Mecanismos pós-transcricionais no controle da expressão gênica - parte I

Prévia do material em texto

Aula: Mecanismos pós-transcricionais no controle da expressão gênica 
A regulação deve ser altamente controlada porque vai definir quais genes que vão ser traduzidos 
e quais não vai ser. 
Porque não pode ficar guardando uma variedade de transcritos no citoplasma de uma forma pouco 
controlada. A transcrição vai acontecendo, os RNAs maduros vão pro citoplasma e lá ficam todos 
prontos pra ser traduzidos. 
O processo de transcrição é quando se tem a geração dos transcritos das fitas de RNA, das 
sequencias que vão ser traduzidas no citoplasma. Então, o ponto chave pra expressão de um 
gene ser regulada se dá antes da transcrição terminar, na verdade, se dá no início da transcrição, 
quando a RNA polimerase vai se ligar na região promotora e também outro ponto chave 
importante é o início da síntese desse RNA. (até o complexo pode estar ligado mas a síntese 
não acontece porque ela é abortada no início até que algo dispare a mensagem de que ela deva 
ser concluída). E aí se tem todo o processo da transcrição ocorrendo. 
 
Aí nessa foto estão etapas 
pós-transcricionais que 
podem ser moduladas. 
Esses são possíveis 
mecanismos de regulação 
que podem aconter 
(correlacionar com a 
imagem): 
Adição do quepe na 
extremidade 5’ (Adicionar 
ou não o quepe é 
fundamental para 
estabilidade e processos 
seguintes do RNAm a nível de citoplasma e tradução); 
 
O splicing que tem que ocorrer e deve ser feito passo a passo e depois clivagem da ponta 3’ com 
posterior adição da calda poliA; 
A transcrição pode ocorrer de forma lenta, os RNAs mensageiros vão saindo aos poucos. Por 
exemplo, tem uma taxa de transcrição x e aí ela passa a ser 10x mais lenta, que implica numa 
atenuação 
Possível edição do RNA 
Exportação para o núcleo 
Quando chega no citoplasma se tem outros mecanismos que podem regular a expressão do gene 
depois que foi transcrito, que são controles pós-transcricionais: 
Onde vai se localizar (localização espacial no citoplasma) e se o inicio da tradução vai ser 
permitido ou não, ocasionando na tradução bloqueada 
Todos esses pontos antes da tradução ocorrer, observar que o pontilhado da imagem foi posto pra 
separar aonde ocorre a tradução. Então esses pontos é onde pode ocorrer uma regulação pós 
trasncricional 
O tempo de vida em que o RNA vai ficar no citoplasma, meia vida, também pode ser regulado. 
 
Atenuação da transcrição: 
Ao ter a transcrição, são 
gerados alguns transcritos 
completos/intactos e de 
repente o acumulo dos 
RNAm maduros não são 
mais necessários pra célula 
oriundos daqueles 
transcritos que estão 
nascentes. 
Então começa a acontecer 
terminações prematuras 
com o aborto da 
transcrição. Essa 
terminação prematura gera 
com que a ponta do transcrito na extremidade 3’ adquira uma estrutura que se dobre e acaba 
interagindo com a RNApol e isso trava a RNApol e transcrição para. Então é uma forma da 
transcrição ser atenuada (diminuída) e até abortada. 
Isso pode estar acontecendo de forma basal e quando o produto gênico que o gene codifica é 
necessário, haverá proteínas reguladoras que removem essa atenuação. 
Ao ter RNAs que são feitos pequenos, prematuros e para isso se manter, tem estruturas da própria 
fita nascente que reage com a RNApol. Mas em determinado momento, precisasse desse gene, 
precisasse do molde disponível, para fazer o transcrito. Esse transcrito, uma vez maduro, tem que 
chegar no citoplasma para ser traduzido. Então as proteínas vão se ligar nesse RNA nascente 
pra impedir essa interação. 
Splicing alternativo: 
A retirada dos íntrons (splicing), aparentemente, tem lá o padrão éxons/íntron/éxons/íntron e 
assim por diante. E tem que ser retirados todos os íntrons para gerar um transcrito. Entretanto, 
alguns íntrons podem nem ser retirados, alguns podem sofrer alguma mutação e algum sítio dentro 
íntrons pode ser reconhecido como local de excisão de novos íntrons e isso gerar éxons distintos. 
Então tudo isso gera proteínas com sequências de aminoácidos diferentes, justamente porque é 
gerado transcritos diferentes a partir daquela região. O transcrito original teria processamento x 
de íntrons, só que outros tipos de processamento de íntrons ocorre gerando o Splicing alternativo. 
Isso parace ser bastante importante porque aumenta a diversidade proteica em células 
eucarióticas. 
Estima-se que 90% dos genes humanos produza múltiplas proteínas através desta estratégia 
de splicing alternativo. 
 
