Alongamento, término e processamento de pré-mRNA em eucariotos

FIGURA 8.12 A formação do complexo de pré-iniciação normalmente tem início com a ligação da proteína de ligação a TATA (TBP), que em seguida recruta os outros fatores gerais de transcrição (GTF) e a RNA polimerase II para o sítio de início da transcrição. A transcrição tem início após a fosforilação do domínio carboxi-terminal (CTD) da RNA polimerase II.

CONCEITO-CHAVE Os promotores eucarióticos são reconhecidos primeiramente pelos fatores gerais

de transcrição (GTF). A função dos GTF é atrair o cerne da RNA polimerase II, de modo que ela seja

posicionada para iniciar a síntese de RNA no sítio de início da transcrição.

Alongamento, término e processamento de pré-mRNA em

eucariotos

O alongamento ocorre dentro da bolha de transcrição essencialmente conforme descrito em relação à síntese do RNA procariótico. Entretanto, o RNA nascente apresenta destinos muito diferentes em procariotos e em eucariotos. Em procariotos, a tradução tem início na extremidade 5′ do RNA nascente, enquanto a metade 3′ ainda está sendo sintetizada. Contrariamente, o RNA dos eucariotos deve ser submetido a um processamento adicional antes que ele possa ser traduzido. Esse processamento inclui (1) a adição de um revestimento (cap) na extremidade 5′, (2) a recomposição (splicing) para eliminar os íntrons e (3) a adição de uma cauda de nucleotídios adenina (poliadenilação) em 3′.

Assim como a replicação do DNA, a síntese e o processamento do pré-

mRNA em mRNA requerem que muitas etapas sejam realizadas rapidamente e com precisão. Primeiramente, acreditava-se que a maior parte do processamento do pré-mRNA eucariótico ocorresse após a conclusão da síntese do RNA. O processamento após a conclusão da síntese do RNA é denominado pós-transcricional. Entretanto, atualmente evidências experimentais indicam que o processamento realmente ocorre durante a síntese de RNA; ele é cotranscricional. Portanto, o RNA parcialmente sintetizado (nascente) está sendo submetido a reações de processamento na medida em que emerge do complexo da RNA polimerase II.

O CTD da RNA polimerase II eucariótica desempenha um papel central na

coordenação de todos os eventos de processamento. O CTD é composto por muitas repetições de uma sequência de sete aminoácidos. Essas repetições atuam como sítios de ligação para algumas das enzimas e outras proteínas que são necessárias para o revestimento do RNA, a recomposição e a clivagem seguida pela poliadenilação. O CTD está localizado próximo do sítio onde o RNA nascente emerge da polimerase e, assim, está em um local ideal para orquestrar a ligação e a liberação das proteínas necessárias para processar o transcrito de RNA nascente enquanto a síntese do RNA continua. Nas diversas fases do processamento, os aminoácidos do CTD são modificados de modo reversível — normalmente por meio da adição e da remoção de grupos fosfato (denominadas fosforilação e desfosforilação, respectivamente). O estado de fosforilação do CTD determina que proteínas de processamento podem se ligar. Desse modo, o CTD determina a tarefa a ser realizada no RNA na medida em que ele emerge da polimerase. Os eventos de processamento e o

papel do CTD na sua execução estão demonstrados na Figura 8.13 e são considerados em seguida.

FIGURA 8.13 O processamento cotranscricional do RNA é coordenado pelo domínio carboxi-terminal (CTD) da subunidade β da RNA polimerase II. A fosforilação reversível dos aminoácidos de CTD (indicada por P) cria sítios de ligação para as diferentes enzimas de processamento e os fatores necessários para (A) revestimento, (B) recomposição, (C) clivagem e polidenilação.

Processamento das extremidades 5′ e 3′. A Figura 8.13 A ilustra o processamento da extremidade 5′ do transcrito de um gene codificador de proteína. Quando o RNA nascente emerge pela primeira vez a partir da RNA polimerase II, uma estrutura especial, denominada cap (revestimento), é adicionada à extremidade 5′ por diversas proteínas que interagem com o CTD. O cap consiste em um resíduo 7-metilguanosina ligado ao transcrito por três grupos fosfato. O cap apresenta duas funções. Primeiramente, ele protege o RNA da degradação em sua longa jornada até o local da tradução. Em segundo

lugar, conforme você verá no Capítulo 9, o cap é necessário para a tradução do mRNA.

O alongamento do RNA continua até que a sequência conservada AAUAAA

ou AUUAAA seja alcançada, marcando a extremidade 3′ do transcrito. Uma enzima reconhece aquela sequência e corta a extremidade do RNA a aproximadamente 20 bases adiante. A essa extremidade cortada, é adicionado um trecho de 150 a 200 nucleotídios adenina, denominado cauda poli(A) (ver

Figura 8.13 C). Portanto, a sequência AAUAAA do mRNA de genes codificadores de proteínas é denominada sinal de poliadenilação.

