Publicado por: Djalma Santos | 21 de junho de 2012

“SPLICING” (processamento do RNA)

Nas células eucarióticas, há uma grande quantidade de sequências de DNA que não são expressas em RNA ou em proteínas, não sendo, portanto, convertidas em produtos funcionais. Grande parte do DNA que especifica o RNA mensageiro constitui os íntrons dentro dos genes. Descobertos em 1977, por Berget, os introns são regiões dos genes que não codificam qualquer proteína, embora façam parte da transcrição inicial. Como veremos a seguir, eles separam, uma das outras, sequências de DNA que codificam para proteínas conhecidas como éxons.

Nesse caso, como mostra a figura abaixo, todo o gene, conhecido como gene em mosaico, contendo éxons e íntrons, é transcrito em uma longa molécula de RNA (pré-RNAm), dotada de éxons e íntrons. Em seguida, ocorre remoção dos íntrons, o que reduz o tamanho do RNA inicial. Finalmente, os éxons se ligam, formando o RNAm funcional ou maduro, que, contendo apenas segmentos codificadores (éxons), migra para o citoplasma, onde vai ser traduzido em cadeia polipetítidica.

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Esse processamento do RNA, chamado splicing – que ocorre no núcleo e consiste na remoção dos íntrons e união éxons imediatamente após a transcrição do RNA – é bastante complexo, já que a molécula de RNA deve ser clivada em locais exatos e os éxons devem ser unidos também de maneira exata. Os íntrons retirados do pré-RNA são “destruídos” dentro do núcleo gerando nucleotídeos livres que são reciclados. A denominação íntron deriva do fato de eles, embora sejam transcritos (compõem o transcrito primário), não saem do núcleo, já que são “destruídos”, como vimos acima, neste compartimento celular.

Tanto a clivagem do pré-RNA, para remoção dos íntrons, como a junção dos éxons, para a formação do RNA funcional, envolvem um complexo enzimático chamado spliceossoma (maquinaria de splicing). O spliceossoma é constituído por 5 tipos de pequenos RNAs (dotados de 107 a 210 nucleotídeos), ricos em uracil, associados a proteínas, formando ribonucleoproteínas. Ele é um complexo dinâmico no qual os elementos que o compõem estão mudando constantemente durante o processo de amadurecimento. O splicing requer uma extrema precisão das moléculas envolvidas no processo, já que o acréscimo ou a remoção de um único nucleotídeo em um éxon pode alterar a fase de leitura e produzir uma proteína bastante diferente da original, caracterizando uma mutação, decorrente, portanto, de erros no splicing.

Em face de o splicing ser um processo complexo, com regulação fina, uma mutação em um sítio de reconhecimento da junção exon-intron ou em um elemento regulador, pode causar um erro no processo, gerando um produto aberrante, que pode, muitas vezes, inativar um gene, com graves consequências. Estima-se atualmente que erros no processo de splicing causem cerca de 10% das doenças genéticas. Por outro lado, pesquisas na área da biologia molecular poderão criar ferramentas capazes de corrigir sequências que afetam padrões de splicing, bem como expressar, inativar ou mudar a concentração de reguladores com o objetivo de reparar genes afetados por deleções, como no caso da distrofia muscular progressiva. Ressaltamos que o splicing só ocorre em células eucarióticas, já que o DNA das células procarióticas é desprovido de íntrons.

Foi estudando o splicing de RNA ribossômico de um protozoário ciliado (Tetrahymena thermophila) que Thomas Cech descobriu, em 1982, a ribozima (RNA dotado de função enzimática), assunto que abordamos neste blog no dia 10.06.2011, sob o título “Ribozima (RNA super star)”. No ano seguinte, Sidney Altman constatou que na Rnase P, enzima que catalisa a maturação de RNAt (splicing do RNAt), a atividade enzimática é exercida pela parte ribonucleica (RNA), e não pela parte proteica da enzima.

