Transcricao e processamento de RNA

TRANSCRICAO E
PROCESSAMENTO DE RNA
Número de genes para RNA
RNA ribossômico - rRNA
•
Os rRNAs correspondem a 85 % do RNA total da célula, e são
encontrados nos ribossomos (local onde ocorre a síntese
proteíca).
•
Os rRNAs se agregam a proteínas ribossômicas para
integrarem as partículas ribossomais.
• O ribossomo é um complexo
constituído por moléculas de
RNA individuais e mais de 50
proteínas, arranjados em uma
subunidade pequena e uma
subunidade grande.
•As proteínas das duas
subunidades diferem, assim
como as moléculas de rRNA.
• O comprimento das moléculas
de RNA, a quantidade de
proteínas e, consequentemente,
o tamanho das subunidades
diferem entre procariotos e
eucariotos.
•Os rRNAs formam estruturas dobradas, muito semelhantes em diferentes
espécies, embora as sequências de nucleotídeos possam diferir.
Síntese e processamento do pré rRNA
• Os ribossomos de eucariotos contêm 4 rRNAs
(18S, 28S, 5.8S e 5S). Os três primeiros são
transcritos como uma única unidade de transcrição,
na forma de um pré-rRNA, por ação da RNA
polimerase I.
• O DNA que codifica para rRNA tem sido isolado de
várias espécies de eucariotos e há algumas
semelhanças entre as espécíes:
– As unidades de transcrição de pré-rRNA estão
arranjadas, umas após a outras, em longas sequências.
– Três sequências do pré-rRNA correspondem aos
componentes ribossômicos: 18S, 28S e 5.8S.
– A ordem desta sequência é sempre a mesma: l8S, 5.8S
e 28S.
• O processamento do pré-rRNA ocorre no nucléolo e
envolve vários passos, que levam a formação das
subunidades ribossômicas 40S e 60S.
• O processamento começa com a associação das
proteínas ribossômicas ao pré-rRNA.
• O rRNA pequeno (5S) constituído por 120 nucleotídeos,
codifícado por genes que ficam fora do nucléolo. Ele é
sintetizado pela RNA polimerase III que não se encontra
no nucléolo (este rRNA - 5S não sofre nenhum
processamento).
RNA transportador - tRNA
• Os tRNAs correspondem a 10% do RNA total
da célula, e são denominados de adaptadores.
• Os adaptadores são moléculas que carregam
aminoácidos que se ligam, de modo específico
às bases do molde de RNA.
• Os tRNAs são adaptadores para os
aminoácidos durante a síntese proteíca.
• Cada tRNA tem uma estrutura específica que
reconhece uma determinada sequência no
molde de DNA.
• Os tRNA apresentam algumas estruturas
comuns:
– Cada molécula de tRNA contêm entre 73 a 93
nucleotídeos em uma única cadeia linear.
– Há 30-40 tipos de tRNAs em bactérias e, até, 50 em
células animais ou vegetais.
– No terminal 3' está sempre presente uma sequência
CCA.
– No terminal 5' está sempre presente um nucleotídeo
monofosfato, frequentemente guanina (G).
• A maioria das bases do tRNA são ligadas por
pontes de hidrogênio. Dobras, em forma de
grampos, da mesma cadeia, aproximam bases
complementares que formam duplas hélices
curtas.
• Alguns nucleotídeos não formam pares de bases
e ficam livres para interagir com outras moléculas,
durante a síntese proteíca.
• A conformação adotada pelas moléculas de tRNA
é a forma de um trevo.
• Estudos de difração de raio X, demonstram que o
trevo se dobra, assumindo uma conformação
terciária estável,
conferindo a molécula a forma de L.
Síntese e processamento do tRNA
• A síntese do tRNA é catalizada pela RNA polimerase
III.
• A transcrição termina quando a RNA polimerase III
encontra uma sequência de resíduos do nucleotídeo
timina (T).
• Os tRNAs são sintetizados como precursores que são
modificados.
