Transcrição: Processo de Síntese de RNA

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Transcrição
Transcrição é o processo pelo 
qual uma molécula de RNA é
gerada a partir de uma molécula 
molde de DNA ou RNA.
DNADNA
PROTEPROTEÍÍNANA
Componentes Básicos
• Substrato: ribonucleotideos trifosfatados 
(NTP) = A, C, G, U.
• Molde de DNA ou RNA
• nNTPs → (NMP)n + PPi
• Catalizador: RNA Polimerase
TranscriTranscriçção X Replicaão X Replicaççãoão
Aspectos Comuns: 
• Polaridade 5’ → 3’;
• Necessidade de um molde;
Aspectos Diferenciais: 
• Não requer “primer” (iniciador);
• Apenas um segmento de DNA é transcrito;
• Uma das fitas de DNA serve como molde (ou molde (ou 
template)template);
A RNA polimerase copia uma das fitas do DNA em A RNA polimerase copia uma das fitas do DNA em 
RNARNA
Fita sense ou codante: sequência Fita sense ou codante: sequência ““idênticaidêntica”” ao mRNA ao mRNA 
Fita antisense ou molde: sequência complementar a do mRNAFita antisense ou molde: sequência complementar a do mRNA
Exercício
• 5’ ATT.AGG.AGG.AGC.TAT.GCG.ATG.CGT.ATC.GGA 3’
• 5’GTG.GGG.GTC.ATA.CCT.AGC.TTG.ACA.GCA.TAA 3’
• 5’ TTA.GTG.ATC.CGG.TAA.TTT.CGA.AAA.TTG 3’
RESPOSTA - MOLDE
5’ATT.AGG.AGG.AGC.TAT.GCG.ATG.CGT.ATC.GGA 3’
3’TAA.TCC.TCC.TCG.ATA.CGC.TAC.GCA.TAG.CCT 5’
5’GTG.GGG.GTC.ATA.CCT.AGC.TTG.ACA.GCA.TAA 3’
3’CAC.CCC.CAG.TAT.GGA.TCG.AAC.TGT.CGT.ATT 5’
5’TTA.GTG.ATC.CGG.TAA.TTT.CGA.AAA.TTG 3’
3’AAT.CAC.TAG.GCC.ATT.AAA.GCA.TTT.AAC 5’
RESPOSTA - mRNA
5’ATT.AGG.AGG.AGC.TAT.GCG.ATG.CGT.ATC.GGA 3’
5’AUU.AGG.AGG.AGC.UAU.GCG.AUG.CGU.AUC.GGA 3’
5’GTG.GGG.GTC.ATA.CCT.AGC.TTG.ACA.GCA.TAA 3’
5’GUG.GGG.GUC.AUA.CCU.AGC.UUG.ACA.GCA.UAA 3’
5’TTA.GTG.ATC.CGG.TAA.TTT.CGA.AAA.TTG 3’
5’UUA.GUG.AUC.CGG.UAA.UUU.CGA.AAA.UUG 3’
Ambas as fitas do DNA podem 
ser transcritas
Como é determinada qual fita do 
DNA será transcrita?
• Existem sequências no DNA que são 
reconhecidas como pontos de iniciação da 
transcrição.
• Estas sequências, definem o ponto de 
iniciação da transcrição e qual das fitas do 
DNA será usada como molde.
• Estas sequências são chamadas de 
promotores e fazem parte da unidade 
transcricional.
Unidade TranscricionalUnidade Transcricional
1)1)PromotorPromotor –– define onde inicia a define onde inicia a 
transcritranscriççãoão
2)2)Região codanteRegião codante –– define o que define o que éé
transcrito.transcrito.
3)3)Região terminadoraRegião terminadora –– define define 
onde termina a transcrionde termina a transcriççãoão
Unidade transcricional: Sequência de DNA transcrita, Unidade transcricional: Sequência de DNA transcrita, 
em RNA, do Promotor atem RNA, do Promotor atéé o Terminador o Terminador 
--
UpstreamUpstream DownstreamDownstream
Etapas da transcrição
• Iniciação: ocorre o reconhecimento da região 
promotora pela RNA polimerase e formação 
do complexo aberto
• Elongação: Nesta etapa, ocorre a 
polimerização propriamente dita. 