 
Edição de RNA 
Existem proteínas que 
fazem edição depois que o 
RNA está pronto, ou seja, 
temos a nossa sequência de 
RNA, temos a sequência 
nucleotídica e aí uma 
determinada enzima vai lá e 
transforma um nucleotídeo 
em outro nucleotídeo, 
processo chamado 
desaminação. Isso é 
chamado de edição porque 
já tínhamos um nucleotídeo 
na fita de RNA e de repente 
ele se transforma em outro 
nucleotídeo. Isso ocorre em determinados pontos específicos na sequência de RNA. 
Não são todas as Adeninas que vão sofrer desaminação, mas algumas em pontos específicos que 
vão ser alvos dessas enzimas, que são as adenosinas deaminases e elas vão transformar Adenina 
em Inosina. A Inosina não é um nucleotídeo comum e não está presenta na cadeia (que no caso é 
A,T, C ou G ou A,U, C, G). 
Essa desaminação ocorre frequentemente 
Há outras desaminações que Citosina vira Uracila. Isso pode mudar os pareamentos com os RNAt, 
de forma que muda o RNAt que vai ser inserido ao ser traduzido essa sequência. 
Para a desaminação de Adenosina para Inosina (edição de A para I): as adenosinas deaminases 
são responsáveis 
Para a desaminação de Cisteína para Uracila (edição de C para U): várias enzimas estão 
envolvidas e vão variar 
 
Edição de RNA modula a expressão de apoliproteínas diferentes no fígado e no intestino: 
Apoliproteínas são proteínas de metabolismo de lipídeos e elas estão presentes em fígado, 
intestino e outros tecidos. O que se observa é que há proteínas diferentes no fígado e intestino e 
quando fora tentar ver o gene que gera essa apoliproteina B, foi visto que na estrutura do DNA se 
tem um único gene 
 
 
 
 
 
 
Observando a figura: 
Em amarelo se tem a sequência 
que gera o RNAm no molde 
DNA, foram retirados a 
sequência dos íntrons. 
Nessa posição circulado em 
vermelho na figura tem um CAA. 
Se não tiver a edição, continua o 
CAA, tem o RNAm com esse 
CAA e tem a tradução da 
apoliproteína B que é encontrada 
no fígado. Nesse caso não houve 
edição nenhuma. 
Entretanto, no intestino eles não encontram essa proteínas mas sim é encontrado uma outra 
apoliproteína mas com função diferente e que só está presente no intestino. Olhando para o 
RNAmensageiro no intestino, ao invés de C, havia uma Uracila formando UAA. 
Então como gerou esse UAA, gerou esse códon de parada. Então ocorrerá o término precoce da 
tradução, ou seja, terá um proteína menor/proteína truncada. Ela é truncada mas ainda sim é 
funcional e em função dela não ter a outra ponta, não ter o término, ela adquire função terciaria 
dferente, que implica em ter função diferente. 
Concluindo: 
A apoliproteína B do intestino é diferente da do fígado porque o RNAm que deu origem a 
ela sofreu uma edição de uma troca de Citosina por uma Uracila. Isso acontece porque no 
intestino, essa enzima que faz a desaminação está expressa e no fígado ela está regulada 
negativamente, está impedida de ser transcrita, o gene não está apto a transcrição, não tem o 
RNAm correspondente, não tem a síntese dessa enzima a nível de citoplasma e não ocorre o 
acumulo dessa enzima. 
Entretanto, nas células do intestino, se acumula essa enzima justamente por ela ser necessária para 
a produção da proteína no intestino. Ou seja, a enzima é produzida, ocorre a edição e tem a 
proteína no intestino diferente da produzida no fígado. A sequência original de RNam seria essa 
do lado esquerdo: 
 
Mas sofreu edição, poderia se tornar uma sequência diferente,mas a edição gerou a códon de 
parada, o que gerou uma alteração profunda na proteína: 
 
