Modificação pós-transcricional

O processamento do RNA é o conjunto de modificações co-transcricionais e pós-transcricionais que o transcrito primário de um RNA sofre durante e após a sua transcrição, principalmente nas células eucarióticas, para se tornar um RNA maduro e totalmente funcional. Um exemplo notável é a conversão do ARNm precursor em mRNA maduro, que inclui a sua splicing e a modificação das suas extremidades antes da síntese proteica. Este processo é vital para a tradução adequada do genoma, uma vez que, nos eucariotas, os genes e os transcritos primários de mRNA contêm intrões (regiões não codificantes) que necessitam de ser removidos.^[1] O processamento também afeta outros tipos de RNA. É um processo tipicamente eucariótico, uma vez que as bactérias não possuem intrões no mRNA, mas também ocorre processamento do RNA nos procariontes. Outra forma de modificação dos transcritos de RNA é a sua edição, que consiste na realização de inserções, deleções e substituições de bases nucleotídicas na molécula de RNA após a sua transcrição.

Nos procariontes, o mRNA não é modificado e pode ser traduzido diretamente (por vezes, a tradução começa a partir de uma extremidade quando a outra ainda não completou a transcrição). Em contraste, nos eucariotas, o mRNA sofre extensas modificações no núcleo antes de ir para o citoplasma para iniciar a tradução. Nos eucariotas, a molécula de pré-mRNA sofre três modificações principais: formação do cap 5' (ou "capagem" 5'), poliadenilação e splicing, que ocorrem no núcleo celular antes de o RNA ser traduzido.^[2]

Ver artigo principal: Cap 5'

A formação da Cap 5' ou capping no pre-ARNm a adição de uma molécula de 7-metilguanosina (m⁷G) à extremidade 5’ do RNA é um processo que ocorre quando o fosfato terminal 5’ é removido, o que é feito com o auxílio da enzima fosfatase. A enzima guanosiltransferase catalisa a reacção, produzindo o difosfato na extremidade 5’. Este difosfato ataca, então, o átomo de fósforo gama da molécula de GTP (que perde dois fosfatos) para adicionar o resíduo de GMP, formando uma ligação trifosfato 5’5’. A enzima (guanina-N⁷-)-metiltransferase ("cap MTase") transfere um grupo metilo da S-adenosilmetionina para o anel da guanina..^[3] Este tipo de tampa, que tem simplesmente o (m⁷G) em posição, é designado por estrutura "tampa 0". A ribose do nucleótido adjacente também pode ser metilada para dar uma "tampa 1". A metilação de nucleótidos "a jusante" da molécula de RNA produz as estruturas "tampa 2", "tampa 3" e assim por diante. Em todos estes casos, os grupos metilo são adicionados aos grupos 2' OH do açúcar ribose. A tampa 5' protege a extremidade 5' do transcrito primário de RNA do ataque de ribonucleases que têm especificidade para ligações fosfodiéster 3'-5'.^[4]

Ver artigo principal: Poliadenilação

O processamento do pré-mRNA na extremidade 3’ da molécula de RNA envolve a clivagem (corte) dessa extremidade e a subsequente adição de cerca de 200 resíduos de adenosina monofosfato (AMP) para formar a chamada cauda poli(A). As reações de clivagem e adenilação ocorrem se uma sequência sinal de poliadenilação (5’-AAUAAA-3’) estiver localizada junto à extremidade 3’ do RNA, seguida de outra sequência, geralmente 5’-CA-3’. O segundo sinal é o local de clivagem. Uma sequência rica em GU também costuma estar presente no RNA um pouco mais a jusante. De seguida, duas proteínas multissubunitárias denominadas fator de especificidade de poliadenilação e clivagem (CPSF) e fator de estimulação de clivagem (CstF) são transferidas da RNA polimerase II para a molécula de RNA. Ambos os fatores se ligam aos elementos de sequência do RNA. Forma-se um complexo proteico, contendo fatores de clivagem adicionais e a enzima poliadenilato polimerase (PAP). Este complexo cliva o RNA entre a sequência de poliadenilação e a sequência rica em GU no local de clivagem marcado pelas sequências 5’-CA-3’. A poli(A) polimerase adiciona então cerca de 200 unidades de AMP à nova extremidade 3’ do RNA, utilizando moléculas de adenosina trifosfato (ATP) como precursor. À medida que a cauda poli(A) é sintetizada, muitas cópias da proteína de ligação à poli(A) são ligadas a esta, protegendo a extremidade 3’ da digestão por ribonucleases.^[5]

Ver artigo principal: Splicing

O splicing do RNA é o processo pelo qual os intrões (regiões não codificadoras de proteínas) de um pré-mRNA são removidos, restando apenas os éxons (regiões codificadoras), que são unidos para formar uma única molécula contínua de RNA. Embora a maior parte do splicing do RNA ocorra após a molécula de pré-mRNA estar totalmente sintetizada e com o cap 5’ adicionado, os transcritos com muitos éxons podem sofrer splicing co-transcricional.^[6] A reação de splicing é catalisada por um grande complexo proteico denominado spliceossoma, que é um conjunto de proteínas e pequenas moléculas de RNA nuclear que reconhecem o sítio de splicing na sequência do pré-mRNA. Muitos pré-mRNA, incluindo os que codificam anticorpos, podem ser processados ​​por splicing de diversas formas, produzindo diferentes mRNA maduros, que codificam diferentes estruturas primárias de proteínas (diferentes anticorpos no exemplo), através de um processo conhecido como splicing alternativo, que permite a produção de uma grande variedade de proteínas a partir de uma quantidade limitada de ADN.

