Como a vida funciona? O processo de Transcrição. Prof. Dr. Francisco Prosdocimi

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1 Como a vida funciona? O processo de Transcrição Prof. Dr. Francisco Prosdocimi

2 Dogma central O fluxo da informação é unidirecional Refutação definitiva da herança dos caracteres adquiridos

3 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

4 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

5 O acoplamento transcrição-tradução Atenção: só em procariotos Claro, eles não têm núcleo

6 Eucariotos O RNA vai para o citoplasma

7 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

8 RNAs bem-conhecidos mrna trna rrna

9 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 ~ genes ~ genes ~ genes ~ genes

10 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

11 O RNA é maior que a proteína

12 O gene O que é um gene? Qual a estrutura molecular de um gene? Depende... De que organismos você está falando? Procariotos X Eucariotos

13 Mesmo dentro dos eucariotos, há grande variação Tamanho do gene inclui íntros e éxons

14 A sequência promotora ou O promotor

15 O gene procarioto Gene X Operon Promotor

16 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

17 Transcrição em procariotos

18 O gene eucarioto Genes partidos no genoma Processamento: Exons, introns Promotores, enhancers

19 O RNA eucariótico

20 Processamento alternativo Fígado X Pâncreas Câncer X Normal

21

22 Fitas molde e codificadora

23 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

24 O estudo dos promotores Prof. Dr. Francisco Prosdocimi

25 Os promotores procarióticos -35 box e o TATA box

26 Heterogeneidade de sequência Reconhecimento pela unidade sigma A sequência exata determina a força do promotor

27 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.

28 Síntese (simultânea) do RNA A liberação imediata permite a síntese de muitas cópias de RNA ao mesmo tempo

29 A maquinaria de transcrição

30 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 b rpob Papel Participa da iniciação, liga-se a seqüências reguladoras Participa da iniciação e alongamento, forma ligações fosfodiéster b' rpoc Liga-se a molde de DNA s rpod 1 70 w Desconhecido Reconhece promotor, inicia síntese (dissociando-se logo após)

31 RNA pols de eucariotos Tipos de Polimerases RNA polimerase I RNA polimerase II RNA polimerase III Genes transcritos Genes de rrna 5.8S, 18S e 28S Genes de mrnas e snornas, alguns genes de snrnas Genes de trnas, rrna 5S, alguns snrna, outros RNAs pequenos

32 Não é que parece com a replicação?

33 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

34 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.

35 Sigma na iniciação da transcrição

36 Os fatores de transcrição: TF s Fatores de iniciação

37 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)

38 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)

39 Complexo de iniciação da transcrição

40 Alongamento da transcrição e Processamento

41 Terminação da transcrição Mecanismo pouco conhecido: pares de nucleotideos A-T precedida por uma seqüência de DNA duplamente simétrica (terminação intrínseca)

42 O processo de edição do mrna Capping, Poliadenilação e Splicing

43 O processamento do RNA eucariótico CAP5 : guanina modificada identifica o mrna Cauda poli-a 3 protege região codificadora (cds)

44 Cauda Poli-A bp de adeninas na extremidade 3 Sinal AAUAAA Complexo de poliadenilação Garante que o gene será traduzido com toda informação

45 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)

46 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.

47 Conservação da estrutura exônica Frequentemente conservada Senão... Provável caso interessante

48

49

50 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

51 Pré-mRNA RNAm maduro

52 Splicing, sequências conservadas Sítio doador de Splicing Sítio aceptor de splicing Ponto de ramificação Produção de laço e corte

53 Spliceossomo Complexo ribonucleoprotéico que realiza o splicing

54 Laço formado a partir do carbono 2... Poderia acontecer se fosse DNA?

55 Proteínas diferentes reconhecem íntrons e éxons

56 Splicing alternativo

57 Transporte para o citosol

58 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

59 Transporte seletivo de mrnas

60 Regulação da transcrição Sistema indutível: transcrição bloqueada Lac Operon Operador Repressão do operador por lactose ativa a quebra da lactose

61 Regulação da transcrição Sistema repressível: transcrição ativa Operon triptofano Operador Quando há pouco triptofano, transcreve todo o operon Quando há muito

62 Controle da expressão gênica Procariotos X Eucariotos

63 Blogue do professor Síntese e processamento do RNA Feito em 2000, ~ pessoas já acessaram o site ~500 acessos por dia grupos/grupo1/index.htm ou cimi/rna/index.html

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