Complexo silenciador induzido por ARN

RISC (do inglês: RNA-induced silencing complex) é um complexo ribonucleoprotéico composto por um conjunto de proteínas associadas a uma pequena molécula de RNA (siRNA ou miRNA) que atua controlando a expressão gênica, promovendo a degradação de mRNAs ou inibindo a tradução destes, num mecanismo denominado RNA de interferência (RNAi).[1][2]

Descoberta

A identificação bioquímica do RISC foi realizada por Gregory Hannon e os seus colegas no Laboratório Cold Spring Harbor.[3] Ocorreu apenas um par de anos depois da descoberta da interferência de ARN em 1998 feita por Andrew Fire e Craig Mello, que partilharam o Prémio Nobel de Medicina de 2006.[4]

Drosophila melanogaster.

Hannon e os seus colegas tentavam identificar os mecanismos da interferência de ARN envolvidos no silenciamento de genes por ARNs bicatenários (dsRNA) em células de Drosophila. As células S2 de Drosophila eram transfetadas com um vetor de expressão lacZ para quantificar a expressão génica com a atividade da β-galactosidase. Os seus resultados indicaram que a co-transfecção com ARN bicatenário de lacZ reduzia significativamente a atividade da β-galactosidase em comparação com o ARN bicatenário controlo. Portanto, os ARNs bicatenários controlam a expressão génica por meio da complementaridade de sequência.

As células S2 foram depois transfetadas com ARN bicatenário de ciclina E de Drosophila. A ciclina E é um gene essencial para a progressão do ciclo celular na fase S. O ARN bicatenário de ciclina E fazia parar o ciclo celular na fase G1 (antes da fase S). Portanto, a interferência de ARN pode ter como alvo genes endógenos.

Além disso, os ARNs bicatenários de ciclina E só faziam diminuir o ARN de ciclina E. Um resultado similar foi obtido usando o ARN bicatenário correspondente a ciclina A, que atua nas fases S, G2 e M do ciclo celular. Isto mostra a característica definidora da interferência de ARN: os níveis reduzidos de ARNm correspondem-se com os níveis do ARN bicatenário adicionado.

Para comprovar se as suas observações de diminuição dos níveis de ARNm eram resultado de o ARNm ser atacado diretamente (como sugeriam os dados obtidos noutros sistemas), transfetaram-se as células S2 de Drosophila com ARNs bicatenários de ciclina E de Drosophila ou com ARNs bicatenários de lacZ e depois incubaram-se com ARNm sintético para a ciclina E ou lacZ. As células transfetadas com ARN bicatenário de ciclina E só mostraram degradação nos transcritos de ciclina E (os transcritos de lacZ eram estáveis). Inversamente, as células transfetadas com ARN bicatenário de lacZ só mostraram degradação nos transcritos de lacZ e não nos transcritos de ciclina E. Estes resultados levaram Hannon e os seus colegas a sugerir que a transferência de ARN degrada o ARNm alvo por meio de uma 'atividade de nuclease específica de sequência'. Denominaram o enzima nuclease envolvido RISC.[3]

Carga dos ARNs bicatenários

A RNase III Dicer colabora com o RISC na interferência de ARN ao clivar os ARNs bicatenários originando fragmentos de 21 a 23 nucleótidos de comprimento com uma extremidade 3' que sobressai de dois nucleótidos.[5][6] Estes fragmentos de ARN bicatenário são carregados no RISC e cada fibra vai ter um destino diferente baseando-se no fenómeno da regra da assimetria.[7][8][9]

  • A fibra com a extremidade 5' menos estável é selecionada pela RNase Argonauta e integrada no RISC.[9][10] Esta fibra é conhecida como fibra guia.
  • A outra fibra, conhecida como fibra passageira, é degradada pelo RISC.[11]
    Parte da via de interferência de ARN com os diferentes modos em que o RISC pode silenciar genes por meio do seu ARNm.

Regulação génica

O RISC usa a fibra guia ligada para se ligar à região 3'-UTR complementar de transcritos de ARNm por emparelhamento de bases.[12][13] O RISC pode agora regular a expressão génica do transcrito de ARNm de vários modos.