 
Transporte do RNA núcleo para citoplasma 
Um outro processo de regulação de RNA após a transcrição é: 
Não são todos os RNAs que vão para o núcleo, há uma regulação e ocorre como se fosse uma 
checagem, sendo um sistema que controla os RNAs transcritos acumulados no núcleo para saber 
se estão aptos para irem para o citoplasma. Porque uma vez no citoplasma vão ser reconhecidos 
pelos ribossomas e vai começar a síntese protéica. Apenas os transcritos de RNA que passaram 
por esse controle de qualidade é que vão poder chegar ao núcleo. O que é visto? É visto se um 
determinado íntron que tinha que sair não saiu. 
Quando temos splicing alternativos que vão gerar proteínas funcionais diferentes, esses íntrons 
em excesso não são percebidos porque ao longo da evolução eles foram selecionados 
positivamente. 
Mas o splicings que não ocorrem de forma perfeita, que não são importantes para gerar splicing 
alternativos funcionais, geram transcritos que tem íntrons que são checados e esses transcritos 
correspondentes são degradados. A adição de CAP, a adição da calda poliA é checado antes desses 
RNAs poderem deixar o núcleo e chegar no citoplasma. 
Como apenas 20% do RNA sintetizado no núcleo sai dele. A grande maioria do RNAs pode ter 
algum erro, ao não passar no controle de qualidade, ele vai ser degradado ainda no núcleo. Não 
chega no citoplasma, passando por esse controle, vão deixar o núcleo e chegar no citoplasma. 
Esse transporte é feito através do poro nuclear e existem receptores de poro nuclear que interagem 
com algumas enzimas que propiciam ou não a saída de determinados RNAs. Esse controle do que 
passa pelo poro é muito importante. A checagem acontece no núcleo e o que vai poder ser 
transportado e mediado pela interação com promotores é definido por este tipo de interação, não 
passa livremente. Ou seja, tem que ter interação com receptores de exportação nuclear para 
permitir que o RNAm deixe o núcleo e chegue no citoplasma. 
Exemplo: 
O genoma do HIV é integrado na forma de dna no genoma da célula hospedeira 
Em cinza vemos o genoma do hospedeiro 
e em vermelho o genoma do vírus 
integrado. O genoma viral codifica todas 
as proteínas do HIV que são necessárias 
durante o ciclo do vírus e existem 
processamento de splicing nesses rnas 
virais e então para o vírus completar o seu 
ciclo em algum momento um RNA 
transcrito inteiro de todo o genoma tem 
que deixar a célula e chegar no citoplasma 
porque é lá que vai ser empacotado e depois vai ser liberado dessa célula (para formar novas 
partículas virais é preciso empacotar o genoma completo no citoplasma). 
O genoma completo do HIV, em azul no lado direito tem os RNAs pequenos que sofreram 
splicing, vão para o citoplasma e lá são traduzidos nas proteínas necessárias para o controle do 
ciclo do HIV. No lado esquerdo, os rnas maiores que não sofreram splicing (correspondem ao 
genoma todo ou quase ao genoma todo), ficam retidos no núcleo e a célula reconhece eles como 
erro e não permite a saída desses RNAs no núcleo, apenas ficam retidos no núcleo e podem ser 
degradados. Apenas os RNAm virais que sofreram splicing estão indo para o núcleo. 
Mas em um determinado momento do 
ciclo do vírus, na fase mais tardia, é 
necessário ter o transporte dos RNAs 
inteiros (que correspondem ao genoma 
completo) lá no citoplasma e para 
resolver isso utilizam a proteína chamada 
REV. Essa ptna uma vez sintetizada no 
citoplama retorna ao núcleo e se liga nos 
RNAs que correspondem ao genoma e 
não sofreram o processo de splicing e a 
partir daí o vírus consegue deixar o núcleo e chegar ao citoplasma porque essa proteína permite a 
interação com o receptor do poro nuclear e isso permite a saída de um RNA que não sofreu 
splicing, então vao começar a acumular esses RNAs tbm grandes (que correspondem ao genoma 
viral) e é o que vai ser empacotado nas partículas virais que vão ser liberadas das células. 
Concluindo: Essa é outra maneira de regular pós transcricionalmente em checagens são feitas, 
sendo esse sistema de controle de qualidade é bastante exigente, liberando para o citoplasma 
apenas os RNAs que estão prontos pra ser traduzidos. 
 
