Processamento de RNA e Controle Pós-transcricional

Prévia do material em texto

Processamento de RNA e Controle Pós-transcricional 
Organização gênica de eucarioto e fluxo gênico 
Relembrando a transcrição... 
Apresenta regiões importantes para que as enzimas de transcrição reconheçam a sequência e iniciem a transcrição. Tais 
regiões são chamadas de regiões promotoras, também chamadas de TATA box. Nesta região existem sequências nucleotídicas 
ricas em A-T. A enzima RNA polimerase II é quem participa ativamente da transcrição catalisando as ligações fosfodiéster 
entre os nucleotídeos. Além disso, é necessário ainda, fatores gerais da transcrição para auxiliar a RNA polimerase. 
Entre duas regiões promotoras a DNA polimerase sabe qual escolher pois, antes da região promotora existem a região 
intensificadora, na qual proteínas regulatórias se ligam e assim, a RNA polimerase, liga-se a esta região. Tais proteínas servem 
para direcionar à RNA polimerase e os fatores de transcrição, em que lugar eles devem se ligar. 
Para que a transcrição ocorra, ainda é necessário que o DNA se dobre visando o contato entre os fatores de transcrição + 
RNA polimerase + proteínas regulatórias. Estes, formam o complexo transcricional e agora a transcrição pode ocorrer, no 
final do processo a fita volta ao normal. Após isso, ocorre processamento e “splicing” de RNA; transporte (RNA precisa ser 
processado para que consiga sair do núcleo em direção ao citoplasma para ser traduzido pelos ribossomos); tradução (no 
citoplasma) e, finalmente, montagem da proteína. (Para uma descrição detalhada consulte o resumo AULA 9 – TRANSCRIÇÃO 
DO DNA) 
 
OBS.: A replicação do DNA acontece unicamente quando a célula está em divisão celular; para confecção de proteínas não 
há essa etapa. 
 
Quais são as etapas do processamento de pré-RNAm à RNA maduro? 
Após a sua transcrição, o RNA eucariótico precisa ser 
processado antes de ser exportado do núcleo para 
onde possa ser traduzido. Os eventos de 
processamento ordenados incluem: 
1. A adição do cap na extremidade 5' do RNA 
(capping ou capeamento); 
○ O primeiro evento do 
processamento do RNA é a adição 
do cap. 
○ O RNA recebe o cap assim que 
emerge do canal de saída de RNA da 
polimerase. 
○ Isso ocorre logo que o ciclo de 
transcriçãõ tenha progredido: 
■ 1. Retirada de um 
fosfato 
■ 2. Adição de uma 
Guanosina 
Monofosfato 
(GMP) 
■ 3. Metilação do 
GMP 
LIVRO: Modifica a 
extremidade 5’ do 
transcrito de RNA, que é a 
primeira a ser sintetizada. 
O RNA é capeado pela 
adição de um nucleotídeo 
atípico – um nucleotídeo guanin a (G) contendo um grupo metila, que é ligado à extremidade 5’ do RNA de 
uma forma não habitual. Esse capeamento ocorre após a RNA-polimerase II ter sintetizado cerca de 25 
nucleotídeos do RNA, muito antes de completar a transcrição de todo o gene. 
 
