Proteínas de ligação ao RNA (frequentemente abreviadas como RBPs, do inglês RNA-binding proteins) são proteínas que se ligam ao RNA de cadeia dupla ou simples nas células e participam na formação de complexos de ribonucleoproteína.

As RBPs contêm vários motivos estruturais, tais como o motivo de reconhecimento de RNA (RRM), o domínio de ligação a dsRNA, o dedo de zinco (zinc finger) e outros. São proteínas citoplasmáticas e nucleares. No entanto, uma vez que a maioria do RNA maturo é exportada do núcleo de forma relativamente rápida, a maioria das RBPs no núcleo existe como complexos de proteína e pré-mRNA chamados partículas de ribonucleoproteína heterogénea nuclear (hnRNPs).

As RBPs desempenham papéis cruciais em vários processos celulares, tais como: função, transporte e localização celular. Desempenham, especialmente, um papel fundamental no controlo pós-transcricional de RNAs, tais como: splicing, poliadenilação, estabilização de mRNA, localização de mRNA e tradução. As células eucarióticas expressam diversas RBPs com atividade de ligação ao RNA e interação proteína–proteína únicas. De acordo com a Base de Dados de RBPs Eucarióticas (EuRBPDB), existem 2961 genes que codificam RBPs em humanos. Durante a evolução, a diversidade das RBPs aumentou significativamente com o aumento do número de intrãos. A diversidade permitiu que as células eucarióticas utilizassem exões de RNA em vários arranjos, dando origem a uma RNP (ribonucleoproteína) única para cada RNA. Embora as RBPs tenham um papel crucial na regulação pós-transcricional da expressão génica, relativamente poucas RBPs foram estudadas sistematicamente. Tornou-se agora claro que as interações RNA–RBP desempenham papéis importantes em muitos processos biológicos entre os organismos.

Estrutura Muitas RBPs têm estruturas modulares e são compostas por múltiplas repetições de apenas alguns domínios básicos específicos que, frequentemente, têm sequências limitadas. Diferentes RBPs contêm estas sequências organizadas em várias combinações. O reconhecimento de um RNA específico por uma proteína específica evoluiu através do rearranjo destes poucos domínios básicos. Cada domínio básico reconhece o RNA, mas muitas destas proteínas requerem múltiplas cópias de um dos muitos domínios comuns para funcionarem.

Diversidade À medida que o RNA nuclear emerge da RNA polimerase, os transcritos de RNA são imediatamente cobertos por proteínas de ligação ao RNA que regulam todos os aspetos do metabolismo e função do RNA, incluindo biogénese, maturação, transporte, localização celular e estabilidade do RNA. Estes alvos incluem o mRNA, que codifica proteínas, bem como uma série de RNAs não-codificantes funcionais. Os ncRNAs funcionam quase sempre como complexos de ribonucleoproteína e não como RNAs "nus". Estes RNAs não-codificantes incluem microRNAs, RNAs de pequena interferência (siRNA), bem como RNAs pequenos nucleares (snRNA) espliceossomais.

Função Processamento e modificação de RNA Splicing alternativo O splicing alternativo é um mecanismo pelo qual diferentes formas de mRNAs maturos são geradas a partir do mesmo gene. É um mecanismo regulador através do qual variações na incorporação dos exões no mRNA levam à produção de mais do que uma proteína relacionada, expandindo assim as possíveis saídas genómicas. As RBPs funcionam extensivamente na regulação deste processo. Algumas proteínas de ligação, como as proteínas de ligação ao RNA específicas de neurónios, nomeadamente a NOVA1, controlam o splicing alternativo de um subconjunto de hnRNA ao reconhecer e ligar-se a uma sequência específica no RNA (YCAY, onde Y indica uma pirimidina, U ou C). Estas proteínas recrutam então proteínas espliceossomais para este local alvo. As proteínas SR também são bem conhecidas pelo seu papel no splicing alternativo através do recrutamento de snRNPs que formam o espliceossoma, nomeadamente U1 snRNP e U2AF snRNP. No entanto, as RBPs também fazem parte do próprio espliceossoma. O espliceossoma é um complexo de snRNA e subunidades proteicas e atua como o agente mecânico que remove intrãos e liga os exões flanqueadores. Além do complexo central do espliceossoma, as RBPs também se ligam aos locais de elementos de RNA de ação cis que influenciam a inclusão ou exclusão de exões durante o splicing. Estes locais são referidos como potenciadores de splicing exónicos (ESEs), silenciadores de splicing exónicos (ESSs), potenciadores de splicing intrónicos (ISEs) e silenciadores de splicing intrónicos (ISSs) e, dependendo do seu local de ligação, as RBPs funcionam como silenciadores ou potenciadores de splicing.

Edição de RNA A forma mais extensivamente estudada de edição de RNA envolve a proteína ADAR. Esta proteína funciona através da modificação pós-transcricional de transcritos de mRNA, alterando o conteúdo de nucleótidos do RNA. Isto é feito através da conversão de adenosina em inosina numa reação enzimática catalisada pela ADAR. Este processo altera efetivamente a sequência de RNA em relação àquela codificada pelo genoma e estende a diversidade dos produtos génicos. A maioria da edição de RNA ocorre em regiões não-codificantes do RNA; no entanto, demonstrou-se que alguns transcritos de RNA codificadores de proteínas estão sujeitos a edição, resultando numa diferença na sequência de aminoácidos da sua proteína. Um exemplo disto é o mRNA do recetor de glutamato, onde a glutamina é convertida em arginina, levando a uma alteração na funcionalidade da proteína.

