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Tradução e código genético: do aminoacil-tRNA à parada, e a parada prematura

A síntese proteica lê o mRNA em trincas, e cada etapa tem um agente e um sítio: o código (64 trincas, 61 de sentido e 3 de parada) e o aminoacil-tRNA, a iniciação em AUG com o Met-tRNA iniciador no sítio P, a elongação eucariótica (eEF1A entrega o aminoacil-tRNA ao sítio A, o grupo amino ataca o peptidil-tRNA e o eEF2 translada) e a terminação, em que um único fator, o eRF1, reconhece os três códons de parada. Depois vem a mutação sem sentido, que cria um códon de parada prematuro e leva a um mRNA que o NMD degrada ou a uma proteína truncada, com a fibrose cística como exemplo, e a diftamida do eEF2, alvo da toxina diftérica. Ficam de fora, e são declaradas: a regulação da tradução, a iniciação em detalhe (cap, Kozak), a tradução bacteriana e os antibióticos do ribossomo, a tabela do código com o wobble, o frameshift, o dobramento e as mutações de sentido trocado e silenciosas.

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Essential

  1. O código genético tem 64 trincas de nucleotídeos: 61 códons de sentido, que codificam aminoácidos, e 3 de parada (UAG, UGA e UAA), que não especificam aminoácido algum. Antes da tradução, uma aminoacil-tRNA sintetase carrega o tRNA com o seu aminoácido cognato, numa reação de duas etapas que consome ATP, e forma o aminoacil-tRNA.
  2. Na iniciação, os fatores eIF guiam a montagem do ribossomo 80S no códon de início AUG, com o tRNA iniciador de metionina ligado ao sítio P.
  3. Na elongação, o aminoacil-tRNA é levado ao sítio A pela GTPase eEF1A, em complexo ternário com GTP; o pareamento entre o anticódon e o códon do sítio A dispara a hidrólise do GTP, e o tRNA é acomodado no sítio A.
  4. Na ligação peptídica, o grupo amino do aminoácido que chegou ataca a ligação éster do peptidil-tRNA no sítio P, e a cadeia em crescimento é transferida para o tRNA do sítio A.
  5. O eEF2, uma GTPase, translada o complexo mRNA–tRNA: o tRNA sem aminoácido vai ao sítio E, o peptidil-tRNA passa do A para o P, e o sítio A fica livre para um novo aminoacil-tRNA.
  6. O ciclo se repete, três nucleotídeos por passo, até o sítio A receber um códon de parada; em eucariotos um único fator de liberação, o eRF1, reconhece os três códons de parada, e o seu motivo GGQ, no centro peptidil-transferase, promove a liberação do peptídeo.
  7. Na reciclagem, o complexo 80S pós-terminação é separado nas subunidades 40S e 60S pela ABCE1, e as subunidades ficam livres para uma nova rodada.
  1. Uma mutação sem sentido converte um códon de sentido em um códon de parada prematuro (PTC), o que leva à terminação prematura da tradução e à produção de uma proteína truncada e não funcional.
  2. O NMD (decaimento do mRNA mediado por mutação sem sentido) degrada seletivamente os mRNAs que carregam PTC e assegura a qualidade dos transcritos traduzidos; ele é ativado quando o PTC não está no último éxon e fica a pelo menos 50 nucleotídeos a montante da penúltima junção éxon-éxon.
  3. Até cerca de 25% dos mRNAs com PTC escapam do NMD e produzem proteínas truncadas, que o controle de qualidade do retículo endoplasmático detecta e remove, em geral por via dependente do proteassoma.
  4. Na leitura através (readthrough), o ribossomo ultrapassa o PTC e chega ao códon de parada natural, o que pode restaurar algum nível de função proteica.
  5. Na fibrose cística, as mutações sem sentido (p.G542X, p.W1282X, p.R1162X e p.R553X estão entre as mais comuns) estão na classe IB: falta a proteína CFTR, por supressão do mRNA pelo NMD ou por degradação da proteína truncada pelo proteassoma.

