Riboswitches

Riboswitches são domínios não codificantes de mRNA que regulam a transcrição e tradução de genes a jusante sem a ajuda de proteínas. Os riboswitches ligam-se diretamente a um metabolito e podem formar estruturas únicas de stem-loop ou hairpin em resposta à quantidade de metabolito presente. Têm duas regiões distintas – um aptâmero de ligação a metabolitos e uma plataforma de expressão.

O aptâmero tem alta especificidade para um metabolito particular que permite que os riboswitches regulem especificamente a transcrição mesmo na presença de muitas outras biomoléculas. Os aptâmeros ligam uma gama de moléculas orgânicas, incluindo purinas, coenzimas, e aminoácidos. Também ligam moléculas inorgânicas como catiões de magnésio e aniões fluoreto.  A maioria dos aptâmeros liga os seus ligandos através de ligações de hidrogénio ou interações eletrostáticas. Pode haver um único ou vários locais de ligação para o ligando em um riboswitch. No riboswitch de lisina, um único local de ligação de lisina está presente no aptâmero. Em contraste, no riboswitch de glicina, dois aptâmeros independentes específicos para glicina estão presentes no mRNA permitindo que o aptâmero se aperceba apenas de concentrações muito altas de glicina, uma vez que o riboswitch funciona apenas quando duas moléculas estão ligadas.

A plataforma de expressão regula a transcrição ou tradução formando uma estrutura de terminação ou anti-terminação. A formação destas estruturas depende da ligação do metabolito ao aptâmero. Em baixas concentrações, os metabolitos não se ligarão ao aptâmero. Isso sinaliza a plataforma de expressão para formar uma estrutura anti-terminação que permitirá que a transcrição ou tradução continue. Em contraste, quando o metabolito está presente em altas concentrações, ele irá ligar-se ao aptâmero. Neste caso, a plataforma de expressão forma uma estrutura de terminação seguida de uma série de resíduos de uracilo, que força a RNA polimerase a dissociar-se do transcripto e da cadeia de DNA, terminando assim a transcrição. Uma plataforma de expressão também pode inibir a ligação do ribossoma ao transcripto formando uma estrutura de hairpin com o local de ligação ao ribossoma, também conhecido como sequência de Shine-Dalgarno, impedindo o início da tradução. Outro mecanismo pelo qual os riboswitches regulam a transcrição é agindo como enzimas de RNA, ou ribozimas, que é visto no riboswitch-ribozima glmS. Estas ribozimas clivam o mRNA do riboswitch quando o metabolito está ligado, e depois o mRNA restante é degradado pela RNase, levando à inibição da tradução.

Acreditava-se que os riboswitches estavam presentes apenas em bactérias e arquéias, mas recentemente também foram observados em plantas e fungos.  Apenas os riboswitches específicos para pirofosfato de tiamina (TPP) foram encontrados em eucariotas até agora. Ao contrário das bactérias, os genes eucarióticos contêm intrões que não permitem que a transcrição e a tradução ocorram simultaneamente no mesmo transcripto; portanto, estes riboswitches regulam a transcrição através de splicing alternativo. Em algumas plantas, um riboswitch de TPP está presente na região intrónica 3' não traduzida do gene THIC. Baixos níveis de TPP mascaram o local de splicing 5’ próximo da região 3' não traduzida, produzindo um mRNA estável. No entanto, quando estão presentes concentrações elevadas de TPP, o TPP liga-se ao riboswitch e expõe o local de splicing 5’ da região 3' não traduzida. A remoção do intrão produz mRNA instável que não pode produzir proteína.