RNA

Conheça a tecnologia CRISPR Cas9 na edição de genes e sua aplicação na terapêutica humana para a agricultura

Conheça a tecnologia CRISPR Cas9 na edição de genes e sua aplicação na terapêutica humana para a agricultura Examinando como os cientistas anexam a ferramenta molecular CRISPR-Cas9 a uma fita de RNA para editar genes e reparar sequências de DNA danificadas. Exibido com permissão de The Regents of the University of California. Todos os direitos reservados. (Um parceiro de publicação da Britannica) Veja todos os vídeos para este artigo

RNA , abreviatura de ácido ribonucleico , composto complexo de alto peso molecular que funciona no celular proteína síntese e substitui GOTA (ácido desoxirribonucléico) como um transportador de códigos genéticos em alguns vírus . RNA consiste em ribose nucleotídeos (bases nitrogenadas anexadas a um açúcar ribose) ligadas por ligações fosfodiéster, formando fios de comprimentos variados. As bases nitrogenadas do RNA são adenina, guanina, citosina e uracila, que substituem a timina no DNA.



O açúcar ribose do RNA é uma estrutura cíclica que consiste em cinco carbonos e um oxigênio . A presença de um grupo hidroxil (−OH) quimicamente reativo ligado ao segundo grupo de carbono no açúcar ribose molécula torna o RNA sujeito à hidrólise. Esta labilidade química do RNA, em comparação com o DNA, que não tem um grupo −OH reativo na mesma posição na porção de açúcar (desoxirribose), é considerada uma das razões pelas quais o DNA evoluiu para ser o transportador preferido de informação genética na maioria organismos. A estrutura da molécula de RNA foi descrita por R.W. Holley em 1965.



Estrutura de RNA

O RNA normalmente é um biopolímero de fita simples. No entanto, a presença de sequências auto-complementares na fita de RNA leva ao emparelhamento de bases intracadeia e dobramento da cadeia de ribonucleotídeos em formas estruturais complexas que consistem em protuberâncias e hélices. A estrutura tridimensional do RNA é crítica para a sua estabilidade e função, permitindo que o açúcar ribose e as bases nitrogenadas sejam modificadas de várias maneiras pelas células enzimas que anexam grupos químicos (por exemplo, grupos metil ) para a cadeia. Essas modificações permitem a formação de ligações químicas entre regiões distantes na fita de RNA, levando a contorções complexas na cadeia de RNA, o que estabiliza ainda mais a estrutura do RNA. Moléculas com fracas modificações estruturais e estabilização podem ser facilmente destruídas. Por exemplo, em uma molécula de RNA de transferência de iniciador (tRNA) que carece de um grupo metil (tRNAeuCom), a modificação na posição 58 da cadeia de tRNA torna a molécula instável e, portanto, não funcional; a cadeia não funcional é destruída por mecanismos de controle de qualidade de tRNA celular.

Os RNAs também podem formar complexos com moléculas conhecidas como ribonucleoproteínas (RNPs). A porção de RNA de pelo menos um RNP celular demonstrou atuar como um biológico catalisador , uma função anteriormente atribuída apenas a proteínas.



Tipos e funções do RNA

Dos muitos tipos de RNA, os três mais conhecidos e mais comumente estudados são RNA mensageiro (mRNA), RNA de transferência (tRNA) e RNA ribossomal (rRNA), que estão presentes em todos os organismos. Esses e outros tipos de RNAs realizam principalmente reações bioquímicas, semelhantes às enzimas. Alguns, no entanto, também têm funções regulatórias complexas em células . Devido ao seu envolvimento em muitos processos regulatórios, à sua abundância e à sua diverso funções, os RNAs desempenham papéis importantes em ambos os processos celulares normais e doenças.

Na síntese de proteínas, o mRNA carrega códigos genéticos do DNA no núcleo para os ribossomos, os locais da proteína tradução no citoplasma . Os ribossomos são compostos de rRNA e proteína. As subunidades da proteína do ribossomo são codificadas por rRNA e são sintetizadas no nucléolo. Depois de totalmente montados, eles se movem para o citoplasma, onde, como reguladores-chave da tradução, lêem o código transportado pelo mRNA. Uma sequência de três bases nitrogenadas no mRNA especifica a incorporação de um específico aminoácido na sequência que constitui a proteína. Moléculas de tRNA (às vezes também chamadas de RNA solúvel ou ativador), que contêm menos de 100 nucleotídeos, trazem os aminoácidos especificados para os ribossomos, onde estão ligados para formar proteínas.