•
O pré-tRNA sofre:
– "Splicing" e remoção das sequências
intercaladas,
– Remoção de três nucleotídeos da extremidade 3'
e adição da sequência CCA,
• O "splicing" das moléculas de pré-tRNA
envolve dois passos:
– Corte do transcrito primário para remover o
intron.
– União das pontes cortadas.
– A molécula se dobra, de modo a permitir que a
cadeia seja cortada com precisão, para liberar
o intron.
Aminoacil tRNA sintetase
• Aminoacil tRNA sintetase - (abreviação aaRs)
• é uma enzima que cataliza a ligação do
aminoácido específico ao tRNA: aminoacyltRNA.
• a maioria das células produzem 20 diferentes
aminoacyl-tRNA sintetases: uma para cada tipo
de aminoácido.
• Estas enzimas reconhecem suas respectivas
moléculas de tRNA interagindo de maneira
complexa com o anticodon dos mesmos.
RNA mensageiro - mRNA
• Os mRNAs representam cerca de 4% do RNA celular
total.
• O mRNA carrega informações do DNA para o
ribossomo, local onde ocorre a síntese protéica. É o
verdadeiro molde da síntese protéica.
• Os mRNAs têm vários tamanhos e são constituídos por
diferentes tipos de bases nitrogenadas, em função da
proteína a ser codificada.
• Um mRNA especifica uma cadeia linear precisa de
aminoácidos em uma proteína e também sinaliza onde
começar e onde parar a síntese da cadeia polipeptídica.
Relembrando a molécula de RNAmensageiro
Síntese e processamento do mRNA
• Os mRNAs são sintetizados pela RNA polimerase
II.
• Todos os genes analisados, que são ativamente
transcritos, tem uma sequência altamente
conservada, chamada de "TATA box", localizada a
25-35 pares de bases antes do início da transcrição.
• Após a transcrição, vários grupos metil (grupo radical
alcalino CH3 derivado do metano pela remoção de um átomo de H)
são adicionados a resíduos de Adenina (A)
localizados em exons (regiões codificadoras). Talvez
a metilação desempenhe um papel de proteção na
porção do transcrito a ser preservado.
• O mRNA citoplasmático é derivado de um precursor
denominado hnRNA nuclear (heterogeneous
nuclear RNA) – mRNA imaturo.
•
Os mRNA de eucariotos são
monocistrônicos (codificam apenas para um
polipeptídeo).
•
O processamento pós-transcrição do
hnRNA para originar o mRNA envolve três
etapas:
– Adição de uma cauda de poli A à
extremidade 3'
– Formação de um capacete "cap" na
extremidade 5'
– "Splicing" para a remoção dos introns
Adição da cauda de poli A
• A cauda de poli A é adicionada à cadeia de
hnRNA pela extremidade 3' do RNA, por uma
enzima chamada poliA polimerase.
• Esta enzima adiciona uma cauda de poliA de
200-250 nucleotídeos ao hnRNA.
• Esta cauda não é codificada no DNA e é
específica do mRNA. A cauda de poli A é
lentamente encurtada no citoplasma.
Formação do capacete "cap"
• O "cap"consiste de um nucleotídeo 7metilguanilato (guanina modificada), unido
por uma ligação 5'- 5' ao nucleotídeo inicial
da cadeia de mRNA (ao invés da ligação
usual 3’- 5’).
• Portanto não há extremidade 5' livre na
cadeia de mRNA e sim duas extremidades
3'-OH livres.
• A formação do "cap"ocorre no núcleo.
"Splicing"
• O splicing é o passo final do processamento do
mRNA.
– lntron - parte do transcrito primário que não está
incluída no mRNA, tRNA e rRNA maduro.
– Exon - parte do transcrito primário que chega ao
citoplasma como parte de uma molécula de RNA.
• A remoção do intron é um processo de alta precisão,
uma vez que o erro de apenas uma base levaria a
leitura errada de toda sequência seguinte.