2. O processamento propriamente dito (splicing 
ou retirada de íntrons); 
○ Os transcritos primários dos genes 
devem ser processados para a 
remoção dos íntrons antes de sua 
tradução em proteínas. 
○ O processo de remoção dos 
internos, chamado splicing, 
converte o pré-mRNA em mRNA 
maduro e precisa ocorrer com grande precisão, evitando a perda ou adição, ainda que de apenas um 
nucleotídeo, nos sítios de junção de eixos. 
○ As reações de retirada de íntrons são promovidas por uma grande “máquina” molecular, chamada 
spliceossomo, complexo com cerca de 150 proteínas e 5 snRNAs. 
○ Os cinco RNAs (U1, U2, U4, U5 e U6) são chamados 
de pequenos RNAs nucleares (snRNAs: small 
nuclear RNAs). 
○ Estes complexos RNA-proteína são chamados de 
pequenas proteínas ribonucleares (snRNPs - 
snurps): snRNA + proteínas. 
○ Cada grupo de snRNPs age em um local do íntrons 
e servem para marcar o início e o final da retirada 
○ Após isso eles se aproximam 
○ O complexo que vai ser retirado chama-se 
spliceossomo (todos as snRNPs mais os íntrons) 
○ Tanto as sequências de íntrons quanto de éxons 
são transcritas em RNA. As sequências dos íntrons 
são removidas do RNA recentemente sintetizado 
(pré-RNA) por meio de um processo denominado 
splicing de RNA. 
Somente após ter ocorrido o splicing e o processamento das extremidades 5’ e 3’ esse RNA será denominado 
mRNA ou RNA maduro). 
Cada evento de splicing remove um íntron, por meio de duas reações sequenciais de transferências de 
fosforil, conhecidas como transesterificações, as quais unem dois éxons, enquanto removem o íntron sob a 
forma de um “laço”. Uma vez que o número de ligações de fosfato de alta energia permanece o mesmo, tais 
reações podem ocorrer, em princípio, sem hidrólise de trifosfatos de nucleotídeo. 
“Ao contrário das outras etapas de produção do mRNA que discutimos, o splicing do RNA é realizado em 
grande parte por moléculas de RNA, em vez de proteínas. Essas moléculas de RNA, chamadas de pequenos 
RNAs nucleares (snRNAs), estão unidas a proteínas adicionais para formar pequenas ribonucleoproteínas 
nucleares (snRNPs). As snRNPs (cuja pronúncia é “snurps”) reconhecem sequências de sítios de splicing pelo 
pareamento de bases complementares entre os seus componentes de RNA e as sequências no pré-mRNA, 
e participam intimamente na química do splicing. Juntas, essas snRNPs formam a região central do 
spliceossomo (ou encadeossomo), o grande arranjo de RNA e de moléculas proteicas que realiza o splicing 
no núcleo. Para 
visualizar o 
spliceossomo 
em ação.” 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. A poliadenilaça ̃o da extremidade 3' do RNA (cauda poli-A). 
○ O evento final do processamento do RNA, a poliadenilaça ̃o da extremidade 3' do mRNA, está intimamente 
relacionado ao término da transcrição. 
○ Adição de uma cauda poli-a na extremidade 3' pela enzima polimerase poli-A. 
○ Função de proteção e identificação 
○ Quando a polimerase chega ao fim de um gene, ela encontra sequências especificas que, após serem 
transcritas em RNA, desencadeiam a transferência das enzimas de poliadenilaça ̃o para esse RNA, levando à: 
■ 1. Clivagem do RNAm; 
■ 2. Adição de vários resíduos de adenina à sua extremidade 3'; 
■ 3. Término da transcrição. 
Obs.: Ambas as extremidades do mRNA eucariótico são modificadas, 
pelo capeamento na extremidade 5’ e pela poliadenilação na 
extremidade 3’. Essas extremidades especiais permitem que a célula 
verifique se ambas as extremidades de uma molécula de mRNA estão 
presentes e, consequentemente, se mensagem está intacta, antes de 
exportar a sequência de RNA do núcleo para ser traduzida em proteína. 
À medida que a RNA-polimerase II se aproxima do final de um gene, um 
mecanismo similar ao capeamento da extremidade 5’ assegura que a 
extremidade 3’ do pré-mRNA seja corretamente processada. Duas 
proteínas de subunidades múltiplas, denominadas fator de estimulação 
à clivagem (CstF) e fator de especificidade de clivagem e poliadenilação 
(CPSF) são de especial importância. Ambas movimentam-se com a 
cauda da RNA-polimerase e são transferidas à extremidade 3’ da 
sequência em processamento sobre uma molécula de RNA, logo que ela 
emerge da RNA-polimerase. 
Uma vez que CstF e CPSF se ligam a sequências nuc1eotídicas 
específicas sobre a molécula de RNA que está em formação, proteínas 
adicionais associam-se a elas para criar a extremidade 3’ do mRNA. 
Inicialmente, o RNA é clivado. 
Logo após, uma enzima 
denominada poli-A-
polimerase (PAP) adiciona, 
um a um, aproximadamente 
200 nuc1eotídeos A (ade- nina) à extremidade 3’ produzida pela clivagem. O 
nuc1eotídeo precursor dessas adições é o ATP, e o mesmo tipo de ligações 5’ a 3’ 
utilizado na síntese convencional de RNA é formado nessa situação. 
Após a clivagem da extremidade 3’ de uma molécula de pré-mRNA eucariótica, a 
RNA-polimerase II continua a transcrever, em alguns casos transcrevendo até 
várias centenas de nucleotídeos. Mas a polimerase logo libera a sua pressão sobre 
a fita-molde, e a transcrição termina. 
 
