Cap 5'

Cap 5' é uma estrutura típica de mRNA eucariótico, a qual é gerada pela ligação 5'-5' trifosfato entre a extremidade 5' de uma molécula de mRNA precursora e um nucleotídeo alterado (GMP metilado). O Cap 5' protege o mRNA contra a ação de ribonucleases, proteção contra a ação de fosfatases e também é responsável por interagir com complexos protéicos que processam, exportam o mRNA para o citosol e promovem a ligação deste com os ribossomos.^[1][2]

É um nucleótido especialmente alterado localizado na extremidade 5′ do RNA mensageiro precursor e de alguns outros transcritos primários encontrados em eucariotas. É também designado por cap 7-metilguanosina ou cap m7G, cap de RNA m7G ou cap 5′. O processo de formação do cap 5′ é vital para a criação do mRNA maduro, que pode então sofrer tradução em proteínas. A formação do cap garante a estabilidade do mRNA durante a tradução e é um processo altamente regulado que ocorre exclusivamente no núcleo celular, razão pela qual os mRNA dos mitocôndrias e cloroplastos não possuem um cap 5′.^[3][4]

O cap 5′ está localizado na extremidade 5′ de uma molécula de mRNA e consiste numa única molécula de nucleótido com guanina ligada ao mRNA através de uma ligação trifosfato 5′-5′ invulgar. Esta guanosina é metilada in vivo no nitrogénio em posição 7, logo após a formação do cap, por uma metiltransferase, criando uma carga positiva neste azoto. Por esta razão, o cap é também designado por 7-metilguanosina ou 7-metilguanilato, abreviado como m7G.

Outras modificações incluem a possível metilação dos grupos hidroxilo 2′ das duas primeiras riboses na extremidade 5′ do mRNA. A metilação de ambos os grupos hidroxilo é apresentada no primeiro diagrama. A extremidade 5′ (cap) assemelha-se à extremidade 3′ (cap) de um RNA (o carbono da ribose na extremidade 5′ do cap está ligado, enquanto o da extremidade 3′ não). Isto confere à molécula uma resistência significativa às exonucleases 5′. As moléculas de mRNA podem perder os seus caps 5′ num processo denominado "decapagem" do mRNA.

Os pequenos ARN nucleares contêm caps 5′ únicos. Os pequenos ARN nucleares da classe Sm possuem caps com 5′-trimetilguanosina, enquanto os da classe Lsm possuem caps com 5′-monometilfosfato.^[5]

O ponto de partida para a formação do cap, ou "capagem", é a extremidade 5' inalterada de uma molécula de mRNA. Esta possui um nucleótido final ligado a três grupos fosfato no carbono 5’.

Um dos grupos fosfato terminais é removido por uma fosfatase de RNA terminal, restando apenas dois fosfatos.

1. Uma guanilil transferase utiliza um GTP como substrato para adicionar um GMP a estes dois fosfatos terminais. No processo, perdem-se dois grupos fosfato do GTP, pelo que o que é realmente adicionado é GMP. Como o GMP já se ligou aos dois grupos fosfato da extremidade através do seu único fosfato, forma-se uma ligação trifosfato 5'-5'.
2. O azoto na posição 7 da base azotada guanina do GMP é então metilado por uma metiltransferase.
3. As metilações podem também ocorrer em nucleótidos adjacentes ao cap, geralmente o segundo e o terceiro nucleótidos. Se a segunda base a contar da extremidade for uma 2’-O-ribose metil-adenosina, esta pode ser adicionalmente metilada na posição N6, formando N⁶-metiladenosina.^[6] A terceira base a contar da extremidade também costuma ser metilada (10-15% das vezes).

O Complexo Enzimático de Capeamento (CEC), necessário para a formação do cap, está ligado à RNA polimerase II antes do início da transcrição genética. À medida que a extremidade 5’ do novo transcrito emerge durante a transcrição, as enzimas transferem-se para a mesma e iniciam o capeamento (este é um mecanismo semelhante ao que ocorre na poliadenilação).^{[7][8][9][10]}

As enzimas responsáveis ​​pela formação do cap apenas se podem ligar à RNA polimerase II, garantindo assim a especificidade apenas para os transcritos que são quase exclusivamente mRNA.^[8][10]

O cap 5′ tem 4 funções principais:

1. Regulação da exportação nuclear de mRNA.^[11][12]
2. Prevención da degradación por exonucleases do ARNm.^[13][14][15]
3. Promoção da tradução do mRNA.)^[6][16][17]
4. Promoção da excisão do intrão mais próximo da extremidade 5′.^[18][19]

A exportação nuclear do RNA é regulada pelo complexo de ligação ao cap (CBC), que se liga exclusivamente aos RNAs com cap. O CBC é então reconhecido pelo complexo do poro nuclear e exportado. Uma vez no citoplasma após a primeira ronda de tradução do mRNA, o CBC é substituído pelo fatores de transcrição eIF-4E e eIF-4G. Este complexo é então reconhecido pela maquinaria de iniciação da tradução, incluindo o ribossoma.^[20]

O cap 5' impede a degradação do RNA de duas formas. Em primeiro lugar, como referido acima, a degradação do mRNA pelas exonucleases 5’ é impedida porque a extremidade 5’ protegida pelo cap se assemelha funcionalmente a uma extremidade 3’. Em segundo lugar, o complexo CBC e o fator eIF-4E/eIF-4G bloqueiam o acesso ao cap pelas enzimas removedoras do cap. Isto aumenta a meia-vida do mRNA, o que é essencial nos eucariotas, uma vez que o processo de exportação é muito demorado.

A remoção do cap de um mRNA é catalisada por um complexo enzimático formado por pelo menos Dcp1 e Dcp2, que competem com o eIF-4E pela ligação ao cap. Assim, o cap 5’ é um marcador de mRNA em tradução ativa e é utilizado pelas células para regular o tempo de semivida dos mRNA em resposta a novos estímulos. Os mRNA indesejáveis ​​são enviados para os corpos P para armazenamento temporário ou remoção do cap, cujos detalhes ainda não são conhecidos.^[21]

O mecanismo de promoção da excisão do intrão 5’ proximal não está bem esclarecido, mas o cap 5’ parece formar um laço em torno do spliceossoma e interagir com este durante o processo de splicing, o que promoveria a excisão do intrão.

• Cauda poli-A

Referências