Degradação do ARNm

A função mais conhecida do RISC é degradar um ARNm alvo, o que reduz os níveis de transcrito disponíveis para serem traduzidos nos ribossomas. Para que tenha lugar a degradação do ARNm são necessárias duas coisas:

  • uma correspondência por complementaridade de bases quase perfeita entre a fibra guia e a sequência do ARNm alvo, e
  • uma proteína Argonauta cataliticamente ativa, chamada clivadora ("slicer") para que clive o ARNm alvo.[13] A degradação do ARNm está localizada nos corpos citoplasmáticos chamados corpos P.[14]

Repressão transcricional

O RISC pode modular a carga do ribossoma e de fatores acessórios para a tradução para reprimir a expressão do transcrito de ARNm ligado. A repressão traducional só requer uma correspondência de sequência de bases parcial entre a fibra guia e o ARNm alvo.[13] A tradução pode ser regulada no passo de iniciação por meio do seguinte:

  • impedir a união do fator de iniciação da tradução eucariótico (eIF) à cap 5'. O RISC pode desadenilar a cauda poli(A) 3', o que poderia contribuir para a repressão pela via da cap 5'.[15][12]
  • impedir a união da subunidade ribossómica de 60S ao ARNm pode reprimir também a tradução.[16] A tradução pode ser regulada em passos pós-iniciação por meio do seguinte:
  • promover a terminação prematura da tradução nos ribossomas,[17] ou,
  • tornar mais lenta a elongação.[18] Ainda se especula sobre se as repressões traducionais na iniciação ou pós-iniciação são mutuamente exclusivas.

Formação da heterocromatina

Alguns RISCs podem unir-se diretamente ao genoma ao recrutar histona metiltransferases para formar heterocromatina no locus génico e, portanto, silenciar o gene. Estes RISCs tomam a forma do que se chama complexo silenciador transcricional induzido por ARN ou RITS (do inglês RNA-induced transcriptional silencing complex). O exemplo melhor estudado é o do RITS de leveduras.[13][19][20] O mecanismo não se compreende bem mas o RITS degrada os transcritos de ARNm nascentes. Propôs-se que este mecanismo atua como um 'loop de retroalimentação autorreforçado' ao utilizarem-se os transcritos nascentes degradados pela ARN polimerase dependente de ARN (RdRp) para gerar mais ARNs interferentes pequenos.[21]

Eliminação do ADN

Os RISCs parecem ter um papel na degradação do ADN durante o desenvolvimento do macronúcleo somático nos protozoários Tetrahymena. É similar à formação da heterocromatina e está implicada na defesa contra elementos genéticos invasores.[22] == Proteínas associadas ao RISC == A estrutura completa do RISC ainda não está resolvida. Diversos estudos informaram de vários valores de tamanhos e componentes do RISC, mas não é completamente certo se esta divergência se deve a haver vários complexos RISC distintos ou a os diferentes estudos terem utilizado distintas fontes de amostras.[23]