• Terminação: ocorre quando a RNA polimerase 
encontra uma região de terminação 
(terminador)
TRANSCRIÇÃO EM 
PROCARIOTOS
Principais etapas envolvidas na expressão de um genePrincipais etapas envolvidas na expressão de um gene
Um promotor bacteriano tUm promotor bacteriano tíípico apresenta 3 pico apresenta 3 
componentes: as regiões componentes: as regiões --35 e 35 e --10 e o ponto de 10 e o ponto de 
ininíício da transcricio da transcriççãoão
sequências consensuaissequências consensuais
sequência sequência --10:10: T80A95T45A60A50T96
sequência sequência --35:35: T82T84G78A65C54A45
RNA polimerase de RNA polimerase de E. coliE. coli
Estrutura da RNA 
Polimerase de E. 
coli (holoenzima)
α2ββ’σ
Procariotos apresentam 
apenas uma RNA
polimerase Que é
responsável pela 
transcrição de todos
os RNAs celulares: 
tRNA, mRNA e rRNA.
TRANSCRIÇÃO PELA RNA POLIMERASE DE E. coli
Diferentes fatores Diferentes fatores σσσσσσσσ de de E. coliE. coli reconhecem reconhecem 
promotores com diferentes sequências consensuais promotores com diferentes sequências consensuais 
(sua massa (sua massa éé indicada no nome do fator)indicada no nome do fator)
As 3 Etapas da TranscriAs 3 Etapas da Transcriçção:ão:
1)1) IniciaIniciaççãoão: ocorre o reconhecimento da 
região promotora pela RNA polimerase e 
formação do complexo aberto; 
Primeiro nucleotídeo a ser incorporado é
trifosfatado
RNA= (NMP)n
P-P-P-N1-P-N2 -P-N3 –P...-Nn
Etapas na iniciaEtapas na iniciaçção da Transcrião da Transcriçção pela RNA ão pela RNA 
Polimerase de Polimerase de E. coliE. coli
2) 2) ElongaElongaçção: ão: Nesta etapa, ocorre a polimerização 
propriamente dita. A fita nascente de RNA deixa o sítio 
catalítico enquanto a bolha de transcrição avança por sobre o 
DNA. 
O núcleo da RNA 
Polimerase alterna-se 
entre uma forma 
competente para a 
Iniciação ou para a 
Terminação, 
mediante sua ligação 
a diferentes fatores: 
σσσσ ou NusA.
Durante a 
elongação, NusA se 
liga à RNA 
Polimerase
3) Termina3) Terminaççãoão: ocorre quando a RNA polimerase 
encontra uma região de terminação (terminador). A 
cadeia nascente é liberada e o complexo com NusA se 
desfaz. 
Terminadores: Rho-independentes
Rho-dependentes
Terminadores Rho-independentes incluem regiões 
palindrômicas que formam grampos
Os terminadores Rho-
independentes apresentam 2 
características essenciais: um 
grampo na estrutura 
secundária (rico em GC) e uma 
sequência de cerca de 6 U
A RNA polimerase transcreve o DNA
Rho liga-se ao sítio de reconhecimento no RNA
Rho move-se ao longo do RNA seguindo a 
RNA polimerase
A RNA polimerase faz uma pausa no terminador 
e é alcançada por Rho
Rho desenrola o híbrido RNA-DNA na bolha de 
transcrição
Terminação: a RNA polimerase, Rho e o RNA são 
liberados
AAçção do fator rho (ão do fator rho (ρρ))
TRANSCRITRANSCRIÇÇÃO EM ÃO EM 
EUCARIOTOSEUCARIOTOS
RNA Polimerase EucariRNA Polimerase Eucarióóticatica
Eucariotos apresentam 3 RNA polimerases que podem ser Eucariotos apresentam 3 RNA polimerases que podem ser 
diferenciadas pela sensibilidade diferenciadas pela sensibilidade àà 
 
 
 
 
 droga droga αααααααα --amanitina. Cada uma amanitina. Cada uma 
transcreve um tipo de RNA. transcreve um tipo de RNA. 
EnzimaEnzima LocalizaLocalizaçção ão ProdutoProduto Atividade Atividade 
RelativaRelativa
RNA pol I Nucléolo rRNA 50-70%
RNA pol IIRNA pol II Nucleoplasma mRNA, ncRNA, mRNA, ncRNA, 
miRNA, siRNAmiRNA, siRNA
20-40%
RNA pol III Nucleoplasma tRNA; rRNA 5S e 
pequenos RNAs 
nucleares
~10%
Visão geral de um gene eucariótico 
transcrito pela RNA Polimerase II
A RNA Polimerase eucariótica possui mais de 10 subunidades
Proteínas envolvidas na transcrição
• O reconhecimento do promotor, a síntese da 
molécula de RNA, a terminação da 
transcrição são intermediadas por proteínas.
