Descodificando O Código Da Vida – Os 6 Tipos De RNA

Já te falei de um dos ácidos nucleicos, o DNA, em várias ocasiões (estrutura, replicação e passagem de pais para filhos, ou seja, mitose e meiose). Como já deves saber, este não é o único ácido nucleico necessário para descodificar o código da vida… O outro ácido nucleico que, normalmente, encontras dentro das células é o ácido ribonucleico, o RNA (do qual também já falei várias vezes, em particular no artigo sobre a síntese proteica, já vais perceber porquê).

Como podes ver nas Figuras 1 e 2, esta molécula também é constituída por nucleótidos e também tem uma “espinha dorsal” de açúcares. Neste caso, o açúcar da espinha dorsal do RNA é a ribose em vez da desoxirribose do DNA e um dos nucleótidos é diferente, o RNA utiliza o Uracilo (U) em vez da Timina (T), usada no DNA. Ou seja, uma molécula de RNA é um código de quatro nucleótidos dispostos lado a lado pela cadeia de riboses. Quando em cadeia dupla (sim, este não é o estado normal de muitos dos RNAs) o Uracilo (U) liga à Adenina (A) e a Guanina (G) liga à Citosina (C), ligados a uma cadeia de riboses (podes ver o meu artigo sobre a estrutura do DNA se quiseres saber mais sobre os nucleótidos).

Figura 1 - A principal diferença entre o RNA e o DNA. A ribose difere da desoxirribose apenas em 1 átomo de oxigénio no carbono 2 (o 2' representado na figura). "B" corresponde a qualquer base tanto do DNA como do RNA e "n” representa um número qualquer de nuclótidos. Imagem de [1].

Figura 1 – A principal diferença entre o RNA e o DNA. A ribose difere da desoxirribose apenas em 1 átomo de oxigénio no carbono 2 (o 2′ representado na figura). “B” corresponde a qualquer base tanto do DNA como do RNA e “n” representa um número qualquer de nuclótidos. Imagem de [1].

Figura 2 - Representação do DNA e do RNA. Esta figura representa os diferentes nucleótidos em ambas as moléculas. Também podes ver que o RNA está representado em cadeia simples - está assim porque é como se costuma encontrar o RNA. Imagem de [2].

Figura 2 – Representação do DNA e do RNA. Esta figura representa os diferentes nucleótidos em ambas as moléculas. Também podes ver que o RNA está representado em cadeia simples – está assim porque é como se costuma encontrar o RNA. Imagem de [2].

Agora podes-me perguntar: “Então, mas porque é que o RNA está em cadeia simples, se pode formar pontes de hidrogénio entre os nucleótidos, como no DNA?”

Realmente ele PODE formar pontes de hidrogénio com os nucleótidos de outra cadeia de RNA e formar uma dupla cadeia, e algumas formas de RNA apresentam-se em dupla cadeia, mas não é assim que ele se apresenta a maior parte das vezes… Uma das razões para não o RNA não estar em dupla cadeia a maior parte do tempo é porque ele está frequentemente associado a infeções virais (mas há alguns RNA propositadamente em dupla cadeia, continua a ler). Há vírus que são constituídos por dsRNA (double-stranded RNA, ou seja, RNA de dupla cadeia), e há outros que criam estruturas de dupla cadeia quando se estão a replicar, utilizando uma polimerase semelhante à do DNA para duplicar o RNA no citoplasma. Resumindo, o que a célula quer fazer a RNA de dupla cadeia é eliminá-lo e iniciar mecanismos antivirais (pode produzir outros tipos de RNA sinalizadores, mas já lá vamos). [3]

“Formas de RNA?” Perguntas tu.

Sim, há várias formas de RNA. Este tipo de molécula é muito versátil, podendo associar-se a proteínas de forma mais ou menos permanente. É precisamente isso que é um ribossoma, mas já vou falar mais especificamente da forma de RNA contida no ribossoma.

As pequenas diferenças a nível molecular que o RNA tem, tornam-no muito versátil. Em vez de ser uma molécula que guarda informação, é uma molécula com uma grande variedade de funções. As principais e das quais vais ouvir falar mais frequentemente estão envolvidas na síntese proteica. São o mRNA, o tRNA e o rRNA.