Referências

  1. ↑ ALBERTS, B.; JOHNSON, A.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WALTER, P.. Molecular Biology of the Cell. 5 ed. New York: Garland science, Taylor & Francis Group, 2008. 1268 p. ISBN 9780815341062
  2. ↑ LEWIN, B.. Gene VIII. 8 ed. Upper Saddle River: Pearson Prentice Hall, 2004. 988 p. ISBN 0-13-123826-4
  3. ↑ a b Hammond SM, Bernstein E, Beach D and Hannon GJ (2000). «An RNA-directed nuclease mediates post-transcriptional gene silencing in Drosophila cells». Nature. 404 (6775): 293–296. doi:10.1038/35005107 
  4. ↑ Fire A, Xu S, Montgomery MK, Kostas SA, Driver SE and Mello CC (1998). «Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans». Nature. 391 (6669): 806–811. doi:10.1038/35888 
  5. ↑ Zamore PD, Tuschl T, Sharp PA and Bartel DP (2000). «RNAi: double-stranded RNA directs the ATP-dependent cleavage of mRNA at 21 to 23 nucleotide intervals». Cell. 101 (1): 25–33. doi:10.1016/S0092-8674(00)80620-0 
  6. ↑ Vermeulen A, Behlen L, Reynolds A, Wolfson A, Marshall W, Karpilow J and Khvorova A (2005). «The contributions of dsRNA structure to Dicer specificity and efficiency». RNA. 11 (5): 674–682. doi:10.1261/rna.7272305 
  7. ↑ Schwarz DS, Hutvágner G, Du T, Xu Z, Aronin N and Zamore PD (2003). «Asymmetry in the assembly of the RNAi enzyme complex». Cell. 115 (2): 199–208. doi:10.1016/S0092-8674(03)00759-1 
  8. ↑ Khvorova A, Reynolds A and Jayasena SD (2003). «Functional siRNAs and miRNAs exhibit strand bias». Cell. 115 (2): 209–216. doi:10.1016/S0092-8674(03)00801-8 
  9. ↑ a b Siomi H and Siomi MC (2009). «On the road to reading the RNA-interference code». Nature. 457 (7228): 396–404. doi:10.1038/nature07754 
  10. ↑ Preall JB, He Z, Gorra JM and Sontheimer EJ (2006). «Short interfering RNA strand selection is independent of dsRNA processing polarity during RNAi in Drosophila». Current Biology. 16 (5): 530–535. doi:10.1016/j.cub.2006.01.061 
  11. ↑ Gregory RI, Chendrimada TP, Cooch N and Shiekhattar R (2005). «Human RISC couples microRNA biogenesis and posttranscriptional gene silencing». Cell. 123 (4): 631–640. doi:10.1016/j.cell.2005.10.022 
  12. ↑ a b Wakiyama M, Takimoto K, Ohara O and Yokoyama S (2007). «Let-7 microRNA-mediated mRNA deadenylation and translational repression in a mammalian cell-free system». Genes & Development. 21 (15): 1857–1862. doi:10.1101/gad.1566707 
  13. ↑ a b c d Pratt AJ and MacRae IJ (2009). «The RNA-induced silencing complex: A versatile gene-silencing machine». Journal of Biological Chemistry. 284 (27): 17897–17901. doi:10.1074/jbc.R900012200 
  14. ↑ Sen GL and Blau HM (2005). «Argonaute2/RISC resides in sites of mammalian mRNA decay known as cytoplasmic bodies». Nature Cell Biology. 7 (6): 633–636. doi:10.1038/ncb1265 
  15. ↑ Filipowicz W, Bhattacharyya SN and Sonenber N (2008). «Mechanisms of post-transcriptional regulation by microRNAs: are the answers in sight?». Nature Reviews Genetics. 9 (2): 102–114. doi:10.1038/nrg2290 
  16. ↑ Chendrimada TP, Finn KJ, Ji X, Baillat D, Gregory RI, Liebhaber SA, Pasquinelli AE and Shiekhattar R (2007). «MicroRNA silencing through RISC recruitment of eIF6». Nature. 447 (7146): 823–828. doi:10.1038/nature05841 
  17. ↑ Petersen CP, Bordeleau M-E, Pelletier J and Sharp PA (2006). «Short RNAs repress translation after initiation in mammalian cells». Molecular Cell. 21 (4): 533–542. doi:10.1016/j.molcel.2006.01.031 
  18. ↑ Maroney PA, Yu Y, Fisher J and Nilsen TW (2006). «Evidence that microRNAs are associated with translating messenger RNAs in human cells». Nature Structural & Molecular Biology. 13 (12): 1102–1107. doi:10.1038/nsmb1174 
  19. ↑ Verdel A, Jia S, Gerber S, Sugiyama T, Gygi S, Grewal SI and Moazed D (2004). «RNAi-mediated targeting of heterchromatin by the RITS complex». Science. 303 (5658): 672–676. doi:10.1126/science.1093686 
  20. ↑ Verdel A, Jia S, Gerber S, Sugiyama T, Gygi S, Grewal SI and Moazed D (2004). «RITS acts in cis to promote RNA interference-mediated transcription and post-transcriptional silencing». Nature Genetics. 36 (11): 1174–1180. doi:10.1038/ng1452 
  21. ↑ Sugiyama T, Cam H, Verdel A, Moazed D and Grewal SI (2005). «RNA-dependent RNA polymerase is an essential component of a self-enforcing loop coupling heterochromatin assembly to siRNA production». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (1): 152–157. doi:10.1073/pnas.0407641102 
  22. ↑ Mochizuki K and Gorovsky MA (2004). «Small RNAs in genome arrangement in Tetrahymena». Current Opinion in Genetics & Development. 14 (2): 181–187. doi:10.1016/j.gde.2004.01.004 
  23. ↑ Sontheimer EJ (2005). «Assembly and function of RNA silencing complexes». Nature Reviews Molecular Cell Biology. 6 (2): 127–138. doi:10.1038/nrm1568 
Este artigo é emitido por Wikipédia. O texto é licenciado sob Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. Termos adicionais podem ser aplicados aos arquivos de mídia.