A interferência de RNA é um mecanismo em eucariotos que deliberadamente “silencia” os genes. Aqui explicamos como funciona e a importância que tem para os organismos e as pesquisas .
A interferência de RNA ( RNAi , também conhecido como silenciamento de RNA ) é um mecanismo natural em células eucarióticas que inibe a expressão gênica de genes individuais. O RNA está sempre envolvido como uma molécula de reconhecimento de alvos nesta regulação gênica. De acordo com as últimas descobertas, a interferência de RNA pode ocorrer em diferentes níveis: no nível da cromatina, pós-transcricionalmente ou translacionalmente.
O que esses mecanismos reguladores têm em comum é a molécula de RNA de fita simples de aproximadamente 21-23 nt de comprimento que é responsável pela regulação negativa específica do gene. O RNAi resulta em clivagem, bloqueio de tradução do mRNA alvo ou metilação e silenciamento do gene correspondente. Assim, a produção de proteínas específicas é reduzida. Isso desempenha um papel importante na regulação gênica, mas também na defesa contra vírus (especialmente em plantas).
miRNA ou siRNA podem atuar como RNA de reconhecimento de alvo. A diferença está na origem dos dois pequenos RNAs. Por exemplo, o miRNA é codificado na célula em seus próprios genes pri-miRNA, enquanto o siRNA é formado a partir de dsRNA livre mais longo, que, por exemplo, B. de transposons ou vírus.
Os dois cientistas norte-americanos Andrew Z. Fire e Craig C. Mello receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2006 pela descoberta do mecanismo de interferência do RNA .
A interferência de RNA simplesmente explicada
A interferência de RNA (RNAi abreviado) é uma estratégia natural em eucariotos que leva ao desligamento direcionado de genes (= silenciamento de genes).
Um gene é uma seção do DNA que contém as informações para a produção de proteínas. No caminho do gene para a proteína, nossas células podem intervir em muitos pontos. No caso de interferência de RNA, a produção de proteínas é interrompida após a transcrição e antes da tradução de proteínas (= regulação gênica pós-transcricional ).
Mais especificamente, o alvo da interferência do RNA é o mRNA , que possui uma cópia do projeto para a produção de proteínas a partir do DNA. O objetivo da interferência de RNA é bloquear ou cortar um mRNA específico . Como resultado, ele não pode mais ser usado como um manual de construção de uma proteína. Isso funciona usando um complexo enzimático para “acoplar” pedaços curtos, artificiais ou produzidos por células a um mRNA adequado e iniciar sua degradação.
Definição de interferência de RNA
A interferência de RNA (interferência de RNA, RNAi para curto ou silenciamento de RNA) é um método em eucariotos para inibir a tradução de mRNA. Aqui, moléculas curtas de RNA de fita dupla estão envolvidas para controlar a expressão gênica ou impedir a propagação de patógenos.
significado de interferência de RNA
Primeiro, vejamos o significado biológico da interferência do RNA em organismos eucarióticos. Em geral, diferentes tipos de RNA interferentes ocorrem dependendo do organismo. Seu mecanismo é bastante semelhante, mas as funções podem ser diferentes. Dois importantes são a defesa contra vírus de RNA e o controle da expressão gênica .
Proteção contra ataque de vírus
Uma função importante da interferência de RNA é a defesa contra vírus de RNA . Isto é particularmente importante nas plantas . O chamado siRNA (pequeno RNA interferente) garante que a planta se defenda contra o genoma estranho . Ele reconhece o RNA do vírus e é responsável por sua degradação direcionada. Isso evita que o vírus se espalhe na célula vegetal – praticamente, certo?
controle da expressão gênica
Em eucariotos superiores – incluindo nós humanos – a interferência de RNA é usada principalmente para controlar a expressão gênica . Com isso você quer dizer que a produção de proteínas e outros produtos gênicos é regulada. Essa regulação gênica é importante porque as mesmas proteínas não são necessárias em todas as células e ao mesmo tempo. Para fazer isso, as células produzem seus próprios “monitores” – os chamados miRNAs (microRNAs). As moléculas curtas de RNA são complementares a um mRNA portador de informação, que é, assim, impedido de ser traduzido em proteínas.
Os chamados fatores de transcrição oferecem outra possibilidade de regulação gênica em eucariotos . Se você quiser saber mais sobre seu mecanismo de controle durante a transcrição, confira nosso post .
processo de interferência de RNA
Vamos primeiro olhar para o processo geral de interferência de RNA (RNAi).
