Tradução e sua regulação
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- Wagner Bonilha Beltrão
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1 Tradução e sua regulação Informação contida na molécula de DNA/RNA (ac. nucléicos ) é traduzida para Proteínas Envolve reações bioquímicas de alta complexidade Em eucariotos envolve mais de 300 diferentes macromoléculas proteínas ribosomais (mais de 70) enzimas ativadoras de aminoácidos (aminoacil-trna sintetases) ( 20) enzimas auxiliares (GTPases) e outros fatores proteicos envolvidos nas diferentes fases da tradução trnas e rrnas (mais de 40 tipos) Alto investimento de energia pela célula 90% da energia gasta com reações biosintéticas Erro 1 em 10 4
2 Tradução e sua regulação Parte 1: Princípio e mecanismo geral da tradução
3 Tradução e sua regulação
4 Síntese protéica ocorre em pequenas partículas de ribonucleoproteina RIBOSSOMOS Paul Zamecnik (fracionamento subcelular) - local da síntese protéica Observação da presença abundante dessas partículas em células especializadas em secreção protéica por microscopia eletrônica
5 trna funciona como adaptador Zamecnik e Hoagland: aminoácidos ficam ativados quando incubados com ATP e citosol : associam-se a aminoacil-trna RNA estável e solúvel: F. Click: existência de uma molécula adaptadora (RNA?) pelo menos 3 nucleotídeos são necessários para codificar cada aminoácido (4x4x4=64 codons) R. Holley: Estrutura do trna
6 O Código Genético -Codon é uma trinca de nucleotideos que codifica um aminoacido -Essas trincas são lidas de forma sucessiva e sem interrupção ou sobreposição - Um primeiro codon determina a fase de leitura (3 são possíveis) Quais trincas codificam cada aminoacido?
7 Decifrando o código Nirenberg e Matthaei: poli(u) sintético codifica um polipeptídeo constituído de Phe UUUUUUUUU CCCCCCCCC P P P F F F Poliribonucleotideos obtidos por misturas de dois nucleosideos 5 diphosfato em proporções definidas Ex. ADP e CDP (5:1) AAA >A2C>AC2>CCC Constituição da trinca mas não a ordem.
8 Decifrando o código Khorana: obtenção de poliribonucleotideos com seqüências definidas (repetições de 2 a 4 bases) ACACACACACACAC = (ACA e CAC codons) = polip. quantidades iguais de Thr e His His codon (AC2) = CAC código genético decifrado (61 codons + 3 terminação) 1964 Nirenberg e Leder: ribosomos isolados ligam-se a aminoacil-trna específicos na presença de um dado polinucleotideo Ex. ribossomos + poli(u) se liga apenas a Phe-tRNA Phe
9 O Código genético: RNAm Degenerado : 4x4x4 = (aminoácidos) 3 (stop codons) Universal (quase) Variações são raras AUG: geralmente codon de iniciação exceções: GUG (algumas bact) CUG (eucariotos) Stop codons: podem codificar aa
10 3 Fases de leitura são possíveis por molécula de mrna A D P L P A G K G V A R R P S W R C R R A S S R K W G * P S A C G E G S R Q A A V M A V S E S Q L K K M R L T L C L R G R E S P G G R H G G V G E P A Q E N G CGGCUGACCCUCUGCCUGCGGGGAAGGGAGUCGCCAGGCGGCCGUCAUGGCGGUGUCGGAGAGCCAGCUCAAGAAAAUGG C P S T N T E T * L Y V K L S M L L L Y T K I S N L F V S K Y K Y R D L T V R E T V N V I T L Y K D L K P V V Q V Q I Q R P N C T * N C Q C Y Y S I Q R S Q T C UGUCCAAGUACAAAUACAGAGACCUAACUGUACGUGAAACUGUCAAUGUUAUUACUCUAUACAAAGAUCUCAAACCUGUU W I H M F L T M A V P G N * * T S L E Q S L C L I E L D S Y V F N D G S S R E L M N L T G T I P V P Y R F G F I C F * R W Q F Q G T N E P H W N N P C A L * R UUGGAUUCAUAUGUUUUUAACGAUGGCAGUUCCAGGGAACUAAUGAACCUCACUGGAACAAUCCCUGUGCCUUAUAGAGG Ao acaso 1 cada 20 codons seria um stop codon Frame shifting: Ex: HIV (gag pol)
11 trna: uma molécula adaptadora I: Inosina T: Ribotimidina Ψ: Pseudouridina
12 Acoplamento de aminoácidos ao trna apropriado Aminoacil trna sintetases 1) Formação aminoacil AMP: ligação do grupo carboxila do aa à uma molécula de AMP Aminoacido ativado! AMP 2) Transferência do grupo aminoacil para o trna: O grupo carboxila é transferido para o grupo hidroxila da ribose na extremidade 3 do trna Existem duas classes dessas sintetases
13 Acoplamento de aminoácidos ao trna apropriado Aminoacil trna sintetases Edição (proofreading)
14 Reconhecimento de trnas por suas aminoacil trna sintetase Segundo código genético Nucleotídeos em posições especificas permitem reconhecimento dos trna pelas sintetases Pontos comuns a todos trnas (em azul)
15 trna: uma molécula adaptadora Uma mesma molécula de trna pode reconhecer maisde um códon para um determinado aminoácido Posição Wobble Ex. 5 UUU 3 e 5 UUC 3 (codon) (pendular) 3 AAG 5 (anti codon)
16 A decodificação é feita nos ribossomos (ribossomos de eucariotos e procariotos apresentam grande semelhança estrutural e funcional) S: Svedberg units
17 Estrutura do Ribossomo 70S
18 Síntese Protéica Ativação dos aminoácidos: - ligação do aminoácido na molécula adaptadora correta, ocorre no citosol, requer ATP Iniciação: recrutamento do RNAm e formação dos complexos de pre-iniciação 48S e de iniciação 80S, requer GTP, fatores de iniciação Elongação: síntese da cadeia polipeptídica, movimento do ribossomo ao longo da molécula l de mrna, requer GTP, fatores de elongação Terminação e liberação: reconhecimento do stop codon no mrna, fatores de liberação, requer GTP