Nos procariontes, existem sete genes de ARNr, cada um dos quais dá origem a um ARN precursor 30S, que contém os três tipos de ARNr (ARNr 23S, ARNr 16S e ARNr 5S) e até algum ARNt, separados por sequências espaçadoras. Esta longa transcrição é depois cortada para dar origem aos ARNr finais, um processo denominado "aparamento", que é realizado pelas enzimas ribonuclease P e ribonuclease III.^[7]

Nos eucariotas, o processo é semelhante, mas aqui a molécula precursora é o 45S (contém apenas três ARN ribossómicos: 28S rRNA, 18S rRNA e 5,8S rRNA, mas não o 5S rRNA, que é transcrito separadamente, nem o tRNA). Os eucariotas possuem centenas de genes precursores do 45S rRNA, que são transcritos no nucléolo pela RNA polimerase I. A clivagem endonucleolítica separa os RNA ribossómicos e remove os espaçadores entre eles. Nos eucariotas, o ARNr 5.8S estabelece o emparelhamento de bases com o ARNr 28S quando ambos são libertados e formam as subunidades ribossómicas.^[7]

As modificações pós-transcricionais que um ARNr sofre podem também afetar as modificações de bases e ocorrem tanto em eucariotas como em procariotas. Podem ser de três tipos básicos: metilação de bases, metilação de riboses e pseudouridilação. A metilação de bases ocorre em regiões conservadas do RNA; na subunidade ribossómica menor dos procariotas, esta metilação não é essencial, mas melhora a eficiência da tradução.^[8] A metilação da ribose ocorre sempre no carbono 2' e é muito mais frequente nos eucariotas do que nas bactérias, mas na arquea "Sulfolobus solfataricus" é comparável à dos eucariotas;^[9] a metilação da ribose não é essencial para a função do RNA, mas mutações que a impedem nos microrganismos afectam o crescimento^[10] A pseudouridilação (introdução de pseudouridilação ou Ψ) é comum nos eucariotas e mais rara nos procariontes.

Estas modificações foram melhor estudadas em Escherichia coli, onde foram encontrados 11 locais de modificação no rRNA 16S, 24 no 23S e nenhum no 5S.^[11][12]

Os genes do ARNr de alguns eucariotas e procariontes contêm intrões.^[13]

Os tRNAs nos procariontes têm origem como transcritos longos contendo vários tRNAs, que são depois clivados para gerar os tRNAs finais. Os genes dos tRNA estão agrupados no genoma e os transcritos iniciais contêm dois a sete tRNA (alguns tRNA podem também estar contidos no transcrito inicial dos rRNA nos procariontes). As ribonucleases P (atuando na extremidade 5’) e D (atuando na extremidade 3’) clivam os transcritos, libertando os diferentes tRNA. Na extremidade 3’, uma estrutura em alça-tronco é clivada e, por vezes, parte dos nucleótidos adjacentes à sequência CAA característica dos tRNA, ou a própria sequência, é eliminada. De seguida, a sequência CCA é adicionada à extremidade 3’ nos tRNA que a perderam na clivagem anterior, processo realizado pela tRNA nucleotidiltransferase. De seguida, o tRNA sofre uma modificação das suas bases, principalmente metilações, mas também tiolações e transformação de uracilo em di-hidrouracilo ou pseudouracilo.^[7][14] Nos eucariotas, o tRNA também é formado como um longo precursor que é depois clivado de forma semelhante aos procariotas. Nos mamíferos, a metilação do tRNA precursor parece ocorrer no núcleo, mas a clivagem e a ligação da sequência CAA são citoplasmáticas.^[15] Em mamíferos, também foram estudadas modificações de bases nos tRNA mitocondriais.^[16][17] Nos eucariotas, alguns genes de tRNA contêm intrões, que são removidos durante o processamento; por exemplo, na levedura, 10 tRNAs têm os seus intrões removidos durante o processamento.

Outros pequenos ARN na célula também sofrem processamento em eucariotas. Por exemplo, os microRNAs (miRNAs) são inicialmente transcritos como pré-miRNAs de 70 nucleótidos com um cap 5’ e uma cauda poli(A), têm uma forma de alça-tronco e são processados ​​pela enzima Drosha e pela proteína Pasha, que atuam no núcleo. O processamento continua no citoplasma pela endonuclease Dicer, que dá origem ao miRNA maduro.

Outros pequenos ARN na célula também sofrem processamento em eucariotas. == Degradação do RNA == Uma vez que tenha cumprido a sua função, o RNA é degradado enzimaticamente, por exemplo, por complexos enzimáticos como o exossomo (em eucariotas e arqueias) e o degradosoma (em bactérias). Outras nucleases também podem destruir o RNA. O exossoma desempenha também um papel no processamento do RNA nuclear pequeno, do RNA nucleolar pequeno e do rRNA 5.8S.^[18]

Referências

• MeSH Post-Transcriptional+RNA+Modification