Transcrição do DNA - Aula 5

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Transcrição do dna
Liz Schettini 
BMC
 
 No ciclo celular, ou a célula está em interfase ou está em mitose (divisão). Na interfase temos G1 (transcrição e tradução de proteínas – em maior escala. É a fase em que a célula está mais geneticamente ativa), S (síntese e replicação do DNA) e G2 (transcrição e tradução de proteínas – em menor escala).
 O gene jamais sai do núcleo, e é ele que tem a informação para a formação da proteína, mas lembre que nem tudo do DNA é gene, somente 2% do nosso material genético é composto por gene, o resto (98%) é são áreas não codificantes (que não tem genes). O que é um gene? São porções do DNA que codificam para proteínas ou micro-RNAs (que vamos comentar mais a frente).
 Se o gene que vai codificar uma proteína não sai do núcleo, e a síntese proteica ocorre no citosol (onde se encontram os ribossomos), como que a informação chega lá? Pela molécula de RNA, que copia a informação do gene e leva pro citosol. Lembrando que o gene é composto por regiões de éxons e íntrons, sendo que os íntrons não são úteis por não codificarem proteínas. Esse RNA que copia primeiro a informação do gene é chamado transcrito primário de RNA, que depois sofrerá o processamento do RNA e será cortado só em éxons, formando o RNA mensageiro.
 OBS.: as histonas (genes que condensam o DNA) não têm íntrons
 A transcrição é a cópia do DNA para o RNA. Serve para ativação e inativação diferencial de genes. Nossas células são geneticamente idênticas, mas epigeneticamente diferentes, ou seja, nos originamos de uma mesma célula (e todas nossas células têm o mesmo material genético), mas que ao sofrer mitose vão se diferenciando e expressando diferentes genes, formando tecidos diferentes. Então células epigeneticamente diferentes são células que expressam seus genes de maneiras diferentes. 
 OBS.: Um gene que é transcrito = um gene que está sendo expresso. Um gene silenciado = um gene que não está sendo expresso.
 A epigenética define o repertório de genes ativos a cada instante na transcrição. Ela muda de acordo com o estilo de vida, alimentação e estímulos ambientais também. O entendimento semi-preciso da regulação da transcrição gênica define a adaptação do individuo ao meio, diferenciação celular, embriogênese (que só acontece graças a essas mudanças nas expressões dos genes). A epigenética pode ser mudada ambientalmente falando, por isso determinados estudos com genes monozigóticos que são criados em locais diferentes mostram que eles têm algumas modificações por conta desse ambiente diferente, por causa dos estímulos epigenéticos.
 OBS.: quando estudamos câncer, nós vemos que os genes da polimerase são inativos na célula somática, mas um evento epigenético pode ativar esses genes.
 A transcrição promove o genoma ativo (genes que estão sendo transcritos naquela célula específica e consequentemente traduzidos em proteínas).
 A transcrição é feita pela RNA polimerase (ela faz tudo), porém o início da transcrição ocorre por fatores de transcrição. Em eucariotos existem alguns tipos de RNA polimerase:
· Tipo 1: Localizada no nucléolo e responsável pela síntese do RNA ribossômico
· Tipo 2: Localizada no nucleoplasma e responsável pela síntese do RNA mensageiro
· Tipo 3: Localizada no nucleoplasma e responsável pela síntese do RNA transportador
 Fases da transcrição:
1. Início (reconhecimento de sequencias especificas do DNA pela RNA polimerase)
2. Alongamento (incorporação dos nucleotídeos - polimerização)
3. Terminação (sequencias do DNA que são reconhecidas e a síntese é interrompida. Isso vale somente pra procariotos, em eucariotos a gente não sabe como funciona ainda)
 O gene recém-formado tem uma região chamada região promotora, outra região chamada 5’UTR e aí ele tem regiões que alternam de éxons e íntrons, terminando na região 3’UTR. Parece que essa região promotora não é traduzida, ela está lá para servir de reconhecimento para a RNA polimerase (já que só 2% do DNA é gene, como que a RNA polimerase sabe onde traduzir? pela região promotora!)
	Região Promotora
	5’UTR
			DNA que será transcrito (éxons + íntrons)
	3’UTR
 OBS.: o íntron é infinitamente maior que o éxon, parece que isso é uma vantagem evolutiva, porque cada vez que o DNA replica ele insere 1% de erro, então quando o material genético inativo é maior a chance dele receber uma mutação é maior do que a chance do DNA ativo receber uma mutação.