Poliadenilação

A poliadenilação é a adição de uma "cauda" de resíduos de adenilato a um transcrito de RNA cerca de 20 bases a jusante da sequência AAUAAA dentro da região 3' não traduzida. A poliadenilação do mRNA tem um forte efeito no seu transporte nuclear, eficiência de tradução e estabilidade. Todos estes, bem como o processo de poliadenilação, dependem da ligação de RBPs específicas. Todos os mRNAs eucarióticos, com poucas exceções, são processados para receber caudas poli (A) 3' de cerca de 200 nucleótidos. Um dos complexos proteicos necessários neste processo é o CPSF. O CPSF liga-se à sequência da cauda 3' (AAUAAA) e, juntamente com outra proteína chamada proteína de ligação a poli(A), recruta e estimula a atividade da poli(A) polimerase. A poli(A) polimerase é inativa por si só e requer a ligação destas outras proteínas para funcionar corretamente.

Exportação Após a conclusão do processamento, o mRNA precisa de ser transportado do núcleo celular para o citoplasma. Este é um processo de três etapas que envolve a geração de um complexo carga-transportador no núcleo, seguido pela translocação do complexo através do complexo de poro nuclear e, finalmente, a libertação da carga no citoplasma. O transportador é subsequentemente reciclado. Pensa-se que o heterodímero TAP/NXF1:p15 seja o interveniente principal na exportação de mRNA. A sobre-expressão de TAP em rãs Xenopus laevis aumenta a exportação de transcritos que, de outra forma, seriam exportados de forma ineficiente. No entanto, a TAP necessita de proteínas adaptadoras porque é incapaz de interagir diretamente com o mRNA. A proteína Aly/REF interage e liga-se ao mRNA, recrutando a TAP.

Localização do mRNA A localização do mRNA é crítica para a regulação da expressão génica, permitindo a produção de proteínas regulada espacialmente. Através da localização do mRNA, as proteínas são traduzidas no seu local alvo pretendido na célula. Isto é especialmente importante durante o desenvolvimento precoce, quando as clivagens celulares rápidas conferem a diferentes células várias combinações de mRNA, o que pode levar a destinos celulares drasticamente diferentes. As RBPs são críticas na localização deste mRNA que garante que as proteínas sejam apenas traduzidas nas suas regiões pretendidas. Uma destas proteínas é a ZBP1. A ZBP1 liga-se ao mRNA da beta-actina no local da transcrição e move-se com o mRNA para o citoplasma. Localiza então este mRNA na região da lamela de vários tipos de células assimétricas, onde pode então ser traduzido. Em 2008, foi proposto que a FMRP estaria envolvida na localização induzida por estímulos de vários mRNAs dendríticos nas dendrites neuronais de neurónios do hipocampo cultivados. Estudos mais recentes de RNAs ligados à FMRP presentes em dendrites microdissecadas de neurónios do hipocampo CA1 revelaram que não existem alterações na localização em cérebros de ratinhos selvagens versus ratinhos sem FMRP.

Tradução A regulação traducional fornece um mecanismo rápido para controlar a expressão génica. Em vez de controlar a expressão génica ao nível transcricional, o mRNA já está transcrito, mas o recrutamento de ribossomas é controlado. Isto permite a geração rápida de proteínas quando um sinal ativa a tradução. A ZBP1, além do seu papel na localização do mRNA da beta-actina, também está envolvida na repressão traducional do mRNA da beta-actina, bloqueando o início da tradução. A ZBP1 deve ser removida do mRNA para permitir que o ribossoma se ligue corretamente e a tradução comece.

Interações proteína–RNA As proteínas de ligação ao RNA exibem um reconhecimento altamente específico dos seus alvos de RNA, reconhecendo as suas sequências, estruturas, motivos e modificações de RNA. A ligação específica das proteínas de ligação ao RNA permite-lhes distinguir os seus alvos e regular uma variedade de funções celulares através do controlo da geração, maturação e tempo de vida do transcrito de RNA. Esta interação começa durante a transcrição, uma vez que algumas RBPs permanecem ligadas ao RNA até à degradação, enquanto outras apenas se ligam transitoriamente ao RNA para regular o splicing de RNA, processamento, transporte e localização. Métodos de imunoprecipitação após ligação cruzada (CLIP) são utilizados para identificar rigorosamente os locais diretos de ligação ao RNA de proteínas de ligação ao RNA numa variedade de tecidos e organismos. Nesta secção, serão discutidas três classes dos domínios de ligação ao RNA mais estudados (motivo de reconhecimento de RNA, motivo de ligação a RNA de cadeia dupla, motivo de dedo de zinco).

Motivo de reconhecimento de RNA (RRM) O motivo de reconhecimento de RNA, que é o motivo de ligação ao RNA mais comum, é um pequeno domínio proteico de 75–85 aminoácidos que forma uma folha-β de quatro cadeias contra as duas hélices-α. Este motivo de reconhecimento exerce o seu papel em inúmeras funções celulares, especialmente no processamento de mRNA/rRNA, splicing, regulação da tradução, exportação de RNA e estabilidade do RNA. Dez estruturas de um RRM foram identificadas através de espetroscopia de RMN e cristalografia de raios X. Estas estruturas ilustram a complexidade do reconhecimento proteína–RNA do RRM, pois envolve interações RNA–RNA e proteína–proteína, além das interações proteína–RNA. Apesar da sua complexidade, todas as dez estruturas têm algumas características comuns. Descobriu-se que a folha-β de quatro cadeias da superfície proteica principal de todos os RRMs interage com o RNA, que geralmente contacta dois ou três nucleótidos de uma maneira específica. Além disso, a forte afinidade de ligação ao RNA e a especificidade perante variações são alcançadas através de uma interação entre o conector inter-domínio e o RNA e entre os próprios RRMs. Esta plasticidade do RRM explica por que o RRM é o domínio mais abundante e por que desempenha um papel importante em várias funções biológicas.

Categoria:Biologia celular