Como a vida funciona?
O processo de Transcrição
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Dogma central
O fluxo da informação
é unidirecional
Refutação definitiva da
herança dos caracteres
adquiridos
Transcrição
• O que é?: processo de cópia do DNA em RNA
• Pra quê serve?
– Para ativação e desativação diferencial de genes
– Define o repertório de genes ativos a cada instante, o
transcriptoma
– Muda de acordo com o tecido, alimentação, estímulos
ambientais
– Um entendimento fino e preciso da regulação da
transcrição gênica define a adaptação do indivíduo ao
meio, diferenciação celular, embriogênese, etc...
• Genoma “ativo” no tempo
E onde fica o RNA?
• É feito no núcleo e depois vai pro citoplasma
• Mas procarioto não tem núcleo...
– Por isso se diz que sua
transcrição é acoplada
com a tradução
O acoplamento
transcrição-tradução
Atenção: só em procariotos
Claro, eles não têm núcleo
Eucariotos
O RNA vai
para o
citoplasma
E pra quê serve o RNA mesmo?
• Ele é um intermediário do DNA (adaptador de
Crick) para regular a produção de uma
proteína
– Quanto mais se “precisa” da proteína, mais RNA
dela é produzido => Regulação da transcrição
• Fatores de transcrição
RNAs bem-conhecidos
• mRNA
• tRNA
• rRNA
Micro-RNAs
• Pequenos RNAs não codificadores (ncRNA) com funções ainda não muito
bem entendidas
– Atuam na regulação fina da expressão gênica (interferência de RNA)
– Atuam como ribozimas
• O projeto ENCODE: maior parte do DNA é transcrito
• Mattick: codificam a complexidade nos vertebrados complexos
Model
organisms
~32.000 genes
~18.000 genes
~26.000 genes
~22.000 genes
A primazia do mRNA
• Custou em ser descoberto
– Heterogêneo em tamanho
– Pequena quantidade
DNA-like RNA (mRNA) foi
descoberto no fago T2
• Contém as instruções para a produção das
proteínas que estão sendo necessárias em um
determinado momento
• O estudo de bibliotecas de cDNA
(transcriptômica; genômica funcional)
O RNA é “maior” que a proteína
O gene
• O que é um gene?
• Qual a estrutura molecular de
um gene?
• Depende...
– De que organismos você está
falando?
• Procariotos X Eucariotos
• Mesmo dentro
dos eucariotos,
há grande
variação
• Tamanho do
gene
inclui íntros e
éxons
A sequência
promotora
ou
O promotor
O gene procarioto
• Gene X Operon
• Promotor
Lac Operon
• Operon de quebra do açúcar (carboidrato) Lactose
• Três genes em sequência
– Beta-galactosidase; Permease; Transacetilase
• Transcritos num só RNA policistrônico
• Região promotora e região operadora
Transcrição em procariotos
O gene eucarioto
• Genes partidos no genoma
– Processamento: Exons, introns
• Promotores, enhancers
O RNA eucariótico
Processamento
alternativo
Fígado X Pâncreas
Câncer X Normal
Fitas molde e codificadora
O molde é local
• Genes podem estar numa ou noutra fita do
DNA
• A escolha da fita molde depende da
localização e orientação do promotor
O estudo dos promotores
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Os promotores procarióticos
• -35 box e o TATA box
Heterogeneidade de sequência
Reconhecimento
pela unidade
sigma
A sequência
exata determina
a força do
promotor
Enhancers
• Os enhancers ou acentuadores são seqüências de
DNA que aumentam a afinidade da maquinaria de
transcrição por um certo promotor. Essas seqüências
podem estar localizadas acima (upstream), abaixo
(downstream) ou dentro do gene a ser transcrito e
podem também estar distantes muitos milhares de
pares de base deste, e em qualquer uma das fitas.
Síntese (simultânea) do RNA
• A liberação imediata permite a síntese de
muitas cópias de RNA ao mesmo tempo
A maquinaria de transcrição
RNA pol procariótica
• Grande e complexa, a holoenzima RNA polimerase de E. coli
possui 5 tipos de subunidades. A RNA polimerase interage
com proteínas ativadoras e repressoras que modulam a taxa
de expressão gênica nas células
Subuni
dade
Gene
Número
Massa
(kg)
a
rpoA
2
36,5
Participa da iniciação, liga-se a
seqüências reguladoras
b
rpoB
1
151
Participa da iniciação e alongamento,
forma ligações fosfodiéster
b'
rpoC
1
155
Liga-se a molde de DNA
s
rpoD
1
70
Reconhece promotor, inicia síntese
(dissociando-se logo após)
w
-
1
11
Desconhecido
Papel
RNA pols de eucariotos
Tipos de Polimerases Genes transcritos
RNA polimerase I
Genes de rRNA 5.8S, 18S e 28S
RNA polimerase II
Genes de mRNAs e snoRNAs,
alguns genes de snRNAs
RNA polimerase III
Genes de tRNAs, rRNA 5S, alguns
snRNA, outros RNAs pequenos
Não é que
parece com a
replicação?
