11.4: Transporte regulado de mRNA

Nos eucariotos, a transcrição e a tradução são compartimentadas; um mRNA é primeiro sintetizado no núcleo e depois transportado seletivamente para o citoplasma para síntese de proteínas. Antes do transporte, um pré-mRNA passa por várias etapas de modificações pós-transcricionais, incluindo splicing, capeamento 5' e adição de uma cauda de poliadenina. Várias proteínas ligam-se ao pré-mRNA durante essas modificações. O transporte de mRNA ocorre com a ajuda de múltiplas proteínas que desempenham funções específicas durante os diferentes estágios do transporte de mRNA. Por exemplo, o mRNA é exportado através dos complexos de poros nucleares com a ajuda de uma proteína exportadora, que é um heterodímero do fator de exportação nuclear 1 e do transportador de exportação nuclear 1. Essas proteínas reconhecem sequências de nucleotídeos específicas ou estruturas de haste-alça formadas pelo mRNA e pode ligar diferentes tipos de mRNA com características de ligação semelhantes.

O mRNA geralmente é transportado do núcleo somente depois de totalmente processado. No entanto, alguns RNA de vírus específicos, como o Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV), podem contornar esta regra. O HIV transfere alguns de seus íntrons que transportam o pré-mRNA do núcleo para o citoplasma com a ajuda de uma proteína chamada Rev. Rev é codificado pelo RNA do HIV e se liga às sequências específicas presentes nos íntrons do pré-mRNA, bem como à receptor de exportação nuclear. Isto facilita o transporte do pré-mRNA transportador de íntrons para o citoplasma.

Destino citoplasmático do mRNA transportado

Uma vez transferido para o citoplasma, a jornada adicional do mRNA dentro do citoplasma depende em grande parte de ele codificar proteínas específicas de organelas, secretoras ou de superfície celular. No caso de proteínas específicas de organelas, a proteína produzida será transportada para a respectiva organela com o auxílio de uma sequência peptídica sinal. Por outro lado, se um determinado mRNA produz uma proteína secretora, o mRNA será direcionado para o retículo endoplasmático juntamente com o ribossomo associado e o peptídeo nascente. Isso acontecerá durante os estágios iniciais da síntese protéica, e o complexo mRNA-ribossomo transferido permanecerá no retículo endoplasmático até que a síntese protéica seja completada.

Em contraste, alguns mRNAs são transportados para locais específicos no citoplasma antes de iniciar a produção de proteínas. Tais sinais de localização, conhecidos como regiões de código postal, estão presentes nas regiões 3' não traduzidas do mRNA. O transporte de mRNA para o local alvo pode ser aleatório ou direcionado por filamentos do citoesqueleto. Essa localização do mRNA não apenas ajuda as células a produzir altas concentrações de proteínas próximas ao local alvo, mas também elimina a necessidade de a célula usar recursos para transportar a proteína até o seu destino final.

O transporte de mRNAs do núcleo a locais específicos no citoplasma é um processo altamente regulado auxiliado por uma variedade de elementos de ação cis e trans. O mRNA contém elementos de ação cis no 3 prime e, menos frequentemente, nas regiões 5 prime não traduzidas do mRNA. Estes elementos de localização, também conhecidos como regiões com código zip, podem ser até 1, 000 pares base no comprimento e determinar a localização citoplasmática do mRNA exportado.

Os elementos de transação incluem proteínas de ligação mRNA que reconhecem sequências ou estruturas específicas formadas pelo mRNA e, junto com RNA, formam partículas heterogêneas de ribonucleoproteína nuclear. O mRNA nestas partículas é então exportado através de complexos de poros nucleares com a ajuda de proteínas exportadoras que se associam com o mRNA e os complexos de poros nucleares. Proteínas específicas do núcleo se desanexam do mRNA antes de ser exportado para o citoplasma, enquanto as proteínas exportadoras deixam o mRNA no citoplasma e retornam ao núcleo para o mRNA para exportação posterior.

Alguns mRNAs são transportados para um local específico, como dirigidos por suas sequências de código zip, antes de iniciar a produção de proteínas e permanecer translacionalmente inativos até que eles atinjam sua localização alvo. Os mRNAs são transportados para a localização alvo por difusão aleatória ou com a ajuda de filamentos do citoesqueleto. Os mRNAs são então presos por proteínas âncoras, que os ajudam a permanecer em um local especificado.

Os ribossomas livres ligam ao mRNA e começam o processo da tradução para produzir proteínas. Se a proteína final carrega uma sequência alvo para uma organela, será dirigida para a respetiva organela. Se a proteína sintetizada é uma superfície de célula ou proteína secretória, sua sequência de peptídeo alvo será reconhecida, e todo o complexo do mRNA, ribossoma, e peptídeo recém-sintetizado serão transferidos para a superfície do retículo endoplasmático para posterior síntese.