• Estas proteínas que interagem ou fazem 
parte do aparato de transcrição são 
chamadas de FATORES DE 
TRANSCRIÇÃO. 
Fatores de Transcrição
•• ClassificaClassificaçção em famão em famííliaslias
•• DomDomíínios:nios:
–– de ligade ligaçção ao DNA (DBD: DNA Binding Domain)ão ao DNA (DBD: DNA Binding Domain)
–– de ativade ativaçção (e repressão)ão (e repressão)
–– de interade interaçção proteão proteíínana--proteproteíína (dimerizana (dimerizaçção)ão)
–– de interade interaçção com molão com moléécula ligantecula ligante
Adaptado de Lodish et al. (2000) Molecular Cell Biology, 4nd edition, Freeman and Company, New York.
Estrutura modular de ativadores da transcrição de eucariotos: 
Gal4 e GCN4 são ativadores da transcrição em levedura. GR é
o receptor de glicocorticóide. SP1 liga-se a elementos ricos em 
GC (GC rich elements) no promotor de um grande número de 
genes de mamíferos. 
4 importantes fam4 importantes famíílias de fatores de transcrilias de fatores de transcriçção são descritas ão são descritas 
quanto ao tipo de domquanto ao tipo de domííniode liganio de ligaçção ao DNAão ao DNA
1) H1) Héélicelice--VoltaVolta--HHéélice (helixlice (helix--turnturn--helix) helix) 
2) Dedos de Zinco (zing finger)2) Dedos de Zinco (zing finger)
3) Zipper de Leucine (leucine zipper)3) Zipper de Leucine (leucine zipper)
4) H4) Héélicelice--AlAlççaa--HHéélice (helixlice (helix--looploop--helix)helix)
Vários tipos de motivos de ligação ao DNA são 
encontrados em proteínas regulatórias 
(DNA-binding proteins)
Helix-turn-helix: o domínio de 
ligação ao DNA do repressor Lac é
mostrado em vermelho e laranja
Repressor Lac completo: domínio de 
ligação ao DNA é mostrado em azul e 
as α-hélices de tetramerização em 
vermelho
Homeodomínios
Helix-turn-helix
Comum em vários reguladores transcricionais envolvidos no desenvolvimentoreguladores transcricionais envolvidos no desenvolvimento. 
Este domínio de 60 resíduos de aminoácidos (codificado por uma seqüência de 
DNA chamada homeobox) foi descoberto em genes homegenes homeóóticos ticos –– genes que genes que 
regulam o desenvolvimento do padrão do corporegulam o desenvolvimento do padrão do corpo
Hélice de 
reconhecimento
Dedos de Zinco
Cerca de 30 resíduos de aminoácidos
4 Cys ou 2 Cys e 2 His coordenam um íon de zinco
Várias cadeias laterais hidrofóbicas no “core” da estrutura 
contribuem para sua estabilidade
3 Dedos de Zinco 
(cinza) da proteína 
regulatória de 
camundongo Zif 268, 
complexada com o 
DNA (azul e branco). 
Cada íon zinco 
(marrom) coordena 
com 2 resíduos de Cys 
e His.
Receptores de hormônio esteróide. Três domínios 
funcionais: sítio de ligação para o hormônio, sítio de ligação 
ao DNA (altamente conservado) e uma região que ativa a 
trancrição de genes regulados. O domínio de ligação ao DNA 
apresenta dois motivos do tipo dedo de zinco. 
Sequência de Sequência de 
aminoaminoáácidos do cidos do 
receptor de estrogênioreceptor de estrogênio
(os resíduos mostrados em 
negrito são comuns a 
todos os receptores de 
hormônio esteróide)
“Zipper” de Leucina
Leucine zipper: Leucine zipper: αααααααα--hhéélice lice 
anfipanfipááticatica com uma scom uma séérie de rie de 
resresííduos de aminoduos de aminoáácidos cidos 
hidrofhidrofóóbicos concentrados de um bicos concentrados de um 
lado, com a superflado, com a superfíície cie 
hidrofhidrofóóbica formando a bica formando a áárea de rea de 
contato entre os 2 polipeptcontato entre os 2 polipeptíídeos deos 
do ddo díímeromero
Adaptado de Nelson, D. and Cox, M., M. (2000). Lehninger Principles of Biochemistry, 3nd edition, Worth Publishers. 