 A região promotora não é transcrita! Ela está no gene, mas a molécula de RNA não transcreve essa região, ela só serve como uma região de reconhecimento para início da transcrição
 Em procariotos -> o primeiro nucleotídeo que começa ser transcrito numa molécula de RNA a gente chama de nucleotídeo “+1”. Se a gente conta -10 nucleotídeos a partir desse +1, e -35 a gente delimita a região promotora, que também é conhecida como TATABOX. A RNA polimerase faz tudo sozinha, por causa da sua conformação. Ela mantém fitas simples estáveis, sem desenrolar, ela polimeriza, ela quebra e refaz as pontes de H+, ela é autossuficiente. Em procariotos a fase de término se dá pela formação do grampo de terminação. Vocês lembram que o RNA é fita simples ao contrário do DNA né? O que acontece é que na molécula de DNA, no finalzinho do gene vão ter sequências de nucleotídeos que, quando lidas pela molécula, vão fazer pontes de hidrogênio e formar o “grampo” (tipo uma alça de nucleotídeos, que “fecha” o final da molécula)
 Em eucariotos -> esse processo é mais complexo. A maquinaria de transcrição precisa ter acesso ao DNA que é condensado por histonas (por isso que a transcrição ocorre em interfase, porque é onde DNA está menos condensado). Aqui também tem zona promotora que será reconhecida por fatores de transcrição (são proteínas que reconhecem a zona promotora) e esses fatores de transcrição recrutam a RNA polimerase. Aqui existem também os acentuadores (enhancers) que são sequências de DNA que aumentam a afinidade dos fatores de transcrição à região promotora. Eles não fazem parte do gene! Eles estão fora do gene, podendo estar tanto bem próximos do gene, quanto estarem distantes. Aqui na zona promotora de novo nós temos o nucleotídeo +1, (de onde contando -25 chegamos na TATABOX, -80 CAATABOX e -100 GCBOX). A transcrição do RNA vai ocorrer pelo reconhecimento da TATABOX por um fator de transcrição, que recrutam outros fatores de transcrição, que recrutam a polimerase. Agora a polimerase precisa ser ativada, formando a fase de alongamento. Não se sabe ainda como a polimerase sabe que o gene terminou para parar de transcrever, mas sabemos que quando a transcrição termina o gene é despolimerado (retirada da polimerase)
 OBS.: a metilação do DNA (ocorre no GCBOX) ou a supercondensação das histonas bloqueia a transcrição do DNA.
 ATENÇÃO! Uma das duas fitas do DNA será copiada. A fita que é copiada é chamada de cadeia molde, e a molécula de RNA vai ter a mesma sequência da fita que não foi copiada (por causa da complementariedade de bases), por isso a que não foi copiada é chamada de cadeia código. A sequência do RNA mensageiro = sequência da fita que não foi copiada.
 O molde é local. Genes podem estar numa fita do DNA. A escolha da fita de molde depende da localização e orientação da região promotora (porque a transcrição só é feita no sentido 5’ -> 3’. Então de uma mesma fita podem sair informações completamente diferentes por causa do sentido em que as informações são lidas). Isso faz com que as vezes acontece de termos genes diferentes que se sobrepõe, ou seja, eles estão no mesmo lugar da molécula de DNA, mas porque se encontram em fitas diferentes, o sentido da leitura do DNA acaba formando dois genes diferentes, apesar de serem complementares na molécula.
 O RNA, quando copia a informação do gene, ele só não copia a região promotora. A molécula gerada por essa transcrição é o RNA transcrito primário, uma molécula que para se tornar o RNA mensageiro propriamente dita precisa passar por algumas transformações. A primeira coisa que acontece é o capping que é uma metilação na região 5’(na primeira guanina da cadeia). Outra coisa que ocorre é a adição da cauda Poli-A (cadeia de adeninas). E por fim a retirada dos íntrons, pelo splicing do RNA, formando o RNA mensageiro (que é bem menor que a molécula inicial)
 Esse capping 5’ protege o RNA da degradação e é necessário pra começar a tradução (pro ribossomo reconhecer onde começar a tradução).
 Outra coisa importante para o nosso organismo é o splicing alternativo, que é o processamento diferencial de um mesmo transcrito primário. As vezes o mesmo gene codifica isoformas diferentes daquela proteína, por conta do splicing alternativo. Isso geralmente acontece para gerar isoformas de proteínas que vão atuar cada uma em um tecido específico. A própria CFTR da fibrose cística, ela joga o Cl pra fora no pulmão e na glândula sudorípara ela joga pra dentro da célula.