1 – Primeiro, o mRNA, RNA Mensageiro (Figura 3), é transcrito a partir de um molde de DNA, um gene (nem todo o DNA constitui genes), com o intuito de levar a informação contida no DNA para fora do núcleo onde será traduzida numa proteína funcional. Esta tarefa é levada a cabo pela RNA polimerase II (nos procariotas só existe um tipo de polimerase, que transcreve todos os genes), que transcreve todos os mRNAs e alguns RNAs pequenos com funções regulatórias. [4]

Figura 3 – Representação de um mRNA maduro. 5’ UTR corresponde à região não traduzida da extremidade 5’ (sequencias regulatórias, etc.); coding region é a zona do mRNA que codifica proteínas e a 3’ UTR é a região não traduzida da extremidade 3’; poly(A) tail – cauda poli-(A); start codon – codão de iniciação, é o conjunto de 3 nucleótidos onde se inicia a tradução; stop codon – codão de paragem, é o conjunto de três nucleótidos onde termina a tradução. Imagem de [5].

Figura 3 – Representação de um mRNA maduro. 5’ UTR corresponde à região não traduzida da extremidade 5’ (sequencias regulatórias, etc.); coding region é a zona do mRNA que codifica proteínas e a 3’ UTR é a região não traduzida da extremidade 3’; poly(A) tail – cauda poli-(A); start codon – codão de iniciação, é o conjunto de 3 nucleótidos onde se inicia a tradução; stop codon – codão de paragem, é o conjunto de três nucleótidos onde termina a tradução. Imagem de [5].

Nos eucariotas o produto direto da transcrição não pode ser imediatamente traduzido numa proteína, até porque pode ser degradado pelas proteínas da própria célula (e não só por proteção).

Este produto, chamado de pré-mRNA, vai sofrer uma série de modificações antes de ser traduzido. Primeiro é necessário remover os intrões, as partes do gene que não codificam nenhuma proteína, através de um processo chamado splicing, deixando os exões, que vão ser traduzidos numa proteína. É frequente que sejam, também, removidos alguns exões, o que permite que o mesmo gene (a mesma sequência genética) codifique mais que uma proteína (chama-se splicing alternativo), dependendo do tecido e das condições em que a célula se encontra. [6]

Há mais duas modificações que são feitas ao pré-mRNA: a adição do cap 5’ (inglês para “tampa 5’”) à extremidade 5’ (como o nome indica) do mRNA e a adição da cauda poli-(A) à extremidade 3’ (à exceção do mRNA das histonas, que faz o que tem a fazer sem cauda poli-(A)). [7] A primeira destas a acontecer é a adição do cap 5’, que ocorre logo no inicio da transcrição, enquanto que a cauda poli-(A) é adicionada no fim. Em conjunto, estas duas modificações protegem o mRNA da degradação e facilitam a tradução, permitindo a ligação de algumas proteínas necessárias ao inicio da mesma. [7, 8] O cap 5’ tem ainda mais duas funções: melhora o transporte do mRNA para o citoplasma e facilitam o processo de splicing. [7]

Figura 4 – Representação do processo de maturação do mRNA. Exon – exão; Intron – intrão. Imagem de [9].

Figura 4 – Representação do processo de maturação do mRNA. Exon – exão; Intron – intrão. Imagem de [9].

Depois da maturação do mRNA, este é transportado para o citoplasma (por difusão, utilizando enzimas apenas quando fica preso em cromatina mais espessa) através dos poros nucleares. [10]

E é aqui que entra o ribossoma.

3 – É constituído por dois conjuntos de proteínas associadas a sequências de RNA (rRNA, de RNA ribossomal, produzido pela RNA polimerase I), a subunidade pequena e a subunidade grande. [4] Nos procariotas, a subunidade pequena, chamada 30S, está associada a um rRNA, denominado 16S, e a subunidade grande, de 50S está associada aos rRNA 5S e 23S (“S” quer dizer Svedberg, vai ao artigo sobre a síntese proteica, se quiseres saber mais). Nos eucariotas, a subunidade pequena de 40S, está associada ao rRNA 18S e a subunidade grande a 3 rRNAs, 5S, 5.8S e 25S. [11] Esta estrutura complexa é o “descodificador” do código genético – é ele que emparelha os codões (conjuntos de 3 nucleótidos do mRNA que codificam as proteínas) aos anti-codões (3 nucleótidos existentes em cada tRNA que estão associados a um aminoácido específico) durante a síntese proteica.

