como a vida funciona? o processo de transcrição prof. dr. francisco prosdocimi
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Como a vida funciona?O processo de Transcrição
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
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Dogma central
O fluxo da informação é unidirecional
Refutação definitiva da herança dos caracteres
adquiridos
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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
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E onde fica o RNA?
• É feito no núcleo e depois vai pro citoplasma• Mas procarioto não tem núcleo...
– Por isso se diz que suatranscrição é acoplada com a tradução
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O acoplamentotranscrição-tradução
Atenção: só em procariotosClaro, eles não têm núcleo
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Eucariotos
O RNA vai para o
citoplasma
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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
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RNAs bem-conhecidos
• mRNA
• tRNA
• rRNA
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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
~26.000 genes
~18.000 genes
~22.000 genes
~32.000 genes
Model organisms
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A primazia do mRNA
• Custou em ser descoberto– Heterogêneo em tamanho– Pequena quantidade
• 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)
DNA-like RNA (mRNA) foi descoberto no fago T2
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O RNA é “maior” que a proteína
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O gene
• O que é um gene?• Qual a estrutura molecular de
um gene?
• Depende...– De que organismos você está
falando?
• Procariotos X Eucariotos
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• Mesmo dentrodos eucariotos,há grande variação
• Tamanho do geneinclui íntros e éxons
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A sequência promotora ou O promotor
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O gene procarioto
• Gene X Operon• Promotor
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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
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Transcrição em procariotos
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O gene eucarioto
• Genes partidos no genoma– Processamento: Exons, introns
• Promotores, enhancers
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O RNA eucariótico
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Processamento alternativo
Fígado X Pâncreas
Câncer X Normal
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Fitas molde e codificadora
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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
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O estudo dos promotores
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Os promotores procarióticos
• -35 box e o TATA box
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Heterogeneidade de sequência
Reconhecimento pela unidade
sigma
A sequência exata determina
a força do promotor
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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.
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Síntese (simultânea) do RNA
• A liberação imediata permite a síntese de muitas cópias de RNA ao mesmo tempo
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A maquinaria de transcrição
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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
Subunidade Gene Número Massa
(kg) Papel
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
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RNA pols de eucariotos
Tipos de Polimerases Genes transcritosRNA polimerase I Genes de rRNA 5.8S, 18S e 28SRNA polimerase II Genes de mRNAs e snoRNAs,
alguns genes de snRNAsRNA polimerase III Genes de tRNAs, rRNA 5S, alguns
snRNA, outros RNAs pequenos
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Não é que parece com a replicação?
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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
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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.
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Sigma na iniciação da transcrição
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Os fatores de transcrição:
TF’s
Fatores de iniciação
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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)
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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)
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Complexo de iniciação da transcrição
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Alongamento da transcrição e Processamento
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Terminação da transcrição
• Mecanismo pouco conhecido: pares de nucleotideos A-T precedida por uma seqüência de DNA duplamente simétrica (terminação intrínseca)
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O processo de edição do mRNACapping, Poliadenilação e Splicing
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O processamento do RNA eucariótico
• CAP5’: guanina modificada identifica o mRNA
• Cauda poli-A 3’ protege região codificadora (cds)
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Cauda Poli-A• 200-300bp de
adeninas na extremidade 3’
• Sinal AAUAAA
• Complexo de poliadenilação
• Garante que o gene será traduzido com toda informação
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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)
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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.
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Conservação da estrutura exônica
• Frequentemente conservada– Senão... Provável caso interessante
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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
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• Pré-mRNA• RNAm maduro
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Splicing, sequências conservadas
• Sítio doador de Splicing• Sítio aceptor de splicing• Ponto de ramificação
• Produção de laço e corte
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Spliceossomo
• Complexo ribonucleoprotéicoque realiza o splicing
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Laço formado a partir do carbono 2’... Poderia acontecer se fosse DNA?
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• Proteínas diferentesreconhecem íntrons eéxons
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Splicing alternativo
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Transporte para o citosol
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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
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Transporte seletivo de mRNAs
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Regulação da transcrição
• Sistema indutível: transcrição bloqueada
• Lac Operon
• Operador
• Repressão do operador por lactose ativa a quebra da lactose
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Regulação da transcrição
• Sistema repressível: transcrição ativa
• Operon triptofano
• Operador
• Quando há pouco triptofano, transcreve todo o operon– Quando há muito
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Controle da expressão gênica
• Procariotos X Eucariotos
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Blogue do professor
• Síntese e processamento do RNA
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O RNA e a origem da vida
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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)
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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)
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Dogma ordenado no tempo
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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