• Existem algumas sequências relativamente
conservadas nos limites intron-exon e uma
sequência rica em pirimidinas dentro de intron.
• Para que ocorra o "splicing", é necessário
que uma estrutura se organize em torno do
RNA. Esta estrutura é chamada de
"spliceosomo“;
• O "Splicing" é a última etapa de
processamento do mRNA que, com o "cap"
na extremidade 5' e a cauda de poli A, na
extremidade 3' vai para o citoplasma, onde,
complexando-se com ribossomos, serve de
molde para a síntese protéica.
Diferenças na produção de mRNA
em eucariotos e procariotos
• Procariotos
– mRNA corresponde
exatamente aos
genes no DNA;
– Não ocorre
processamento do
mRNA;
– Ocorrência de mRNA
policistrônico
• Eucariotos
– mRNA requer
processamento póstranscricional
– Cada mRNA é
derivado de um gene
individual (mRNA
monocistrônico)
RNA de interferência e micro-RNA
rRNA
miRNA
Interrupção
miRNA
RNA
ncRNA
mRNA
rRNA
Ribosomal RNA
Participa da
síntese de proteínas
Non-coding RNA. RNA transcrito tem papel estrutural,
funcional ou catalítico
tRNA
snRNA
Transfer RNA
Interface entre
RNAm e
aminoácidos
Small nuclear RNA
RNA que fazem
parte do
spliceossomo
snoRNA
miRNA
Small nucleolar RNA
Encontrado no
nucléolo e esta
envolvido na
modificação
do RNAr
Micro RNA
Pequenos fragmentos
de RNA que estão
envolvidos na regulação
da expressão gênica
stRNA
Small temporal RNA.
RNA com função de
regulação do
desenvolvimento biológico
Outros
RNAs maiores compondo
a estrutura da cromatina
e relacionados
ao “imprinting”
siRNA
Small interfering RNA
ativa moléculas na
interferência por RNA
O que é um microRNA (miRNA)?
9pequenas moleculas de RNA encontradas em eucariotos,
reguladoras, “escondidos” no genoma (regiões intergênica e
intrônica);
9Sao sequencias conservadas evolutivamente;
9~22 nucleotídeos;
9descobertos em estudos de regulação do desenvolvimento
de C. elegans em 1993;
9Controlam a expressão a nivel da traducao;
Biogenese do miRNA
9Inicialmente transcrito como um pré-miRNA de 70-100 pb;
9pré-miRNA é processado pela Dicer (RNAase III);
9formação de miRNA “maduro” com 21-22 nt;
9atua negativamente na regulação pós-transcricional pela
formação de um duplex RNA, interrompendo a tradução de
um mRNA pela região 3’-UTR
miRNA
Loop
Dicer (RNAase III)
UGAGGUAGUAGGUUGUAUAGU
(miRNA)
Qual a diferença entre siRNA e miRNA ??
¾Função: envolvidos na regulação da expressão gênica
miRNA: micro-RNA
9geralmente complementares a mRNA (imperfeita);
9seqüências são relativamente conservadas entre espécies;
9ligam-se à 3’UTR: degradação do mRNA ou inibição da
tradução; alteram a estabilidade do mRNA;
9miRNA
origina de ssRNA formando
secundária em forma de hairpin;
uma
estrutura
9expressão constitutiva ou com controle temporal-específica
e tecido-específica
9miRNA são altamente
conservados em grupos
filogenéticos
afastados
(insetos, peixe e humano)
Qual a diferença entre siRNA e miRNA ??
siRNA: RNA de interferência
9diferença se baseia na origem;
9siRNA é mais comum em resposta a RNA estrangeiro
(geralmente viral);
9geralmente é 100% complementar;
9tipicamente induz a degradação do mRNA
siRNA:
Mecanismo de ação
http://www.youtube.com/watch?v=h1kayIVEfcY&feature=related
http://www.nature.com/focus/rnai/animations/index.html
http://www.nature.com/ng/supplements/micrornas/video.html