Antes da tradução em si (Figura 5), a subunidade pequena do ribossoma liga-se ao mRNA, antes do codão de iniciação. A este liga-se a subunidade grande e o ribossoma começa a “deslizar” pela molécula de mRNA, colocando um tRNA específico no codão de iniciação (normalmente é o AUG, Adenina- Uracilo-Guanina e codifica para o aminoácido metionina, que depois pode ser removido). Daí para a frente, ele “encaixa” cada codão ao anti-codão correspondente, juntando um novo aminoácido à proteína que está a ser “construída” (cada codão codifica um aminoácido diferente, volta à síntese proteica para saberes mais sobre os aminoácidos). Ou seja, o ribossoma catalisa (acelera, facilita) a reação de formação da nova proteína, o que faz dele uma ribozima, uma enzima cujo centro ativo (a zona que realmente faz alguma coisa) é constituído por RNA. [12]

Figura 5 – Ribossoma durante o processo de tradução. Imagem de [13].

Figura 5 – Ribossoma durante o processo de tradução. Imagem de [13].

“Mas então o que é que é um tRNA e como é que ele codifica um aminoácido específico?” Perguntas tu.

2 – Ora, um tRNA ou RNA de transferência basicamente é uma sequência de RNA, produzida pela RNA polimerase III, que forma estruturas em dupla cadeia (vê a Figura 6) em determinadas partes da sua sequência, permitindo-os estarem ligados a um aminoácido. [4] Esta característica permite que o tRNA carregue os aminoácidos não só para a síntese de proteínas, mas também para outras funções, como a produção de antibióticos e a marcação de proteínas para destruição. Quando “descarregam” o aminoácido, servem como reguladores da expressão genética e sensores de stress da célula. [14]

4 e 5 –Estas estruturas estão presentes noutros tipos de RNA, como os short hairpin RNA (shRNA) que são percursores dos micro RNA (miRNA). Estes miRNA são pequenas sequências de RNA (cerca de 21 nucleótidos, em inglês aparece muitas vezes a nomenclatura “X mer” onde X é o número de nucleótidos, neste caso 21 mer) que têm funções regulatórias da expressão genética. Eles são produzidos a partir de shRNAs, que são “partidos” (diz-se clivados) pela enzima Dicer em pequenas sequências em cadeia dupla com extremidades coesivas (têm alguns nucleótidos em cada ponta da molécula sem emparelhamento com nenhum nucleótido). Depois, são separadas as duas cadeias e estes RNA em cadeia simples ligam-se a determinadas proteínas, formando o complexo de silenciamento induzido por RNA (RISC – RNA Induced Silencing Complex). O RISC tem como função degradar mRNAs, e é direcionada pelo miRNA que se liga a ele. Ou seja, o miRNA vai emparelhar ao mRNA complementar a si, fazendo com que o RISC destrua AQUELE mRNA específico, ou apenas impedem a tradução do mesmo. Quando falo de silenciamento de genes quero dizer que eles deixam de ser expressos. Neste caso o mecanismo de silenciamento é a interferência por RNA (RNAi). [15, 16]

6 – Há shRNA produzidos endogenamente pelas células, mas estes também são produzidos em laboratório para poderem ser introduzidos em células, de modo a ativarem o mecanismo de RNAi e silenciarem genes específicos. Da mesma forma, são utilizados os short interfering RNA (siRNA – pequenos RNA de interferência), que normalmente ocorrem em células sem mecanismos de imunidade mediada por células ou anticorpos (noutro dia falarei dos tipos de imunidade), como as plantas. Estes RNA são expressos em dupla cadeia, clivados em sequências mais pequenas pela Dicer, separados em cadeia simples e ligados ao RISC, fazendo exatamente o mesmo que os miRNA, mas com maior especificidade (silenciam apenas um mRNA, enquanto que os miRNA podem silenciar muitos). [17]

Figura 6 – Representação do tRNA. As letras correspondem nucleótidos modificados e os números ao número do nucleótido as cores correspondem às diferentes regiões do tRNA (a laranja está a região onde se liga o aminoácido). Imagem de [18].

Figura 6 – Representação do tRNA. As letras correspondem nucleótidos modificados e os números ao número do nucleótido as cores correspondem às diferentes regiões do tRNA (a laranja está a região onde se liga o aminoácido). Imagem de [18].