 
 
 
 
 
Exportação do RNAm para o citoplasma 
Os mRNAs adequadamente processadossão guiados através dos canais aquosos dos complexos do poro nuclear (NPCs) da 
membrana nuclear, os quais conectam diretamente o nucleoplasma e o citosol. Pequenas moléculas, com menos de 50.000 
dáltons, podem difundir livremente através desses canais. No entanto, a maioria das macromoléculas celulares, inclusive 
mRNAs complexados a proteínas, apresenta tamanho excessivo, o que as impossibilita de atravessar os canais sem o uso de 
processos especiais. A célula usa energia para o transporte ativo dessas macromoléculas em ambos os sentidos através dos 
complexos do poro nuclear. 
As macromoléculas são transportadas através dos complexos do poro nuclear via receptores de transporte nuclear, os quais, 
dependendo da identidade da macromolécula, as escoltam do núcleo para o citoplasma ou vice-versa. Para que ocorra a 
exportação do mRNA, um receptor de transporte nuclear específico deve ser carregado sobre o mRNA, uma etapa que, pelo 
menos em alguns organismos, ocorre em concerto à clivagem e poliadenilação 3’. Uma vez que tenha auxiliado a transportar 
uma molécula de RNA através do complexo do poro nuclear, o receptor de transporte se dissocia do mRNA, penetra nova- 
mente o núcleo e exporta uma nova molécula de mRNA. 
Tradução 
A tradução envolve "decodificar" um RNA 
mensageiro (RNAm) e usar sua informação para 
produzir um polipeptídio ou cadeia de 
aminoácidos. 
● Ocorre no citoplasma, devido a localização do ribossomo 
A regulação da expressão gênica em eucariotos pode ocorrer em vários estágios...
 
Regulação Pós-Transcricional 
→ "Splicing" alternativo 
● A retirada de íntrons e a emenda dos éxons compõem um 
passo crucial do processamento do RNA em eucariotos. 
● As células utilizam o processamento do RNA como uma importante forma de regulação da expressão gênica. 
● Tal mecanismo é denominado "Splicing“ alternativo (união) e consiste em selecionar os éxons que serão emendados 
e rearranjados para compor o RNAm final. 
Aumento da variabilidade proteica → mais proteínas do que a capacidade genética, possível graças ao splicing alternativo 
Permite, que diferentes proteínas sejam produzidas a partir de um mesmo gene, elevando o potencial de codificação de seus 
genomas – aumento da variabilidade proteica 
“Em primeiro lugar, os transcritos de diversos genes eucarióticos 
podem ser processados por splicing sob diferentes formas, cada 
uma delas levando à produção de uma proteína distinta. Esse tipo 
de splicing alternativo permite, portanto, que diferentes proteínas 
sejam produzidas a partir de um mesmo gene (Figura 7-22). 
Acredita-se que cerca de 95% dos genes humanos sofram splicing 
alternativo. Dessa forma, o splicing do RNA permite que os 
eucariotos elevem astronomicamente o potencial de codificação de seus genomas. 
O splicing do RNA também fornece outra vantagem aos eucariotos, uma que 
provavelmente desempenhou um papel extremamente importante na história evolutiva 
inicial dos genes. Acredita-se que a estrutura íntron-éxon dos genes tenha acelerado o 
surgimento de proteínas novas e úteis: novas proteínas parecem ter surgido pela 
mistura e recombinação de diferentes éxons de genes preexistentes, analogamente à 
montagem de um novo tipo de máquina a partir de um kit de componentes funcionais preexistentes. Efetivamente, várias 
proteínas presentes nas células atuais se assemelham a uma colcha de retalhos, composta a partir de um conjunto padrão de 
peças proteicas, denominadas domínios proteicos” 
 
