Texto- Mecanismos de regulação da expressão gênica

Prévia do material em texto

Mecanismos de silenciamento gênico pós-transcricional
Um organismo eucarioto é constituído por inúmeras células com diferenças nos aspectos morfológicos e funcionais. Nos animais, por exemplo, os neurônios se diferem muito dos hepatócitos e dos miócitos. No entanto, todas as células somáticas contêm 46 cromossomos e o mesmo conteúdo genético. O que muda é o complemento de proteínas que cada célula produz.
	A regulação gênica controla todas as células, em sua estrutura e função, e é a base para a diferenciação celular, a morfogênese, a versatilidade e a adaptabilidade de qualquer organismo. Ou seja, o que vai definir um determinado tipo de célula e sua função biológica é justamente o conjunto de genes que ela vai expressar.
No embrião, todas as células são indiferenciadas e totipotentes. Nelas, todos os genes estão ativos, mas após algumas divisões mitóticas, as células passam pelo processo de morfogênese para formar tecidos e órgãos. A partir daí, alguns genes se tornam inativos, através de uma cascata de regulação de sua expressão. 
 Assim como nos procariotos, nos eucariotos as alterações ambientais também interferem na expressão dos genes, no entanto, em organismos multicelulares, o sistema de controle é mais sofisticado, e a expressão gênica uma vez controlada, regula um programa genético fundamental para o desenvolvimento embrionário e a diferenciação celular. 
Supostamente apenas 10% dos genes se expressam em todas as células de maneira contínua. Os demais são ativados em determinados tecidos ou em situações específicas. Existem dois grupos distintos de genes, constitutivos e regulados, classificados de acordo com sua expressão. Entre os constitutivos estão os housekeeping genes, que quer dizer “genes domésticos”, os quais são continuamente expressos em todas as células do organismo, codificando proteínas essenciais para a manutenção da vida. Os demais são, portanto, regulados, como aqueles que são expressos apenas em alguns tipos de tecidos, como os genes que codificam a insulina, liberada pelas células beta. Ou ainda, são expressos somente em uma célula, numa situação específica, como por exemplo, a manutenção de anticorpos em linfócitos B, durante a resposta imune tardia.
Essa regulação da expressão de genes/proteína pode ocorrer em três níveis: temporal, espacial e ambiental. O primeiro se dá quando um determinado gene só é expresso em um tempo determinado, como por exemplo, proteínas que só são expressas no embrião, ou durante uma determinada fase do ciclo celular. No nível espacial a expressão se dá apenas em determinados tecidos, como proteínas que só são expressas em células nervosas (mielina). Já no nível ambiental os genes são ativados ou inibidos em resposta a estímulos ambientais como calor, frio, stress ou poluentes. 
A expressão de um gene só é efetiva quando o polipeptídio codificado por ele for produzido e estiver funcional. Para tanto, devem ocorrer as seguintes etapas: transcrição, processamento do transcrito, transporte para o citoplasma, tradução, endereçamento e ativação da proteína formada. Essas etapas podem ser individualmente reguladas através do controle da expressão gênica, que se dá em vários níveis, sendo eles: cromatina, transcrição, pós-transcrição, tradução e pós-tradução. Antes de ser exportado para o citoplasma, o pré-RNAm sofre várias modificações para formar o mRNA destinado à tradução. Qualquer mecanismo que interfira nesse processo desde a cromatina até o endereçamento da proteína formada, estará atuando na regulação da expressão gênica. Quando a interferência ocorre em etapas após a transcrição, o processo é denominado pós-transcricional, o qual será tratado no presente texto. O processo pós-transcricional ocorre através de vários mecanismos, os quais são: encadeamento alternativo dos éxons, utilização de sítios de poliadenilação alternativos, edição do mRNA e degradação do mRNA (estabilidade do mRNA).
As células utilizam o encadeamento alternativo dos éxons como um importante mecanismo de regulação gênica. Através desse processo, um mesmo pré-RNA pode dar origem a duas ou várias formas de mRNA final, consequentemente produzindo diferentes proteínas. Algumas formas de encadeamento alternativo dos éxons são constitutivos, outras são reguladas por estímulos diversos. O controle dos éxons que serão selecionados e emendados no mRNA fica a cargo de determinadas proteínas que interagem com complexos denominados spliceossomos. Se num dado tecidos ou situação, tais proteínas estiverem presentes, os éxons podem ser selecionados e constituírem o mRNA, se não, ou se forem substituídas por outras proteínas, outro conjunto de éxons pode ser selecionado, originando um mRNA diferente. Sendo assim, um mesmo gene pode dar origem a diversas proteínas.
O mRNA maduro pode sofrer modificações através da poliadenilação alternativa, ao serem alvos do complexo de metiltransferases e serem metilados, cuja principal é a abundante é a N6 -metiladenosina (m6A), mas existem outras menos abundantes. As consequências da presença dessas proteínas podem ser diversas, podendo ter efeitos positivos, como o aumento de exportação para o citoplasma e tradução mais eficiente, e também negativos como redução da estabilidade do mRNA, ao atraírem o sistema de decaimento. 