Mas porque é que as estruturas em dupla cadeia do tRNA não são degradadas, como se fossem vírus ou pela Dicer?

Porque o tRNA é especial! =P Os seus nucleótidos não são todos dos 5 que ouvimos falar até agora. Cada um destes nucleótidos “novos” tem uma base diferente, como a Inocina (I) e a Pseudouridina (Psi, Ѱ) que lhes dão uma maior estabilidade e os protegem contra a degradação não-específica (ou seja, só são degradados por vias específicas aos tRNA). [19]

E é isto que precisas de saber sobre o RNA. O ácido nucleico que não é só nucleico =P (na prática, o DNA também aparece fora do núcleo, nos procariotas, mas percebes a piadinha)

Um aparte sobre os miRNA – Eles também podem servir de sinalizadores intercelulares. [20]

Conheces alguém que gostaria de saber sobre o RNA? Partilha este artigo =)

 

Referências

  1. Maness, A. What is RNA and how is it different from DNA? 2014; Available from: http://www.rajeshbihani.com/raj/382/.
  2. Sponk. Difference DNA RNA-EN. 2010 [cited 2016 26/11]; Available from: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNA-EN.svg.
  3. Karpala, A.J., T.J. Doran, and A.G. Bean, Immune responses to dsRNA: implications for gene silencing technologies. Immunol Cell Biol, 2005. 83(3): p. 211-6.
  4. Clancy, S. RNA Transcription by RNA Polymerase: Prokaryotes vs Eukaryotes. 2008 [cited 2016 05-12]; Available from: http://www.nature.com/scitable/topicpage/rna-transcription-by-rna-polymerase-prokaryotes-vs-961.
  5. Plociam. Mature mRNA. 2005 [cited 2016 03-12]; Available from: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Mature_mRNA.png#filehistory.
  6. Chen, M. and J.L. Manley, Mechanisms of alternative splicing regulation: insights from molecular and genomics approaches. Nature reviews. Molecular cell biology, 2009. 10(11): p. 741-754.
  7. Weaver, R.F., Molecular Biology. 2002, New York: McGraw-Hill.
  8. Preiss, T. and M.W. Hentze, Dual function of the messenger RNA cap structure in poly(A)-tail-promoted translation in yeast. Nature, 1998. 392(6675): p. 516-20.
  9. Nastypatty. Pre-mRNA. 2016 [cited 2016 03-12]; Available from: https://en.wikipedia.org/wiki/Precursor_mRNA#/media/File:Pre-mRNA.svg.
  10. Vargas, D.Y., et al., Mechanism of mRNA transport in the nucleus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2005. 102(47): p. 17008-17013.
  11. Wilson, D.N. and J.H. Doudna Cate, The structure and function of the eukaryotic ribosome. Cold Spring Harb Perspect Biol, 2012. 4(5).
  12. Cech, T.R., The Ribosome Is a Ribozyme. Science, 2000. 289(5481): p. 878-879.
  13. pluma. Ribosome. 2011 [cited 2016 06-12]; Available from: https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Ribosome.png.
  14. Megel, C., et al., Surveillance and Cleavage of Eukaryotic tRNAs. International Journal of Molecular Sciences, 2015. 16(1): p. 1873-1893.
  15. Pushparaj, P.N., et al., siRNA, miRNA, and shRNA: in vivo applications. J Dent Res, 2008. 87(11): p. 992-1003.
  16. Lam, J.K.W., et al., siRNA Versus miRNA as Therapeutics for Gene Silencing. Mol Ther Nucleic Acids, 2015. 4: p. e252.
  17. Carthew, R.W. and E.J. Sontheimer, Origins and Mechanisms of miRNAs and siRNAs. Cell, 2009. 136(4): p. 642-655.
  18. Yikrazuul. The tRNA cloverleaf general. 2010 [cited 2016 07-12]; Available from: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_tRNA_cloverleaf_general.svg.
  19. Motorin, Y. and M. Helm, tRNA stabilization by modified nucleotides. Biochemistry, 2010. 49(24): p. 4934-44.
  20. Mirra, P., et al., Circulating miRNAs as intercellular messengers, potential biomarkers and therapeutic targets for Type 2 diabetes. Epigenomics, 2015. 7(4): p. 653-67.

 

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