessante a se observar é que o DNA possui duas fitas, mas apenas uma dessas fitas será o molde para o RNA, assim o transcrito (RNA) e o molde (o gene no DNA) serão complementares e a sequência de nucleotídeos do RNA deverá ser igual à sequência não molde do DNA. O filamento não-molde do DNA é chamado filamento codificante, por ser a mesma sequência que será vista no RNA transcrito. Mas lembremos da diferença entre nucleotídeos entre o DNA e RNA, no RNA a Timina é substituída pela Uracila, portanto a diferença entre o filamento codificante e o filamento transcrito será apenas essa substituição.
O promotor está na ponta 5’ do gene, sendo essa região descrita como região promotora ou região reguladora e o promotor se situa à frente do sítio de iniciação e é chamado de antecedente. A primeira base transcrita é chamada de sítio iniciador. Os nucleotídeos antecedentes ao sítio de início são indicados por um sinal negativo e os posteriores com um sinal positivo, assim a primeira base de DNA a ser transcrita é nomeada como +1.
O processo de transcrição pode ser descrito em três estágios: início, alongamento e término. O RNA recém sintetizado é chamado de transcrito primário ou pré-mRNA e irá sofrer modificações antes de deixar o núcleo celular, que são chamadas de processamento do RNA. Então, após as etapas da transcrição, ainda haverá o processamento do RNA para que ele possa deixar o núcleo celular.
Nos eucariontes temos 3 tipos de RNA polimerase com diferentes funções:
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A RNA polimerase I transcreve os genes de rRNA, menos o 5S rRNA.
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A RNA polimerase II transcreve todos os genes codificantes de proteínas, para os quais o resultado final é mRNA, e alguns snRNA
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A RNA polimerase III transcreve os pequenos RNa funcionais como genes para o tRNA, snRNA e 5S rRNA
Transcrição do mRNA pela RNA polimerase II
O GTF da RNA polimerase II se liga ao DNA e atrai o RNA polimerase II e o posiciona no sítio correto para iniciar a transcrição, formando o PIC (complexo pré-iniciação), que é constituído por 6 GTF e o meio do RNA polimerase II, que é é constituído de uma dúzia ou mais de unidades subproteicas e estará situado no lado 5’ da transcrição.
A sequência TATA geralmente pode ser vista situada cerca de 30 pares de base (-30pb) do ponto de início da transcrição e é o local do primeiro evento na transcrição sendo chamado de TATA Box.
Os GTF (fatores gerais de transcrição) são complexos multiproteínas e se ligam ao DNA antes que o RNA polimerase se ligue, apesar de alguns se ligarem depois. Para o RNA polimerase II são chamados IFIIA, IFIIB e assim por diante.
Formação do TATA Box
O primeiro GTF a se ligar ao DNA é o TFIID, que possui uma proteína de ligação TATA (TBP). Então a TBP irá se conectar a sequência TATA, atrair os outros GTF e o cerne do RNA polimerase II para o promotor, formando assim o complexo de pré-iniciação (PIC), que é o TATA Box.
Após o início da transcrição a RNA polimerase II se dissocia da maioria dos GTF para alongar o transcrito primário de RNA.
A subunidade beta da RNA polimerase II contém uma cauda de proteína chamada domínio da cauda carboxila (CTD) que está situado perto do sítio do qual irá emergir o RNA nascente da RNA polimerase e após o GTD ser fosforilado pelo GTF termina a fase de iniciação e inicia a fase de alongamento. Essa fosforilação de alguma forma enfraquece a ligação do RNA polimerase II a outras proteínas do complexo de pré-iniciação, permitindo o alongamento.
A RNA polimerase monitora a ligação de um ribonucleosídeo trifosfato livre para a base exposta seguinte no molde de DNA, se houver complementaridade, ela o adiciona à cadeia, se move ao longo do DNA, desenrola o DNA à sua frente e enrola o DNA atrás dela, assim mantendo a bolha de transcrição, dentro da qual o filamento molde fica exposto. A energia para a adição de um nucleotídeo é derivada da divisão do trifosfato de alta energia e liberação do difosfato inorgânico.