Estabilidade do RNAm 
● Transcrição - acúmulo do RNAm correspondente no citoplasma da célula – disponibilidade para a tradução. 
● RNAms possuem “vida útil” - após certo tempo tais moléculas precisam ser eliminadas. 
● Se os RNAms não fossem degradados, a quantidade no citoplasma atingiria níveis altíssimos, inviabilizando o 
funcionamento celular. 
● O controle da estabilidade do RNAm de um dado gene é um importante mecanismo de regulação de sua expressão. 
● O principal processo de degradação do RNAm, é 
iniciado pela remoção da cauda poliA e é denominado 
desadenilação. 
● Em seguida ao processo de desadenilação, ocorre a 
remoção do capacete presente na extremidade 5’ do 
RNAm, realizada por um conjunto de proteínas e 
fatores. 
● Após a retirada das estruturas de proteção o transcrito 
é rapidamente degradado por enzimas denominadas 
exonucleases. 
Regulação traducional 
● A partir do momento em que um RNAm se encontra no citoplasma, seu processo de tradução pode ser regulado. 
● Regulação mediada por pequenos RNAs → Pareamento de uma sequência curta de RNA com uma sequência alvo de 
um RNAm. 
○ Podem ser microRNAs ou RNAs de inteferência 
Mecanismo de repressão da expressão gênica: 
● Inibição da tradução do RNAm 
● Degradação do RNAm 
MicroRNAs (miRNAs) 
Os microRNAs, ou miRNAs, são pequenas moléculas de RNA que controlam a expressão gênica pelo pareamento de bases 
com mRNAs específicos, reduzindo sua estabilidade e sua tradução em proteína. Em humanos, acredita-se que miRNAs 
regulem a expressão de ao menos um terço de todos os genes que codificam proteínas. 
Como outros RNAs não codificadores, tais como o tRNA e o rRNA, um transcrito de miRNA precursor é submetido a um tipo 
especial de processamento para produzir a molécula do miRNA maduro e funcional, que possui cerca de 22 nucleotídeos de 
extensão apenas. Esse pequeno miRNA maduro se associa a proteínas especializadas para formar um complexo de 
silenciamento induzido por RNA (RISC, do inglês RNA-induced silencing complex), que patrulha o citoplasma em busca de 
mRNAs que sejam compleme ntares à molécula de miRNA ligada (Figura 8-25). Uma vez que o mRNA-alvo forme pares de 
bases com um miRNA, ele é degradado imediatamente por uma nuclease presente no RIS C, ou a sua tradução é bloqueada. 
Nesse último caso, a molécula de mRNA ligada é transferida a uma região do citoplasma onde outras nucleases a degradam. 
A degradação do mRNA libera o RISC e permite que ele ligue novos alvos de mRNA. Desse modo, um único miRNA – como 
parte do complexo RISC – pode eliminar uma molécula de mRNA atrás da outra, bloqueando de maneira eficiente a produção 
da proteína codificada por estas moléculas de mRNA. 
Duas características dos miRNAs os tornam reguladores da expressão gênica especialmente úteis. A primeira é que um único 
miRNA pode inibir a transcrição de um conjunto completo de diferentes mRNAs, uma vez que todos os mRNAs apresentam 
uma sequência comum, geralmente 
localizada nas regiões não traduzidas 5’ ou 
3’. Em humanos, algumas moléculas 
específicas de miRNA influenciam a 
transcrição de centenas de diferentes 
moléculas de mRNA dessa maneira. A 
segunda característica é que um gene que 
codifica um miRNA ocupa relativamente 
pouco espaço no genoma, quando 
comparado com um gene que codifica um 
regulador da transcrição. Na verdade, seu 
pequeno tamanho é uma das razões pelas 
quais os miRNAs foram descobertos apenas 
recentemente. Acredita-se que existam ao 
redor de 500 diferentes miRNAs codificados 
pelo genoma humano. Embora estejamos 
apenas começando a entender o impacto 
global desses miRNAs, está claro que eles 
desempenham uma parte crítica na 
regulação da expressão gênica e assim influenciam diversas funções da célula 
RESUMINDO... 
Pequenos RNAs não codificantes que funcionam como reguladores traducionais 
da expressão gênica. 
Regulam a expressão gênica tipicamente pelo bloqueio da tradução de mRNAs 
selecionados. 
● Moléculas pequenas de RNA com aproximadamente 22 nucleotídeos; 
● Originados a partir do próprio genoma (endógeno) 
● Incapazes de codificar proteínas; 
● Regulam a expressão de 30 até 60% dos RNAs codificantes em 
humanos; 
● Identificação de ~ 2694 microRNAs humanos – (miRBase 2020) 
● Publicações: 108.397 – Pubmed (2020) 
 