 O splicing alternativo acontece por causa de retiradas diferenciais dos éxons em determinadas isoformas, não e como a gente aprende na escola: que os exons se misturam. Aqui eles são seletivamente retirados dependendo da isoforma a ser formada. O splicing alternativo é então a retirada alternativa de éxons junto com os íntrons, formando proteínas diferentes por combinações diferenciais dos genes ativos.
 Esse RNA mensageiro vai até o citosol, por meio de proteínas que se ligam ao capping e causa poli-a e transportam essa molécula até o citosol. Isso ocorre após o splicing.
 Pra gente pensar em tradução de proteínas, temos que ter em mente que a molécula de RNA mensageira vai ser lida de 3 em 3 nucleotídeos (sendo que o capping e a poli-A não são traduzidos). O ribossomo está separado no citosol, ele só vai se juntar quando ele precisar ler uma molécula de RNA. Quem encosta primeiro na fita do RNAm é a subunidade menor. Ela vai andar pela fita até achar o código de início, que será sempre AUG.
 Lembrando que aqui no ribossomo só existem 2 sítios: o sítio P e o sítio A. Normalmente o ribossomo está com o sítio A bloqueado, e o único códon que é capaz de se ligar no sítio P sem passar pelo sítio A é o AUG. Então quando a subunidade menor encontra essa sequência ela se liga e para no local. Aí vem uma molécula chamada de molécula de RNA transportador com anti-códon (o aminoácido, traduzindo AUG -> UAC). Esse RNA transportador com o anti-códon sempre carrega consigo o aminoácido metionina, que sempre é o primeiro a ser transcrevido. Quando isso acontece o sítio A é liberado, começando a fase de alongamento.
 A partir daí, uma molécula de RNA transportador já vem com o anti-códon do próximo aminoácido a ser traduzido (isso para o sítio A). Quando esse anti-códon se liga no sítio A, a molécula de RNA transportador que estava no sítio P se solta do seu aminoácido e esse aminoácido faz uma ligação peptídica com o aminoácido da nova molécula de RNA transportador, que está no sítio A. OBS.: o RNA transportador vem trazendo um aminoácido, quando ele se liga ao sítio A, o aminoácido do sítio P faz uma ligação peptídica com o aminoácido do sítio A, e perde sua ligação com o transportador de RNA. Aí o RNA transportador do sítio A passa para o sítio P, até que outro transportador de RNA chegue no sítio A, para recomeçar esse “ciclo”.
 OBS.: o código genético é universal, com exceção de algumas bactérias, que tem o código igual das mitocôndrias, por isso temos aquela teoria. Muitas vezes, porém, mais de um códon existe codificando um mesmo aminoácido, porque nosso código genético é degenerado. Em teoria deveríamos ter 64 aminoácidos (fazendo a conta pela quantidade de bases nucleotídeas – 4 – em combinação), mas só temos 20.
 Toda vez que o ribossomo lê o códon STOP (UGA, UAA ou UAG), nenhuma outra molécula transportadora de RNA se liga ao local, o que se liga é o fator de parada. A partir daí não vai traduzir mais nenhum outro aminoácido.
 Os mecanismos epigenéticos controlam a expressão de genes. Esses mecanismos podem ser controlados por 3 processos: 
· pela modificação das histonas (supercondensação)
· pela metilação do DNA 
· pela ação de micro-RNAs (são pequenas moléculas de RNA que são codificadas pelos nossos genes -> elas se ligam a RNAs mensageiros silenciando-os diretamente, então se ele está silenciado não tem tradução, e não forma proteína)
 Essa descoberta dos micro-RNAs possibilitou a produção delas in vitro, para silenciar genes que estão mutados, esse RNA produzido por nós é chamado de RNA de interferência. OBS.: esses micro-RNAs são produzidos pelo mesmo mecanismo de transcrição do DNA.
 A molécula de micro-RNA é mais antiga que a própria molécula de RNA. Ela tem a ver com a origem da vida.
	RNA de interferência
	Micro-RNA
	É o produzido por nós para ser utilizado na terapia gênica.
- Exógeno
- Defesa
- Degradação
- Complementariedade de bases
- Total
	É produzido pelo processo de transcrição e tradução natural do nosso organismo.
- Endógeno
- Desenvolvimento e processos biológicos
- Impede a tradução
- Complementariedade de bases
- Total ou parcial