19 Síntese Protéica (proteínas efetoras principais) 20 proteínas + (13 eif3) 5 proteínas 2 proteínas 4 proteínas Vários desses fatores são GTPases = edição
20 Iniciação da tradução em eucariotos Complexo ternário : Met trnai trnai met, eif2gtp Formação do complexo de pre iniciação 43S Ponto importante de regulação da expressão (fosforilação de eif2) F ã d l d Formação do complexo de pre iniciação 48S
21 Identificação do codon de iniciação envolve a Seqüência Kozak 5 (AG)CCAUGG3 eif5 é recrutado e estimula hidrolise de GTP ligado a eif2. eif1a recruta eif5b GTP permitindo o recrutamento da subunidade d maior Hidrólise de GTP associado a eif5b, formaçãodocomplexo deiniciação Met trnai posicionada no sitio P
22 Comparação com o equivalente em Procariotos Homólogos funcionais: i eif1a IF1, 5 AGGAGGU3 eif1 IF3, Distante 8 a 13 eif5b IF2 bases do AUG
23
24 Elongação da tradução 1 Decodificação do códon em um mrna por um anticodon no aminoacil trna 2 Formação da ligação peptídica 3 Translocação do complexo trna mrna, movendo peptidil trna pp do sitio A para o sitio P e apresentação um novo códon no sitio A. Etapas 1 e 2 são aceleradas por fatores de Elongação
25 Elongação (Extensão) da tradução 2 GTPases Proofreading!
26 Terminação da tradução Fatores de liberação erf1: reconhece os 3 stop codons RF1 (UAG, UAA) e RF2 (UAA, UGA) (em bacterias) erf3: GTPase RF3 (em bacterias)
27 Tradução e sua regulação Parte 2: Exemplos de mecanismos de controle da p tradução
28 Controles pré-transcrionais (mais importantes) - Detenção de mrnp aberrantes no citoplasma (EJC) -Non-sense mediated decay -Non-stop decay - Síntese localizada de proteínas - Inibição da tradução: Mecanismos Globais: -Atividade de fatores de iniciação (ex. Fosforilação eif2, mtor) - Proteínas ligantes de RNA (ex. CPEB, IRE) Mecanismos específicos mirna sirna
29 Localização de mrna em regiões espefícicas do citoplasma Proteínas podem possuir sinais de direcionamento (acoplamento do ribossomos na membrana do RE) Seqüência de direcionamento no próprio mrna, geralmente na região 3 UTR, (particularmente importante em cel. grandes, polarizadas neuronios) Sistema de transporte muitas vezes acoplado ao controle da tradução (RNA fica quiescente até que seja colocado a disposição). mrna complexado com proteínas (RNP complex) interage com motoresmoleculares (transporte dependente docitoesqueleto)
30 Montagem e transporte de RNP: exemplo direcionamento do mrna de beta actina actina Fibroblastos e neuronios) Traffic 2010
31 Controle da tradução: mecanismos globais Fatores protéicos (muitos são ligantes de eif4) - Reguladores negativos: ex. associação IRP (iron responsive element), maskin - Reguladores positivos: ex: PABP Determinantes intrínsecos da molécula de mrna: -Tamanho complexidade estrutural do 5 UTR - 3 UTR (mais importante) ex. poliadenilação citoplasmática (tamanho da cauda), associação sequencia-específica com proteínas regulatórias, mirna, etc...
32 Controle da tradução Efeito de proteínas ligantes de mrna (5 UTR e 3 UTR) IRP conformação ativa IRP Conformação inativa Nature Chemical Biology 2, (2006)
33 Controle da tradução: mecanismos globais Efeito de proteínas ligantes de mrna (ligação ao 3 UTR) Controle traducional mediado pela Citoplasmatic poliadenilation element BP (CPEBP) CPE: seq variavel consenso UUUUUAU
34 Controle da tradução: mecanismos globais -Atividade de fatores de iniciação: Fosforilação eif2 GCN2: ativada ao ligar-se com trna não carregado (deficiencia aa) PERK: ER stress HRI: reticulocitos - baixos níveis de heme ferro (para que a sintese de globina tambem seja reduzida PKR: ativado por RNA fita dupla maiores que 30 pb (infecção viral) Diversas outras proteínas efetoras da tradução podem ter a atividade Diversas outras proteínas efetoras da tradução podem ter a atividade regulada direta ou indiretamente pela ação de quinases, p. ex: eif4e, eif4g, eif5, subun.eif3...
35 Controle da tradução: mecanismos globais -Atividade de fatores de iniciação: via de mtor Reb GAP 4E-BP (eif4e binding protein) quando fosforilada libera eif4e para ligar-se a eif4g. GTPase S6K (quinase) fosforila 6S RP Favorece tradução de 5 TOP mrna??
36 mirna Controle da tradução: mecanismos específicos nt que regulam expressão de RNAm com seq complementar - Regula mais de um terço do transcriptoma humano - Vários mecanismos envolvidos: * aceleração da taxa de degradação de mrna * Repressão da tradução (controverso) Biogenese de mirna
37 Contole da tradução: mecanismos específicos mirna: adaptadores que conferem especificidade na associação de Agonauta ao mrna alvo Regiões não estruturadas e ricas em AU são boas candidatas a sito alvo - difícil predição Complementariedade total clivagem do alvo pela argonauta
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