MicroRNA como estratégia terapêutica... 
A possibilidade de silenciar ou ativar um gene alvo específico é de considerável interesse paraaplicações terapêuticas. Por 
exemplo, MicroRNA - miR-146b-5p: uma terapia para câncer de tireoide. 
Antagomirs e mimetizadores de miRNA 
Se baseiam na normalização do nível tecidual de miRNA específicos: 
● Silenciando aquelas que se apresentam super expressos - Antagomirs 
● Repondo aqueles que apresentam um déficit na sua expressão - miRmimics 
RNA de interferência (siRNA) 
Podem ser originados de genomas exógenos: virais, transposons ou sintetizados em laboratórios. 
Alguns dos mesmos componentes que processam e empacotam os miRNAs também desempenham outra parte importante 
na vida da célula: eles servem como um forte mecanismo de defesa celular. Nesse caso, o sistema é usado para eliminar 
moléculas de RNA “estranhas” – em particular, RNAs de fita dupla produzidos por vários elementos genéticos transponíveis 
e por vírus. O processo é denominado interferência de RNA (RNAi). Na primeira 
etapa do RNAi, os RNAs de fita dupla estranhos são cortados em pequenos 
fragmentos (aproximadamente 22 pares de nucleotídeos) por uma proteína 
denominada Dicer – a mesma proteína usada para gerar o RNA intermediário de 
fita dupla na produção de miRNA (ver Figura 8-25). Os fragmentos de RNA de fita 
dupla resultantes, chamados de pequenos RNAs de interferência (siRNAs), se 
associam aos mesmos complexos RISC que carregam os miRNAs. O complexo 
RISC descarta uma das fitas do siRNA de fita dupla e usa o RNA de fita simples 
remanescente para identificar e degradar moléculas de RNA complementar 
estranho (Figura 8-26). Dessa forma, a célula infectada utiliza o RNA estranho 
contra ele mesmo. A RNAi opera em uma grande variedade de organismos, como 
fungos unicelulares, plantas e vermes, indicando que ela é um mecanismo de 
defesa e volutivamente antigo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Em alguns organismos, incluindo as plantas, a 
resposta de defesa pela RNAi pode se espalhar de tecido para tecido, permitindo que um organismo inteiro se torne resistente 
a um vírus após poucas de suas células terem sido infectadas. Nesse sentido, a RNAi assemelha-se a certos aspectos da 
resposta imune adaptativa de vertebrados; em ambos os casos, um patógeno invasor provoca a produção de moléculas – 
sejam siRNAs ou anticorpos – que são produzidas para inativar os invasores específicos e assim proteger o hospedeiro. 
 
ADENDO DO LIVRO... 
Milhares de longos RNAs não codificadores também podem regular a atividade de genes de mamíferos 
Na outra extremidade do espectro do tamanho, estão os longos RNAs não codificadores, uma classe de moléculas de RNA 
que possuem mais de 200 nucleotídeos de comprimento. Acredita-se que existam mais de 8.000 desses RNAs codificados 
nos genomas humano e de camundongo. Todavia, com poucas exceções, seu papel na biologia do organismo não está 
inteiramente claro. Um dos longos RNAs não codificadores mais bem entendidos é o Xist. Essa enorme molécula de RNA, 
com 17.000 nucleotídeos de comprimento, é uma parceira fundamental na inativação do cromossomo X – processo pelo qual 
um dos dois cromossomos X, nas células de fêmeas de mamíferos, está permanentemente silenciado. No início do 
desenvolvimento, o Xist é produzido por apenas um dos cromossomos X em cada núcleo feminino. O transcrito então 
permanece no mesmo local, cobrindo o cromossomo e presumivelmente atraindo as enzimas e os complexos de 
remodelagem da cromatina que promovem a formação da heterocromatina altamente condensada. Outros longos RNAs não 
codificadores podem promover o silenciamento de genes específicos de maneira similar. Alguns longos RNAs não 
codificadores surgem de regiões do genoma que codificam proteínas, mas são transcritos da fita “errada” do DNA. Sabe-se 
que alguns desses transcritos antissenso se ligam às moléculas de mRNA produzidas a partir desse segmento de DNA, 
regulando sua tradução e estabilidade – em alguns casos por meio da produção de siRNAs (ver Figura 8-26). 
Independentemente de como os vários longos RNAs não codificadores operam – ou o que exatamente eles fazem –, a 
descoberta dessa grande classe de RNAs reforça a ideia de que o genoma eucariótico apresenta vários níveis de informações 
que fornecem não apenas um inventário de moléculas e estruturas que cada célula deve ter, mas um conjunto de instruções 
sobre como e quando agrupar essas partes para guiar o crescimento e o desenvolvimento de um organismo completo. 
 
Síntese de proteínas eucariotos X procariotos Epigenética 
Definição: Qualquer atividade reguladora de genes que não 
envolve mudanças na sequência do DNA (código genético) e que 
pode persistir por uma ou mais 
gerações. 
Importância: permite que as células tenham características 
diferentes, mesmo possuindo o mesmo DNA. 
Principais mecanismos: 
Metilação → Regulação Transcricional: remodelamento da 
cromatina 
Modificação de histonas (acetilação ou desacetilação) → 
Regulação Transcricional: remodelamento da cromatina 
Silenciamento de MicroRNAs → Regulação tradicional: 
MicroRNA 
Mudanças Epigenéticas são mais frequentes que as Genéticas: 
ocorrem em resposta a sinais ambientais, comportamentais, 
fisiológicos e patológicos 
REFERÊNCIA: 
• ALBERTS, Bruce et al. Fundamentos da 
Biologia Celular. 4ª edição. Artmed, 2017. Cap. 
8, pag. 261 - 287