O eEF2 é o fator de elongação que promove a translocação dos tRNAs para os sítios E e P; é o ortólogo eucariótico do fator bacteriano EF-G. Um resíduo de histidina conservado na ponta do domínio IV do eEF2 é modificado pós-traducionalmente em diftamida.

A translocação depende do eEF2, e o resíduo de diftamida fica na ponta do domínio IV do fator: é nele que as toxinas atuam. Como a ADP-ribosilação inativa o eEF2 e bloqueia a síntese de proteínas, uma toxina que modifica esse único resíduo interrompe a elongação da célula-alvo.

In the clinic

  • mRNA com PTC fora do último éxon e a pelo menos 50 nt a montante da penúltima junção éxon-éxon · O NMD é ativado: o mRNA com PTC é degradado seletivamente, e cai o nível de mRNA disponível para tradução. · O NMD é ativado pela presença de um PTC fora do último éxon e ≥ 50 nt a montante da penúltima junção éxon-éxon, e atua como controle de qualidade dos transcritos traduzidos.
  • mRNA com PTC que escapa do NMD (até cerca de 25% dos mRNAs com PTC) · O mRNA é traduzido até o PTC e produz uma proteína truncada, que o controle de qualidade do retículo endoplasmático detecta e remove, em geral por via dependente do proteassoma. · A parada prematura encerra a tradução antes do fim da fase de leitura; o polipeptídeo liberado é truncado e não funcional, e a célula o elimina.
  • mRNA com PTC que sofre leitura através (readthrough) · O ribossomo ultrapassa o PTC e chega ao códon de parada natural, o que pode restaurar algum nível de função proteica. · A leitura através é a base dos fármacos que a induzem; um deles, o ataluren (PTC124), mostrou resultados iniciais promissores mas não atingiu os desfechos primários de eficácia nos ensaios de fase III na fibrose cística.

O resíduo de diftamida é ADP-ribosilado pela toxina diftérica, produzida por Corynebacterium diphtheriae, e também pela exotoxina A de Pseudomonas aeruginosa e pela toxina cholix de Vibrio cholerae. A ADP-ribosilação inativa o eEF2, bloqueia a síntese de proteínas e prejudica o crescimento celular.

Em eucariotos, os três códons de parada (UAA, UAG e UGA), que não especificam aminoácido, são reconhecidos por um único fator de liberação, o eRF1; ele não é um tRNA, e é o seu motivo GGQ, no centro peptidil-transferase, que promove a liberação do peptídeo.

Test yourself before moving on

O mRNA é lido em trincas de nucleotídeos. Quantas trincas compõem o código padrão, quantas especificam um aminoácido e o que se pode dizer das restantes?

The answer stays in Assessment, with no spoiler here.

Answer in Assessment
Sources (4)
  1. Lateef OM, Akintubosun MO, Olaoba OT, et al. Making Sense of "Nonsense" and More: Challenges and Opportunities in the Genetic Code Expansion, in the World of tRNA Modifications. Int J Mol Sci. 2022;23(2):938.
    Genetic information is encoded by 64 triplet codons comprising 61 sense codons that code for amino acids and 3 nonsense codons responsible for the termination of protein biosynthesis.
  2. Schuller AP, Green R. Roadblocks and resolutions in eukaryotic translation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018;19(8):526-541.
    In the first step, many eukaryotic translation initiation factors (eIFs) guide the proper assembly of an 80S ribosome at the AUG start codon with an initiator methionyl-tRNA bound in the P site
  3. Dever TE, Dinman JD, Green R. Translation Elongation and Recoding in Eukaryotes. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2018;10(8):a032649.
    Base-pairing interactions between the anticodon of the aminoacyl-tRNA and the A-site codon trigger GTP hydrolysis by eEF1A.
  4. Vitale E, Ricci D, Corrao F, et al. Nonsense Mutations in Rare and Ultra-Rare Human Disorders: An Overview. IUBMB Life. 2025;77(6):e70031.
    Nonsense mutations convert a sense codon into a premature termination codon (PTC), leading to premature translation termination and the production of truncated, nonfunctional proteins.

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