Síntese do RNA
• A fita recém formada não permanece ligada
com a fita de DNA molde
A cadeia de RNA é deslocada e a hélice se ressocia
Subunidade Sigma -- σ
• A subunidade sigma (s) da RNA
polimerase é fundamental para o
reconhecimento específico da
região promotora. Ela,
juntamente ao cerne da enzima,
desliza ao longo do DNA à
procura do promotor, não
precisando desenrolar a dupla
hélice nem ligar-se e desligar-se
a ela repetidamente.
Sigma na iniciação da transcrição
Os fatores
de transcrição:
TF’s
Fatores de
iniciação
TATA binding protein
• O processo começa com a ligação de TFIID ao
TATA box ou seqüência TATA (sequência de DNA
dupla hélice composta por nucleotídeos T e A)
• A subunidade de TFIID que reconhece a
seqüência TATA no promotor é denominada
TBP (TATA binding protein)
Outras sequências promotoras
• A seqüência TATA box não é a única que sinaliza o início da
transcrição, mas é a mais importante e ubiqua
• A ligação de TFIID provoca uma grande distorção no DNA da
TATA box (localização de um promotor)
Complexo de
iniciação da transcrição
Alongamento
da transcrição e
Processamento
Terminação da transcrição
• Mecanismo pouco conhecido: pares de nucleotideos
A-T precedida por uma seqüência de DNA
duplamente simétrica (terminação intrínseca)
O processo de edição do mRNA
Capping, Poliadenilação e Splicing
O processamento
do RNA eucariótico
• CAP5’: guanina modificada
identifica o mRNA
• Cauda poli-A 3’ protege
região codificadora (cds)
Cauda Poli-A
• 200-300bp de
adeninas na
extremidade 3’
• Sinal AAUAAA
• Complexo de
poliadenilação
• Garante que o
gene será
traduzido com
toda informação
Fatores de poliadenilação
• Ambos movimentam-se com a
cauda de RNA polimerase e são
transferidos à extremidade 3’
• CPSF estão associadas à TFIID
CPSF
CstF
CstF (fator de estimulação à
clivagem)
CPSF (fator específico de
clivagem e polialinação)
1. O RNA é clivado
2.
A enzima poli-A
polimerase adiciona
Adenina
3. Proteínas de
ligação à poli-A
reúnem-se sobre
a cauda.
Conservação da estrutura exônica
• Frequentemente conservada
– Senão... Provável caso interessante
Evolução por exon-shuffling
• Embaralhamento de éxons
• Éxons com funções específicas
– Ligação a moléculas
– Fosforilação (kinases)
– Quebra de fosforilação (fosfatases)
• Ao embaralhar os éxons, novos genes podem
ser formados pela união de módulos
funcionais
• Introns-early X Introns-late theory
• Pré-mRNA
• RNAm maduro
Splicing, sequências conservadas
• Sítio doador de Splicing
• Sítio aceptor de splicing
• Ponto de ramificação
• Produção de laço e corte
Spliceossomo
• Complexo ribonucleoprotéico
que realiza o splicing
Laço formado a partir do carbono 2’...
Poderia acontecer se fosse DNA?
• Proteínas diferentes
reconhecem íntrons e
éxons
Splicing alternativo
Transporte para o citosol
Transporte seletivo de mRNAs
• O transporte seletivo está associado ao
processamento correto do RNA
• O complexo do poro nuclear reconhece e
transporta apenas mRNAs completos
• Na sua síntese, o RNA se liga a uma série de
proteínas:
– Complexo de ligação à capa
– Proteínas de splicing (SR)
– Proteínas de ligação à cauda poli-A
Transporte seletivo de mRNAs
Regulação da transcrição
• Sistema indutível:
transcrição bloqueada
• Lac Operon
• Operador
• Repressão do operador
por lactose ativa a
quebra da lactose
Regulação da transcrição
• Sistema repressível:
transcrição ativa
• Operon triptofano
• Operador
• Quando há pouco
triptofano, transcreve
todo o operon
– Quando há muito
Controle da expressão gênica
• Procariotos X Eucariotos
Blogue do professor
• Síntese e
processamento do RNA
• Feito em 2000,
~400.000 pessoas já
acessaram o site
• ~500 acessos por dia
http://www.icb.ufmg.br/prodabi/prodabi
3/grupos/grupo1/grupo1.html
O RNA e a origem da vida
O mundo do RNA
• Teoria mais aceita hoje em dia para explicar a
origem da vida
• Os processo de replicação e de transcrição
são homólogos (retrotranscrição)
• Os replicadores e a seleção natural molecular
(antes da existência de células)
Por que o RNA seria o primeiro?
• O problema do ovo e da galinha
• RNA
– Função catalítica
– Função de armazenamento de informação
– Mais simples
– tRNA
• RNAs auto-sintetizantes (Tetrahymena)
Dogma ordenado no tempo
Conclusão
• A transcrição é um processo de produção de
RNA que define quais genes estão ativos na
célula a cada instante
• O processo é precisamente regulado
– Abertura do DNA, histonas
– Scanneamento do DNA pela RNA pol + sigma
– Produção e processamento do RNA
– Exportação do RNA