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11.1:

Atenuação da Transcrição em Procariontes

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Molecular Biology
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Transcription Attenuation in Prokaryotes

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A atenuação transcricional é a terminação inicial da transcrição para impedir a expressão do gene downstream. Esta é uma de várias estratégias que as bactérias usam regular a síntese de biomoléculas de acordo com suas necessidades metabólicas. A atenuação transcricional foi identificada primeiramente em E.coli no operão trp.O operão contém um promotor e operador, bem como cinco genes, trpA até E, que codificam para enzimas exigidas para a síntese de triptofano. Antes do primeiro gene, trpE, o operão trp tem uma sequência líder, que codifica mRNA com quatro segmentos distintos, numerados de 1 a 4. Um anti terminador de transcrição forma um segmento 3 dobra em uma estrutura de hairpin com segmento 2.Alternativamente, um terminador da transcrição ocorre quando o segmento 3 forma uma estrutura do hairpin com segmento 4, permitindo que o segmento 2 forme um hairpin com segmento 1 preferivelmente. Em bactérias, transcrição e tradução podem ocorrer simultaneamente. Assim que a extremidade cinco-prime do RNA mensageiro é sintetizada pela RNA polimerase, um ribossoma pode ligar e começar a síntese de proteínas.O segmento 1 do operão trp contém dois codões de triptofanos. Quando o ribossoma encontra estes codões e níveis elevados de triptofano estão presentes, tRNA-triptofílico, que é tRNA carregado com triptofano, se ligará rapidamente aos codões, permitindo que os ribossomas continuem a avançar. Quando o ribossoma atinge o segmento 2, este segmento não estará disponível para ligar ao segmento 3.O segmento 3 irá então formar o hairpin terminador com segmento 4. Este terminador faz RNA polimerase se separar do modelo de DNA e parar de sintetizar o mRNA em crescimento. Isso assegura que os genes necessários para a síntese de triptofano não são transcritos quando triptofano está prontamente disponível.No entanto, se os níveis de triptofano são baixos, não haverá suficiente tRNA-triptofílico para ligar aos codões no segmento 1. Isto irá resultar na paragem do ribossoma nestes codões. Agora o segmento 2 irá formar o hairpin anti terminador com segmento 3, e o hairpin terminador não pode se formar entre os segmentos 3 e 4.A ausência do terminador permite que a RNA polimerase continue sua transcrição do operão trp.

11.1:

Atenuação da Transcrição em Procariontes

A atenuação transcricional ocorre quando a transcrição de RNA é terminada prematuramente devido à formação de uma estrutura de terminação de hairpin de mRNA.  As bactérias usam estes hairpins para regular o processo de transcrição e controlar a síntese de vários aminoácidos, incluindo histidina, lisina, treonina, e fenilalanina. A atenuação da transcrição ocorre nas regiões não codificantes do mRNA.

Existem vários mecanismos diferentes utilizados para atenuar a transcrição. Na atenuação transcricional mediada por ribossomas, o movimento de um ribossoma na transcrição é interrompido ou segue em frente, dependendo da disponibilidade dos tRNAs carregados com um aminoácido específico. Concentrações elevadas de aminoácidos permitem que o ribossoma siga em frente levando à formação da estrutura de terminação; deficiências de aminoácidos param o ribossoma e causam a formação da estrutura anti-terminação. O operão trp em E. coli, discutido abaixo, é um bom exemplo deste tipo de mecanismo. A atenuação transcricional mediada por tRNAs, como observado no operão trp de Lactococcus lactis, depende de uma interação RNA-RNA. Quando tRNAs não carregados estão presentes em números suficientes, ligam-se diretamente ao mRNA e estabilizam a estrutura anti-terminação. Sabe-se que a atenuação transcricional também é mediada por proteínas como as encontradas no operão bgl (beta-glicosídeo) em E. coli.  Isto envolve uma interação RNA—proteína onde uma proteína se liga ao transcripto e regula a formação de uma estrutura anti-terminação. Mais recentemente, outro mecanismo de atenuação transcricional foi descoberto onde se observou que pequenos metabolitos, como a tiamina, regulam a transcrição por ligação direta aos segmentos de mRNA não codificantes, também conhecidos como riboswitches. Os riboswitches podem formar uma estrutura de terminação ou anti-terminação dependendo da concentração e natureza de um metabolito. 

Operão trp

O operão trp em E. coli contém uma sequência líder de 140 nucleótidos antes do seu primeiro gene estrutural. Esta sequência líder tem quatro segmentos distintos – 1 a 4 – e regula a transcrição dos genes estruturais a jusante. O segmento  1 pode formar uma estrutura de hairpin com o segmento   2. Esta estrutura de hairpin 1-2 é conhecida como uma estrutura de pausa, uma vez que durante a transcrição, ela pausa a RNA polimerase até que o ribossoma se ligue ao RNA recentemente transcrito. Isto sincroniza a transcrição e a tradução em bactérias.  Quando as concentrações de triptofano estão baixas, uma estrutura de hairpin forma-se entre os segmentos 2 e 3, conhecida como a estrutura anti-terminação. Esta estrutura anti-terminação permite a transcrição contínua dos genes a jusante que produzem enzimas para a síntese de triptofano. Em contraste, quando as concentrações de triptofano são suficientes, uma estrutura de hairpin forma-se entre os segmentos 3 e 4, chamada a estrutura de terminação. Juntamente com uma  série de bases de uracilo que se seguem, a estrutura de terminação faz com que a RNA polimerase se dissocie da cadeia de RNA e molde de DNA, resultando na terminação da transcrição.

Suggested Reading

  1. Yanofsky, Charles. "Transcription attenuation." Journal of Biological Chemistry 263, no. 2 (1988): 609-612.
  2. Yanofsky, Charles. "Transcription attenuation: once viewed as a novel regulatory strategy." Journal of Bacteriology 182, no. 1 (2000): 1-8.
  3. Yanofsky, Charles. "RNA-based regulation of genes of tryptophan synthesis and degradation, in bacteria." RNA 13, no. 8 (2007): 1141-1154.