Observar os resíduos de LeuLeu ocorrendo a cada sséétimatima posição 
na região do zipper e o número de resíduos de Lys e Arg na 
região de ligação ao DNA (interagem com os fosfatos 
carregados negativamente do DNA “backbone”)
Adaptado de Nelson, D. and Cox, M., M. (2000). Lehninger Principles of Biochemistry, 3nd edition, Worth Publishers. 
Helix-Loop-Helix: MyoD
Função dos fatores de transcrição
• Componentes do aparato basal de 
transcrição
• Ativadores da transcrição
• Repressores da transcrição
APARATO BASAL / GERAL DE TRANSCRIAPARATO BASAL / GERAL DE TRANSCRIÇÇÃOÃO
Promotor genérico: a sequência mais curta a partir da qual 
a RNA Polimerase pode iniciar a trancrição � independe 
de sequências adicionais podendo ser expresso em 
qualquer célula
Aparato basalAparato basal = proteínas acessórias + RNA Pol II �
capazes de iniciar a transcrição a partir do promotor 
genérico 
Denominação dos fatores gerais: TFIIX
Sequências comuns em 
promotores reconhecidos pela 
RNA Polimerase II de eucariotos 
PyPy22CCAAPyPy55
Promotor genérico + aparato basal: transcrição com baixa eficiência �
sequências upstream + fatores adicionais: aumento na eficiência da transcrição 
Elementos basais são conservados entre diferentes promotores e diversos tipos
celulares
Sequências comuns em promotores reconhecidos 
pela RNA Polimerase II de eucariotos 
A maioria dos promotores possui a sequência A maioria dos promotores possui a sequência TATA boxTATA box a a 
cerca de 25 pb upstream do scerca de 25 pb upstream do síítio de intio de iníício da transcricio da transcriçção ão 
(+1, geralmente (+1, geralmente AA))
�� sequência curta e bem definida logo upstream sequência curta e bem definida logo upstream 
do sdo síítio de intio de iníício da transcricio da transcriçção e que ão e que éé
necessnecessáária para a sria para a sííntese do RNA; ntese do RNA; 
�� sequência com localizasequência com localizaçção relativamente fixa ão relativamente fixa 
com respeito ao scom respeito ao síítio de intio de iníício da transcricio da transcriçção; ão; 
�� encontrada na grande maioria dos promotores encontrada na grande maioria dos promotores 
dos eucariotosdos eucariotos
TATA boxTATA box,, que está situado entre as posições -34 
à -26, é o sítio de interação da TBP (TATA binding 
protein) ���� define o início da transcrição na 
maioria dos genes dependentes da RNA 
polimerase II. 
___________TT8282AA9797TT9393AA8585AA6363(T(T3737)A)A8888_____21 a 29 pb21 a 29 pb_____|AA5050___região codante__ 
TATA boxTATA box +1+1
Composição dos promotores 
eucarióticos
•• Promotor bPromotor báásicosico
•• Elementos proximais:Elementos proximais: encontrados encontrados 
prpróóximos ao TATA box (entre as posiximos ao TATA box (entre as posiçções ões --
200 e 200 e --100) 100) 
•• Elementos distais:Elementos distais: encontrados distantes dos encontrados distantes dos 
promotores (atpromotores (atéé --50 kb) e podem ser 50 kb) e podem ser 
localizados downstream ao promotor aplocalizados downstream ao promotor apóós o s o 
gene, dentrogene, dentro de de ííntrons e atntrons e atéé mesmo em mesmo em 
outros cromossomos!outros cromossomos!
Elemento iniciador: Elemento iniciador: alguns genes que não possuem TATA box alguns genes que não possuem TATA box 
contêm um elemento chamado iniciador. Este elemento contêm um elemento chamado iniciador. Este elemento éé
composto decomposto de: 
PyPyANTAPyPyPyPyANTAPyPy
+1 +1 
Genes sem definiGenes sem definiçção do ponto de iniciaão do ponto de iniciaççãoão:: vváários genes, rios genes, 
normalmente os normalmente os ““housekeepinghousekeeping””, não apresentam TATA box ou , não apresentam TATA box ou 
elemento iniciador. Estes genes apresentam transcritos que elemento iniciador. Estes genes apresentam transcritos que 
comecomeççam em mam em múúltiplos pontos (são heterogêneos na região 5ltiplos pontos (são heterogêneos na região 5’’). ). 
Tipicamente apresentam um ou mais elementos GC na região Tipicamente apresentam um ou mais elementos GC na região 
proximalproximal. 
Todas as RNA polimerases têm em comun a Todas as RNA polimerases têm em comun a TBPTBP
((TTATA ATA BBinding inding PProtein) que serve de rotein) que serve de elemento guiaelemento guia
para os demais fatores gerais de transcripara os demais fatores gerais de transcriçção. ão. 