Recomposição do RNA, a remoção de íntrons. Em 1977, surgiu um estudo científico intitulado “An amazing sequence arrangement at the 5′ end of adenovirus 2 messenger RNA” [Um arranjo incrível de sequência na

extremidade 5’ do RNA mensageiro do adenovírus 2].1 Os cientistas normalmente suavizam suas palavras, pelo menos em suas publicações, e a utilização da palavra amazing [incrível] indicou que algo verdadeiramente inesperado havia sido observado. Os laboratórios de Richard Roberts e Phillip Sharp haviam descoberto, de modo independente, que a informação codificada pelos genes eucarióticos (no caso, o gene de um vírus que infecta células eucarióticas) pode ser fragmentada em segmentos de dois tipos: éxons e íntrons. Conforme declarado anteriormente, os segmentos que codificam partes das proteínas são os éxons e os segmentos que separam os éxons são os íntrons. Os íntrons estão presentes não apenas em genes codificadores de proteínas, mas também em alguns rRNA e até mesmo em genes de tRNA.

Os íntrons são removidos do transcrito primário enquanto o RNA ainda está

sendo transcrito e após o cap ter sido adicionado, mas antes de o transcrito ser transportado para o citoplasma. A remoção dos íntrons e a união dos éxons é denominada recomposição (splicing), tendo em vista que é reminiscente do modo pelo qual uma fita de vídeo ou um filme podem ser cortados e reunidos para deletar um segmento específico. A recomposição une as regiões codificadoras, ou éxons, de modo que o mRNA agora contém uma sequência codificadora que é completamente colinear à proteína que ela codifica.

O número e o tamanho dos íntrons varia de gene para gene e de espécie para

espécie. Por exemplo, apenas 200 dos 6.300 genes em leveduras apresentam íntrons, enquanto genes típicos em mamíferos, incluindo seres humanos, apresentam diversos. O tamanho médio de um íntron de mamífero é de aproximadamente 2.000 nucleotídios e um éxon médio apresenta aproximadamente 200 nucleotídios; portanto, uma porcentagem maior de DNA em mamíferos codifica íntrons em vez de éxons. Um exemplo extremo é o gene humano da distrofia muscular de Duchenne. Esse gene apresenta 79 éxons e 78 íntrons em seus 2,5 milhões de pares de bases. Quando submetidos à recomposição, seus 79 éxons produzem um mRNA de 14.000 nucleotídios, o que significa que os íntrons são responsáveis pela vasta maioria dos 2,5 milhões de pares de bases.

Recomposição alternativa. Nesse ponto, você pode estar ponderando a respeito da utilidade de ter genes organizados em éxons e íntrons. Relembre que este capítulo teve início com uma discussão sobre o número de genes no genoma humano. Esse número (agora estimado em aproximadamente 21.000 genes) é inferior ao dobro da quantidade de genes em nematódeos, ainda que o espectro

de proteínas humanas (denominado proteoma; ver Capítulo 9) seja superior a 70.000. O fato de as proteínas superarem tanto o número de genes indica que um gene pode codificar informação para mais de uma proteína. Um modo como um gene pode codificar múltiplas proteínas é por meio de um processo denominado recomposição alternativa (ou splicing alternativo). Nesse processo, diferentes mRNAs e, subsequentemente, diferentes proteínas são produzidos a partir do mesmo transcrito primário por meio da recomposição de diferentes combinações de éxons. Por motivos que atualmente são desconhecidos, a proporção de genes submetidos à recomposição alternativa varia de espécie para espécie. Embora a recomposição alternativa seja rara em plantas, mais de 70% dos genes humanos são recompostos de maneira alternativa. Muitas mutações com consequências sérias para o organismo ocorrem em virtude de defeitos na recomposição.

As consequências da recomposição alternativa sobre a estrutura e a função

proteica serão apresentadas posteriormente no livro. Por enquanto, é suficiente dizer que as proteínas produzidas por meio da recomposição alternativa normalmente estão relacionadas (tendo em vista que elas normalmente contêm subconjuntos dos mesmos éxons do transcrito primário) e que com frequência elas são utilizadas em diferentes tipos celulares ou em diferentes estágios do

desenvolvimento. A Figura 8.14 demonstra a miríade de combinações produzidas por meio da recomposição alternativa do transcrito primário de RNA do gene da α-tropomiosina. O mecanismo de recomposição é considerado na próxima seção.

CONCEITO-CHAVE O pré-mRNA eucariótico é extensivamente processado antes de ser transportado

como mRNA até o citoplasma para a tradução em proteína. São adicionados um cap em 5 ′ e uma

cauda poli(A) em 3′; os íntrons são removidos e os éxons são unidos. Um gene pode codi car mais

de um polipeptídio quando o seu pré-mRA é submetido à recomposição alternativa.