Além do mRNA, tRNA e rRNA, os RNAs podem ser amplamente divididos em codificantes (cRNA) e não codificantes (ncRNA). Existem dois tipos de ncRNAs, ncRNAs de manutenção (tRNA e rRNA) e ncRNAs reguladores, que são posteriormente classificados de acordo com seu tamanho. Longos ncRNAs (lncRNA) têm pelo menos 200 nucleotídeos, enquanto pequenos ncRNAs têm menos de 200 nucleotídeos. NcRNAs pequenos são subdivididos em micro RNA (miRNA), RNA nucleolar pequeno (snoRNA), RNA nuclear pequeno (snRNA), RNA de pequena interferência (siRNA) e RNA de interação com PIWI (piRNA).



O miRNAs são de particular importância. Eles têm cerca de 22 nucleotídeos de comprimento e funcionam em gene regulamentação na maioria dos eucariotos. Eles podem inibir (silêncio) expressão do gene pela ligação ao mRNA alvo e inibindo tradução, evitando assim a produção de proteínas funcionais. Muitos miRNAs desempenham papéis significativos no câncer e outras doenças. Por exemplo, supressores de tumor e miRNAs oncogênicos (iniciadores de câncer) podem regular genes-alvo únicos, levando à tumorigênese e tumor progressão.

Também de significado funcional são os piRNAs, que têm cerca de 26 a 31 nucleotídeos de comprimento e existem na maioria dos animais. Eles regulam a expressão de transposons (genes saltadores), evitando que os genes sejam transcritos nas células germinativas (espermatozoides e óvulos). A maioria dos piRNAs são complementares a diferentes transposons e podem ter como alvo específico esses transposons.

O RNA circular (circRNA) é único em relação a outros tipos de RNA porque suas extremidades 5 'e 3' estão ligadas entre si, criando um loop. Os circRNAs são gerados a partir de muitos genes que codificam proteínas e alguns podem servir como modelos para a síntese de proteínas, semelhante ao mRNA. Eles também podem se ligar a miRNA, agindo como esponjas que impedem que as moléculas de miRNA se liguem a seus alvos. Além disso, os circRNAs desempenham um papel importante na regulação do transcrição e alternativo splicing dos genes dos quais os circRNAs foram derivados.



RNA na doença

Conexões importantes foram descobertas entre o RNA e as doenças humanas. Por exemplo, conforme descrito anteriormente, alguns miRNAs são capazes de regular genes associados ao câncer de maneiras que facilitar tumor desenvolvimento. Além disso, a desregulação do metabolismo do miRNA tem sido associada a vários doenças neurodegenerativas , incluindo doença de Alzheimer. No caso de outros tipos de RNA, os tRNAs podem se ligar a proteínas especializadas conhecidas como caspases, que estão envolvidas na apoptose (morte celular programada). Ao se ligar às proteínas da caspase, os tRNAs inibem a apoptose; a capacidade das células de escapar da sinalização de morte programada é uma marca registrada do câncer. RNAs não codificantes conhecidos como fragmentos derivados de tRNA (tRFs) também são suspeitos de desempenhar um papel no câncer. O surgimento de técnicas como sequenciamento de RNA levou à identificação de novas classes de transcritos de RNA específicos de tumor, como MALAT1 (transcrito 1 de adenocarcinoma de pulmão associado a metástases), cujos níveis aumentados foram encontrados em vários tecidos cancerosos e estão associados a a proliferação e metástase (propagação) de células tumorais.

Uma classe de RNAs contendo sequências de repetição é conhecida por sequestrar proteínas de ligação a RNA (RBPs), resultando na formação de focos ou agregados em tecidos neurais. Esses agregados desempenham um papel no desenvolvimento de doenças neurológicas, como esclerose lateral amiotrófica (ALS) e distrofia miotônica. A perda de função, desregulação e mutação de vários RBPs foi implicado em uma série de doenças humanas.



A descoberta de ligações adicionais entre o RNA e a doença é esperada. O aumento da compreensão do RNA e suas funções, combinado com o desenvolvimento contínuo de tecnologias de sequenciamento e esforços para rastrear RNA e RBPs como alvos terapêuticos, provavelmente facilitará tais descobertas.

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