Os componentes mais importantes são:
- (principalmente) moléculas de RNA de fita dupla ( dsRNA )
- um complexo enzimático (complexo de silenciamento induzido por RISC engl . R NA- ) e
- um mRNA alvo cuja tradução na proteína deve ser interrompida.
O RNA de fita dupla é primeiro cortado em pequenos “fragmentos” de RNA no citoplasma de uma célula. Enzimas especiais – os chamados dicers – são responsáveis por isso. Os fragmentos de RNA resultantes agora geralmente têm um comprimento de cerca de 20-25 pares de bases. Um grande complexo enzimático (complexo RISC ) então absorve os “snippets”. Consiste em muitas subunidades diferentes, cada uma das quais desempenha funções diferentes.
Por exemplo, as proteínas argonautas contidas no complexo RISC são responsáveis por desenrolar os fragmentos de RNA de fita dupla e separá-los em duas fitas simples.
Uma fita (= fita de chumbo) que é complementar (oposta) ao mRNA alvo reside no complexo RISC. A outra fita, por outro lado, é quebrada porque não é relevante para a inferência de RNA.
A fita líder agora guia o complexo RISC para a posição apropriada no mRNA alvo. Assim que o complexo encontra essa sequência, ele “encaixa” nela. Agora, ele inicia a clivagem direcionada do mRNA ou impede a ligação dos ribossomos . Ambos os processos resultam em silenciamento de genes (silenciamento de RNA ), impedindo a produção subsequente de proteínas.
RNAs interferentes (siRNA e miRNA)
Você distingue entre vários tipos de RNA interferentes. Você já conhece dois tipos importantes de RNA: o chamado siRNA (pequeno RNA interferente) e o miRNA (micro RNA). Ambos têm cerca de 20 a 25 pares de bases.
Os siRNAs resultam da clivagem de um longo RNA de fita dupla. Isso geralmente entra no organismo de fora, por exemplo, através de uma infecção com um vírus de RNA. A interferência do RNA impede a propagação do vírus e também a produção de proteínas virais. Os SiRNAs também são muito estáveis, razão pela qual são a escolha preferida para pesquisa.
Os miRNAs (micro-RNAs), por outro lado, são produzidos no próprio núcleo da célula. O DNA serve como molde. Além do modelo de proteínas, o DNA também possui seções que contêm o modelo de miRNAs. A fita simples de RNA criada pela DNA polimerase durante a transcrição então se dobra em uma “estrutura em grampo”. O “miRNA precursor” é então cortado em fragmentos menores no citoplasma. Como você já aprendeu, o miRNA é uma ferramenta importante para regular a expressão gênica .
É importante que você saiba que o miRNA não precisa ser completamente complementar ao mRNA alvo. Ele tem um pouco mais de “margem” e é suficiente se apenas alguns pares de bases corresponderem. Além disso, geralmente não há clivagem de mRNA aqui, mas apenas uma supressão da produção de proteínas, impedindo a ligação dos ribossomos .
Aplicação de interferência de RNA
Os pesquisadores aproveitam os processos naturais de interferência do RNA. Isso funciona determinando a sequência da seção do gene a ser examinado (e, portanto, também o mRNA alvo produzido a partir dele) por meio de sequenciamento .
Eles então fazem um siRNA complementar artificial para bloquear a tradução da proteína do mRNA alvo. Você também se refere a isso como “ nocaute genético ”. Isso permite que os pesquisadores descubram qual a importância do gene nocauteado no organismo. Então agora você sabe quais processos não ocorrem mais.
Também pode desativar genes que possuem propriedades indesejadas. Um resultado dessa manipulação genética é o chamado tomate anti-lama. Aqui o gene para maturação foi desligado por interferência de RNA. Como resultado, o tomate não fica mole tão rapidamente e pode ser apreciado por mais tempo.
O desenvolvimento de medicamentos usando RNAi também está nos blocos de partida na medicina humana para poder combater certos tipos de câncer ou vírus de RNA, como o vírus Ebola. As primeiras terapêuticas de RNAi já estão no mercado.
Caso CRISPR
Em procariontes , por outro lado, não há interferência de RNA. Um mecanismo semelhante existe aqui para proteger contra a intrusão de vírus estranhos. Você se refere a ele como o método CRISPR Cas .