Através do processo de edição do mRNA determinados transcritos podem receber a inserção, deleção ou modificação de nucleotídeos em sua sequência. Essa é mais uma forma de regulação pós-transcricional, visto que permite que um mesmo gene codifique para proteínas diferentes, em função do tecido onde está sendo expresso. Um exemplo é o mRNA para a apolipoproteína-B, que no fígado codifica para uma proteína com 4563 aminoácidos e no intestino, a mesma proteína apresenta 2153 aminoácidos, como resultado deste processo de edição do mRNA.
Uma vez transcritos e processados, os mRNAs são direcionados para o citoplasma e ficam disponíveis para a tradução. No entanto, após um tempo determinado, são degradados por enzimas, para evitar que haja um acúmulo, atingindo níveis altíssimos, ou ainda que sua tradução ocorra indefinidamente. Este processo, chamado de decaimento do mRNA, é necessário e viável, visto que a célula necessita de certas proteínas apenas em momentos específicos. Este período de duração no citoplasma é denominado estabilidade do mRNA. Nos procariotos duram em média 3 minutos e em eucariotos 30 minutos ou no máximo 10h. Dessa forma, genes que possuem mRNA com maior estabilidade, em última instância, resultam em maior produção de proteína codificada. mRNAs transcritos por um mesmo gene podem apresentar diferentes estabilidades, em função do tecido onde são produzidos. Praticamente todos os mRNAs, antes de serem exportados para o citoplasma, após a junção dos éxons, recebem uma estrutura denominada capacete (cap 5’) na extremidade 5’ e uma cauda poli-A na extremidade 3’, as quais conferem estabilidade aos mesmos. No citoplasma, quando ocorre a remoção da cauda poli-A, por enzimas denominadas desadenilases, e em seguida a remoção do cap 5’, por um conjunto de proteínas e fatores, o transcrito é rapidamente degradado por exonucleases e endonucleases. Estudos sugerem a existência de proteínas regulatórias que são capazes de se associarem às extremidades do mRNA, inibindo ou favorecendo a ação das enzimas de degradação. O sistema de decaimento, além de atuar no mecanismo de regulação da expressão gênica, atua também no controle de qualidade do mRNA, para evitar a existência de mRNAs defeituosos e a consequente produção de proteínas tóxicas à célula. 
A regulação da expressão gênica também pode ocorrer através de outros RNAs não codificantes, os chamados pequenos RNAs. A atuação pós-transcricional deles pode ser no processamento e estabilidade do mRNA (sistema de decaimento) e regulação da tradução. Os principais são os MicroRNAs, que são RNAs pequenos, em média com 22 nucleotídeos, produzidos a partir de longos transcritos de mRNA que contêm estruturas chamadas hairpins. Eles são pequenos demais para codificarem proteínas,então, atuam regulando a expressão gênica. Essas minúsculas moléculas ganharam foco na Biologia Molecular nos últimos anos, devido à sua importância funcional e diagnóstica. O hairpin passa por várias etapas de processamento e com a ação sucessiva das enzimas drosha (núcleo) e dicer (citoplasma) uma de suas sequências se separa da dupla fita e se associa a uma proteína chamada argonalta (AGO), formando o complexo de silenciamento induzido por RNA (RISC). O miRNA atua através de pareamento a um mRNA por complementariedade, levando consigo a proteína AGO, a qual realiza a inibição traducional ou a degradação do mesmo, levando ao silenciamento gênico. Para ocorrer o silenciamento, não há necessidade do pareamento completo, viabilizando a atuação de um único miRNA na regulação de inúmeros mRNA-alvo. Estudos relatam que um miRNA pode regular cerca de 200 mRNA com funções totalmente diversas.
Neste texto foram abordados os mecanismos de regulação da expressão gênica pós-transcricionais, no entanto, é importante ressaltar, que existem também várias formas de regulação transcricionais e pós-traducionais. Além disso, nem todos são utilizados por todas as células para controlar todos os genes. A escolha de qual mecanismo de regulação será ativado é específica para cada gene, sendo todos altamente sofisticados. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
ALPTEKIN, Burcu; AKPINAR, Bala A.; BUDAK, Hikmet. A comprehensive prescription for plant miRNA identification. Frontiers in plant science, v. 7, p. 2058, 2017. 
Brown, T A. Introduction to Genetics: A Molecular Approach, Garland Science 2011.
Clancy, S. RNA Functions. Nature Education. v. 1, n. 1, p. 102, 2008, disponivel em http://www.nature.com/scitable/topicpage/rna-functions-352
RICARTE FILHO, J.; KIMURA, E. T. MicroRNAs: nova classe de reguladores gênicos envolvidos na função endócrina e câncer. Arquivos Brasileiros de Endocrinologia & Metabologia, v. 50, n. 6, p. 1102-1107, 2006.
Souza, G. A. de.; Jacyara M.B. Biologia molecular. v. 3. Rio de Janeiro: Fundação CECIERJ, 2008. ISBN: 85-89200-77-9 1, disponível em https://canal.cecierj.edu.br/012016/3cbb4415f9cd979b9173124bfa92064d.pdf
Strachan, T.; Read, A. Human Molecular Genetics 4ª ed. Garland Science, 2010.