TBP ligaTBP liga--se ao DNA pela fenda menorse ao DNA pela fenda menor (virtualmente todas as proteínas que 
se ligam ao DNA o fazem pela fenda maior).
Forma uma Forma uma celacela curvando o DNA: o TATA box curvando o DNA: o TATA box éé curvado em direcurvado em direçção ão àà cavidade cavidade 
maior maior �� esta mudanesta mudançça na organizaa na organizaçção espacial do DNA parece gerar uma ão espacial do DNA parece gerar uma 
interainteraçção mais ão mais ííntima entre os demais FTs e RNA Pol II com o DNAntima entre os demais FTs e RNA Pol II com o DNA
As RNAs Polimerases eucarióticas são posicionadas em todos os
Promotores por um fator que contém TBP 
Promotores Pol I
Promotores Pol III
Reconhecimento de um promotor contendo Reconhecimento de um promotor contendo 
TATA box: primeiras etapasTATA box: primeiras etapas
1) Liga1) Ligaçção de ão de TFIIDTFIID em uma região que se estende upstream do em umaregião que se estende upstream do 
TATA box; TATA box; 
Obs: Obs: TFIIDTFIID ( cerca de 800 kDa): ( cerca de 800 kDa): TBP + TAFsTBP + TAFs (TAF(TAFIIII00);00);
TAF = TAF = TBP Associated Factor
3) TFIIDs contendo diferentes TAFs podem ativar diferentes 3) TFIIDs contendo diferentes TAFs podem ativar diferentes 
promotores promotores �� alguns TAFs são tecidoalguns TAFs são tecido--especespecííficos; ficos; 
4) Os 4) Os TAFTAFIIIIs podem ser encontrados em outros complexos: s podem ser encontrados em outros complexos: 
remodelamento da cromatinaremodelamento da cromatina antes do inantes do iníício da transcricio da transcriçção; ão; 
5) 5) TFIID TFIID éé ububííquo mas não quo mas não úúniconico
TBP – reconhece o TATA box e
Interage com TFIID.
TFIID – Interage com proteínas 
regulatórias positivas e negativas. 
TFIIB – Se liga a TBP e recruta o 
Complexo RNA PolII-TFIIF
TFIIF – se liga a RNA Pol II e 
impede
A ligação inespecífica da RNA Pol.
TFIIE – Recruta TFIIH e tem 
atividade de helicase e ATPase
TFIIH – Tem atividade de helicase 
a ATPase. Desenrola o DNA no 
promotor, fosforila a RNA pol II e 
recruta o complexo de reparo NER
O complexo de iniciaO complexo de iniciaçção da transcrião da transcriçção ão éé
montado pela adimontado pela adiçção sequencial de ão sequencial de 
fatores basaisfatores basais
A InteraA Interaçção dos ão dos 
Elementos Elementos 
reforreforççadores adores 
(Enhancers) ou (Enhancers) ou 
Silenciadores Silenciadores 
(Silencers) e (Silencers) e 
seus fatores com seus fatores com 
a maquinaria a maquinaria 
basal basal ��������
modulamodulaçção da ão da 
transcritranscriççãoão
Transcrição e processamento: papel 
do CTD
• O domínio C-terminal da PolII é
extremamente maleável
• Diversos fatores se aderem a ele durante a 
transcrição
– Proteínas de processamento
– Influência na própria transcrição
A fosforilação do CTD pela 
atividade quinase do fator 
TFIIHTFIIH é necessária para 
liberar a RNA Polimerase II do 
promotor (elongação)
O CTD pode coordenar o 
processamento do RNA com a 
transcrição: Guanilil transferase 
(CAP), Fatores de Splicing e 
componentes do aparato de 
Clivagem e Poliadenilação 
Principais etapas envolvidas na expressão Principais etapas envolvidas na expressão 
de um genede um gene Transcrição e Processamento
ADIADIÇÇÃO DO 5ÃO DO 5´´CAP CAP 
Adição do quepe (ii)
• O complexo de 
ligação ao 
quepe (CBC) é
responsável 
pelo 
recrutamento de 
fatores de 
exportação 
nuclear.
POLIADENILAPOLIADENILAÇÇÃO eÃO e
TERMINATERMINAÇÇÃO DA TRANSCRIÃO DA TRANSCRIÇÇÃO ÃO 
Adição da cauda
Poli(A) ao pré-mRNA
eucariótico