 
 
 
Mudanças na estabilidade do RNA 
Supondo que o RNA foi 
produzido, conseguiu passar 
pela etapa de checagem, 
conseguiu passar pelo poro 
nuclear, agora tenho o RNAm 
pronto e ele já foi para o 
citoplasma. Esses RNAs que 
estão no citoplasma vão ser 
reconhecidos pela maquinaria de 
tradução e aí as proteínas vão 
sendo sintetizadas, só que RNAs 
de proteínas distintas tem tempo 
de vida dentro do citoplasma 
diferentes. A B-globulima, por 
exemplo, fica cerca de 10~12h 
estável no citoplasma e pode ser traduzido nessas horas. Entretanto, existem alguns outros que 
ficam segundos ou minutos. Logo o RNAm pode ter tempo de vida que pode ser curto ou pode 
durar por várias horas, dependendo da função da proteína codificada pelo RNAm que contém o 
transcrito. 
Sabe-se que os fatores transcricionais, os genes que regulam a transcrição, os fatores de 
crescimento e os genes que codificam RNAm de hormônios tem uma meia vida muito curta. Esse 
tempo que um RNAm é viável de ser traduzido dentro do citoplasma se chama meia vida. 
Desde que o RNAm chega no 
citoplasma, ele começa a ser 
controlado pelos mecanismos de 
destruição, que pode ser rápida 
ou devagar, dependendo de 
quanto tempo é necessário pra que 
esse RNAm fique no citoplasma. 
Então, as duas maneiras gerais de 
decaimento de RNA são: 
Encurtamento da calda poliA 
 em azul tem-se o RNAm, o 
quepe foi adicionado na 5’, temos 
a sequência codificadora, a região 3’ UTR e calda poliA. Na calda poliA pode se ter cerca de 200 
ou mais Adeninas adicionadas. Logo que chega no citoplasma, esse RNAm começa a ser alvo de 
exonucleases que acaba tirando essa calda poliA, degradando os A e ate que chega nu limite 
critico de encurtamento, que é uma quantidade de A mínima. Um RNAm que tenha menos de 25 
A na ponta 3’ é alvo de degradação. Então para destruição do RNA existe um controle, essa 
exonuclease que retira A da calda poliA vai distruindo essa calda poli a 
gradativamente/pontualmente até que chegue num limite tão curto que tem 25 nuclotideos ou 
menos e isso leva um sinal no citoplasma, a informação que chega é que esse RNA não é mais 
viável passando a ser degradado. Esse encurtamento gradual que vai ocorrendo até chegar esse 
tamanho mínimo que é chamado de Limiar crítico de encurtamento 
A partir daí é ativada uma outra via de destruição que é a remoção do Quepe. A estrutura de quepe 
que estava na ponta 5’ é removida bem rapidamente e esse RNA agora é degradado. Enzimas que 
tem atividade de degradação de ácidos nucleicos vão degradar rapidamente esse RNA. Ele já tinha 
a calda poliA muito curta, sinalizou agora com a retirada do Quepe e fica pronto pra ser degradado 
rapidamente. 
Acredita-se que o processo ocorra junto: remoção da calda poli-A, quando tem o limite critico de 
A, é ativada a remoção do Quepe e esse RNA é degradado. 
Estabilidade do mRNA envolve corpos P e grânulos de estresse 
A retirada do quepe e degradação da calda 
poliA não se dá solto no citoplasma. Existem 
algumas regiões onde isso ocorre. Os corpos 
P são grumos detectados no citoplasma, e lá 
ocorre a remoção do quepe e degradação da 
calda poli-A. Os corpos p são chamados 
assim porque são corpos de processamento 
que vai levando a destruição dos RNAm. 
Na figura, mostra os possíveis destinos de 
uma molécula de RNA quando chega no 
citoplasma. Ela pode ser traduzida, mas ao 
longo do tempo algumas podem estar nesses 
corpos P sofrendo esse processo de 
destruição do RNA que vai controlar a meia vida dele. 
Na imagem, em verde é o citoplasma e representa uma marcação onde foram colocados anticorpos 
contra uma enzima que remove o Quepedos RNAm. Os pontos são os corpos P 
Existem esses corpos justamente para aproximar todas as enzimas envolvidas e o próprio RNAm. 
Não chega a ser uma organela, mas ela gera um agrupamento dessas estruturas 
Encontra-se também outras estruturas dentro do citoplasma que tão envolvidos com esse ciclo do 
RNAm. Alguns RNAm que já iniciaram seu processo de destruição dentro do RNAm podem 
migrar para outras estruturas que são os grânulos de estresse, dentro deles podem se tornar viáveis 
de novo para tradução. É como se esse grânulo de estresse armazenasse os RNAm (como se fosse 
um estoque de RNAm) e num determinado momento em que eles são necessários bem 
rapidamente (num momento de estresse), eles estão aptos de novo para serem traduzidos. 
 
Não são todos os genes que 
vão sofrer todas essas 
regulações. Cada gene vai ter 
alguma vias de regulação 
diferente, o que importa é 
controlar como, onde e por 
quanto tempo uma 
determinada enzima ou 
proteína esta presenta naquela 
célula.