SPLICING ALTERNATIVO/GENOMA HUMANO

As estimativas iniciais eram de que o genoma humano possuía em torno de 100 mil genes. Esse número tinha por base a quantidade de diferentes proteínas humanas, estimada em cerca de 90 mil. Deveríamos, portanto, ter pelo menos 90 mil genes para codificá-las. Os trabalhos relatando o sequenciamento de todos os cromossomos humanos (PROJETO GENOMA HUMANO) mostraram que o número de genes estruturais era bem mais baixo (da ordem de 25 mil).

O reduzido número de genes presentes na espécie humana é hoje explicado pela sua grande versatilidade. Graças a um mecanismo chamado splicing alternativo (edição alternativa ou processamento alternativo), em que os mecanismos celulares podem, em linhas gerais, “decidir” remover um éxon ou manter um intron (figura a seguir), ou partes dele, a informação armazenada nos genes dos organismos pode ser editada de várias formas. Isto faz com que um gene possa codificar duas ou mais proteínas, com funções distintas e algumas vezes até antagônicas, aumentando consideravelmente a capacidade codificante do genoma.

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Esse splicing alternativo, descoberto independentemente em 1977 por Richard Roberts do New England Biolabs, nos EUA, e Phillip Sharp, do Massachusetts Institute of Technology (Instituto de Tecnologia do Massachusetts, MIT), EUA, pode explicar a diferença entre o tamanho “modesto” do conjunto gênico da espécie humana e a elevada complexidade do proteoma (conjunto de proteínas de uma célula), termo criado em 1995 pelo pesquisador Marc Wilkins.

O controle do processo de splicing alternativo é bastante complexo. Inibir ou ativar um sítio de splicing, saltar ou introduzir um ou mais éxons e “decidir” a eliminação ou não de um íntron são tarefas para os reguladores de splicing. Tais reguladores são proteínas que se unem ao RNA em posições-chave e atuam de maneira positiva (escolhendo um sítio de splicing e não outro, por exemplo) ou negativa (bloqueando um sítio de splicing para evitar que um éxon faça parte do mRNA). A análise do transcriptoma ou transcritoma (conjunto de RNAs transcritos pelo genoma em um dado momento), que é dinâmico e varia de acordo com os diferentes desenhos da expressão dos genes, dependerá do desenvolvimento de novas tecnologias para atacar a complexidade criada pelo splicing alternativo.

Em média, cada um dos nossos genes dá origem a três RNAm funcionais por meio do chamado splicing alternativo. Isso permite que os seres humanos possam produzir mais de 90 mil proteínas diferentes sem precisar manter 90 mil genes, aumentando o número de proteínas que podem ser sintetizadas por cada gene. O splicing alternativo representa, dessa forma, uma fonte econômica de diversidade no universo.

Entender a regulação da expressão gênica no que tange à resolução dos éxons, que costuma ser definida como “exonômica”, é, em última análise, um grande desafio da pesquisa futura. A prevalência do splicing alternativo, no qual os éxons de um transcrito primário são ligados de diferentes maneiras, durante o processamento do RNA, levando à síntese de proteínas distintas, parece aumentar com a complexidade do organismo. No homem, por exemplo, cerca de três quartos dos seus genes parecem estar sujeitos à edição alternativa, o que nos tornam mais eficientes que outras espécies na geração de uma grande diversidade de produtos gênicos. Nesse contexto, o splicing alternativo é considerado um dos grandes responsáveis pela complexidade funcional do genoma humano, porque permite que grande diversidade proteica coexista com um número relativamente limitado de genes.

Associado ao splicing alternativo, alterações bioquímicas que as proteínas podem sofrer, depois de produzidas (modificações pós-traducionais), também corroboram para explicar a “discrepante” relação entre número de proteínas diferentes (cerca de 90 mil) e o número de genes estruturais (da ordem de 25 mil). A teoria de que um gene codifica uma proteína, como se ensinava, já saiu dos livros modernos da bioquímica. A relação entre gene, produto gênico e função não é, portanto, de 1:1:1.