O RNA nascente sofre processamento co-transcricional, isso quer dizer que conforme ele vai sendo liberado da RNA polimerase, vai sofrendo o processamento. O CTD (domínio da cauda carboxila) fica na subunidade beta da RNA polimerase II e coordena os eventos do processamento. Composto de muitas repetições de uma sequência de sete aminoácidos que servem como sítio de ligação para algumas enzimas e outras proteínas que são necessárias para o revestimento do RNA, recomposição e clivagem seguido de poliadenilação.
O CTD está situado perto do sítio de onde emerge o RNA nascente na polimerase, assim consegue orquestrar a ligação e liberação das proteínas necessárias para processar o RNA nascente transcrito enquanto a síntese continua. A adição e remoção de grupos fosfato são reversivelmente modificados nas várias fases do processamento os aminoácidos do CTD, já que o estado de fosforilação de CTD determina que proteínas do processamento podem se ligar, desta forma o CTD determina a tarefa a ser desempenhada no RNA à medida que o RNA é liberado da polimerase.
O revestimento (Cap5’) consiste em um 7’-metilguanosina ligada ao transcrito por três grupos fosfato e é adicionado por várias proteínas que interagem com CTD conforme a ponta 5’ vai emergindo da polimerase II. O Cap5’ possui duas funções: proteger o RNA da degradação e é necessário para a tradução do RNA.
Recomposição
Slicing ou recomposição é a remoção dos íntrons e união dos exons antes do RNA sair do núcleo celular. assim sendo, a recomposição junta os éxons de modo que o mRNA agora contenha a sequência codificante que é completamente colinear à proteína que ela codifica.
O número e tamanho dos íntrons varia de gene para gene e de espécie para espécie.
Recomposição alternativa
Um gene pode formar diferentes mRNA e por consequência codificar a informação de mais de uma proteína. Por motivos ainda desconhecidos, a proporção de genes alternativamente recompostos varia de espécie para espécie. As proteínas produzidas pela recomposição alternativa são geralmente relacionadas e são geralmente usadas em tipos diferentes de células ou em estágios diferentes de desenvolvimento. Mais de 70% dos genes humanos são alternativamente recompostos. muitas mutações com sérias consequências para o organismo são devidas a defeitos na recomposição.
Diferentes proteínas podem ser sintetizadas à partir de um mesmo transcrito primário, recompondo diferentes combinações de exons.
Como ocorre a Recomposição
Um dos cinco snRNA (U1, U2, U3, U4 ou U5) se une a cinco pequenas riboproteínas nucleares (snRNP) e mais de 100 proteínas adicionais para compor o splicessomo, que é uma grande máquina biológica que remove os íntrons e une os exons, interagindo diretamente com o CTD. Os snRNP ajudam a alinhar os sítios de corte tanto no final de um íntron, formando pontes de hidrogênio com o íntron conservado, quanto com as sequências de exon. Então os snRNP recrutam outros complexos e formam o splicessomo, que catalisa a remoção do íntron por duas etapas consecutivas de recomposição. A primeira etapa liga uma ponta de um íntron à adenina interna conservada, formando uma estrutura que tem o formato de um laço. A segunda etapa libera o laço e junta os dois éxons adjacentes. Quimicamente, as duas etapas são reações de transesterificação entre os nucleotídeos conservados. Os grupos hidroxila nas posições 2’ e 3’ os ribonucleotídeos são participantes fundamentais da reação. A remoção do íntron é catalisada pelo snRNA e não pelo componente proteico do splicessomo.
O alongamento continua até que seja reconhecida a sequência AAUAAA ou AUUAAA perto da ponta 3’ por uma enzima que corta a ponta do RNA aproximadamente 20 bases depois.
É adicionado a essa ponta um trecho de 150 a 200 nucleotídeos adenina chamados cauda poli-A. Assim a sequência AAUAAA do mRNA dos genes codificantes de proteína é chamada de sinal de poliadenilação.