Três tipos principais de RNA estão envolvidos na síntese proteica: RNA mensageiro (mRNA), RNA de transferência (tRNA) e RNA ribossómico (rRNA). Esses RNAs executam funções diversas e podem ser amplamente classificados como RNAs codificantes de proteínas ou não codificantes. Os RNAs não codificantes desempenham papéis importantes na regulação da expressão genética em resposta a mudanças no desenvolvimento e no meio ambiente. RNAs não codificantes em procariotas podem ser manipulados para desenvolver fármacos antibacterianos mais eficazes para uso humano ou animal.
O dogma central da biologia molecular afirma que o DNA contém as informações que codificam proteínas e o RNA usa essas informações para guiar a síntese proteica. Diferentes tipos de RNA estão envolvidos na síntese proteica. Com base em se codifica ou não proteínas, o RNA é amplamente classificado como RNA codificante de proteínas ou não codificante.
O RNA mensageiro (mRNA) é o RNA codificante de proteínas. Consiste em codões—sequências de três nucleótidos que codificam um aminoácido específico. O RNA de transferência (tRNA) e o RNA ribossómico (rRNA) são RNAs não codificantes. O tRNA atua como uma molécula adaptadora que lê a sequência de mRNA e coloca aminoácidos na ordem correta na cadeia de polipeptídeos em crescimento. O rRNA e outras proteínas compõem o ribossoma—o local da síntese proteica na célula. Durante a tradução, os ribossomas movem-se ao longo de uma cadeia de mRNA onde estabilizam a ligação de moléculas de tRNA e catalisam a formação de ligações de peptídeos entre aminoácidos. Assim, diferentes tipos de RNA realizam funções específicas, mas complementares durante a síntese proteica.
RNAs não codificantes que não são tRNA e rRNA foram inicialmente considerados como “lixo genómico”, uma vez que não codificavam proteínas. No entanto, os seus papéis na regulação da expressão genética foram descobertos ao longo das últimas décadas e continuam a ser amplamente investigados. Com base no seu comprimento, os RNAs não codificantes podem ser classificados como RNAs regulatórios pequenos (< 100 nucleótidos) ou RNAs não codificantes longos (> 200 nucleótidos).
Tanto RNAs regulatórios pequenos como RNAs não codificantes longos regulam a expressão genética alterando várias fases da transcrição e tradução. RNAs não codificantes afetam o splicing do mRNA—remoção de segmentos de proteínas não codificantes e junção das sequências codificantes de proteínas. Assim, eles controlam a formação de diferentes variantes proteicas a partir de um único gene. RNAs regulatórios pequenos como microRNAs (miRNAs) e RNAs interferentes pequenos (siRNAs) ligam-se a sequências complementares no mRNA e inibem a síntese proteica, seja bloqueando o acesso da maquinaria de tradução do mRNA ou degradando o próprio mRNA. RNAs não codificantes longos interagem com e recrutam enzimas que modificam quimicamente o DNA e histonas—proteínas que ajudam a condensar o DNA no núcleo—para ativar ou reprimir a transcrição.
A regulação da expressão genética mediada pelo RNA é generalizada em bactérias. As sequências regulatórias do mRNA—chamadas riboswitches—atuam como sensores ambientais detectando alterações nos níveis de temperatura e nutrientes.
A regulação baseada em riboswitches depende da formação de duas conformações mutualmente exclusivas e estáveis da estrutura secundária do RNA. A estrutura secundária alterna entre as duas conformações para ligar ou desligar a expressão genética em resposta às mudanças ambientais. Por exemplo, quando a bactéria Listeria monocytogenes infecta um hospedeiro, a temperatura corporal mais alta do hospedeiro quebra a estrutura secundária na região 5’ não traduzida do mRNA bacteriano. Isso expõe um local de ligação de ribossomas no mRNA e inicia a tradução de proteínas, permitindo que as bactérias vivam e cresçam dentro do organismo hospedeiro.
Alguns riboswitches detectam produtos finais de vias metabólicas e servem como controlos de feedback para a transcrição ou tradução. Por exemplo, o riboswitch tiamina pirofosfato regula a biossíntese de tiamina em bactérias. Quando uma concentração adequada de tiamina é sintetizada, ela liga-se ao riboswitch e muda a sua conformação. Essa mudança na conformação bloqueia o local de iniciação da tradução e interrompe a síntese proteica.
Compostos que se assemelham à tiamina na estrutura estão a ser estudados como potenciais agentes antibacterianos. Estes fármacos destinam-se a ligar o riboswitch na ausência de tiamina e causar uma mudança conformacional que bloqueia a tradução de proteínas necessárias para a biossíntese de tiamina. Uma vez que as bactérias serão incapazes de produzir esse nutriente, elas vão parar de crescer e eventualmente morrer. Como riboswitches são mais comumente encontrados em procariotas do que eucariotas, os antibacterianos que visam riboswitches terão efeitos adversos mínimos sobre os hospedeiros mamíferos.