Aparentemente, em comparação com organismos mais simples, o ser humano se beneficia mais dos genes que ativam a produção de proteínas múltiplas do que dos genes que codificam somente uma proteína. Assim, muito da complexidade biológica está baseada na seleção de diferentes combinações de proteínas, e não em uma simples estrutura sequencial de aminoácidos.



Responses

  1. Muito bom professor Djalma Santos. Esse texto elucidou muitas questões que eu tinha. Muito obrigado.

  2. Professor Djalma, seu blog é muito bom, principalmente essa publicação. Tenho visitado sempre o blog, e tem me ajudado muito para a prova da UPE. Mesmo prestando vestibular para exatas vou estudar biologia pq o senhor me fez gostar dessa materia. Muito obrigada. 😀

  3. Grande professor Djalma, adorei a aula de hoje e fiquei muito interessado na sua tese de doutorado, gostaria de conversar mais sobre isso com o senhor.Pois gostaria de fazer Bacharelado em ciências biológicas, e quem sabe um dia poder ser um grande e brilhante biólogo como o senhor.
    Grato.
    Aluno do 3º A NAP America

    • Prezado Lucas
      Obrigado pelo comentário. Ajudarei no que for possível. Você pode conhecer um pouco sobre a minha de Doutorado acessando: Ribozima (“RNA super star”), matéria publicada neste blog no dia 10.06.2011.
      Sucesso
      Djalma Santos

  4. isso é a mesma coisa que transcrição dna rna
    ?

    • Prezada Gabriela
      “Splicing” não é o mesmo que transcrição. Em verdade, ele ocorre após a transcrição. Transcrevemos, a seguir, alguns trechos dessa publicação a fim de que você possa constatar a diferença entre “splicing” e transcrição.
      – “ … todo o gene, conhecido como gene em mosaico, contendo éxons e íntrons, é transcrito em uma longa molécula de RNA (pré-RNAm), dotada de éxons e íntrons. … “
      – “… Finalmente, os éxons se ligam, formando o RNAm funcional ou maduro, que, contendo apenas segmentos codificadores (éxons), migra para o citoplasma, onde vai ser traduzido em cadeia polipetítidica. …”
      – ”… Esse processamento do RNA, chamado splicing… “
      Como você pode constatar o “splicing” ocorre após a transcrição, sendo, em última análise, um processamento pós-transcrição do pré-RNAm.
      Um abraço
      Djalma Santos

  5. Professor, muito bom!! Adorei!! Obrigada

  6. Professor, estudei com o senhor no colégio Santa Maria. Fiz graduação em Odontologia pela UFPE, mestrado em Estomatopatologia pela FOP-UNICAMP e agora estou fazendo um crédito de doutorado em genética na mesma instituição. Ao pesquisar sobre splicing, qual não é a minha surpresa de achar a sua página? Obrigada pela ajuda!

  7. Prezado prof Dr Djalmo, vi no seu blog interessantíssimas matérias sobre diversos assuntos. Gostaria, se possível, que me auxiliasse a questão abaixo, que foi de um concurso público,.o gabarito preliminar da banca diz que a correta é a letra C..no entanto fiquei em dúvida, a letra A , conforme sua matéria parece deixar dúvidas, e poderia ser considerada também correta tendo em vista que pode ocorrer splicing alternativo, embora bastante complexo. A questão esta descrita abaixo:
    De acordo com a estrutura gênica,
    a) éxons e íntrons são mantidos no processamento do RNAm.
    b) o promotor é a região do DNA transcrita para formação de RNAt.
    c) a região localizada à direita do promotor é a sequência codificadora.
    d) os íntrons contêm a sequência codificadora da proteína a ser sintetizada.
    e) para a funcionalidade de um gene, ele precisa apresentar, na totalidade, apenas uma região: a codificadora.

    Muito obrigada..
    abraços.

    • Ver OPERON, matéria publicada neste blog no dia 12.03.2011.
      Djalma Santos


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