A descoberta de que a maior parte do genoma humano é transcrita em RNA que não codifica proteínas mudou fundamentalmente a nossa compreensão da regulação genética. RNAs não codificantes (ncRNAs) constituem uma classe diversificada e abundante de moléculas reguladoras que controlam a expressão gênica em múltiplos níveis, desde a remodelação e transcrição da cromatina até a estabilidade e tradução do mRNA. A sua desregulação contribui para um amplo espectro de doenças, incluindo cancro, distúrbios neurológicos e doenças cardiovasculares.
MicroRNAs
MicroRNAs (miRNAs) são pequenos ncRNAs de aproximadamente 22 nucleotídeos que regulam a expressão gênica pós-transcricionalmente, ligando-se a sequências complementares nas 3 regiões não traduzidas (UTRs) dos RNAs mensageiros alvo. Os genes de miRNA são transcritos pela RNA polimerase II como miRNAs primários (pri-miRNAs) contendo estruturas em gancho, que são clivados no núcleo pelo complexo microprocessador (Drosha e DGCR8) para liberar miRNAs precursores (pré-miRNAs) de aproximadamente 70 nucleotídeos. Os pré-miRNAs são exportados para o citoplasma pela Exportin-5 e posteriormente processados pela Dicer, uma endonuclease da RNase III, para gerar duplexes de miRNA maduros. Uma fita do duplex é carregada no complexo de silenciamento induzido por RNA (RISC), onde orienta as proteínas Argonaute (AGO) para direcionar mRNAs através de complementaridade de sequência parcial, principalmente dentro da região semente (nucleotídeos 2–8). A ligação do miRNA normalmente reprime a tradução e promove a morte e degradação do mRNA. Um único miRNA pode regular centenas de mRNAs alvo, e mais de 2.600 miRNAs humanos maduros foram identificados, regulando coletivamente aproximadamente 60% dos genes codificadores de proteínas. Os miRNAs estão envolvidos em praticamente todos os processos biológicos, incluindo proliferação celular, diferenciação, apoptose e respostas imunes, e o perfil de expressão de miRNA tem valor diagnóstico e prognóstico no câncer.
RNAs não codificantes longos
RNAs não codificantes longos (lncRNAs) são definidos como transcritos com mais de 200 nucleotídeos que não possuem potencial de codificação de proteínas, embora alguns contenham pequenos quadros de leitura abertos ou produzam micropeptídeos funcionais. O genoma humano contém aproximadamente 20.000 genes de lncRNA, muitos dos quais são expressos de uma maneira específica do tipo celular e regulada pelo desenvolvimento. Os LncRNAs regulam a expressão gênica através de diversos mecanismos. No núcleo, o Xist (transcrição específica inativa do X) medeia a inativação do cromossomo X nas mulheres, revestindo o futuro cromossomo X inativo e recrutando complexos modificadores da cromatina, incluindo o complexo repressivo Polycomb 2 (PRC2), que deposita marcas repressivas H3K27me3. HOTAIR, um lncRNA do locus HOXC, recruta PRC2 para locais genômicos específicos para silenciar genes HOXD em trans. Os LncRNAs também podem funcionar como estruturas moleculares, reunindo múltiplas proteínas para formar complexos ribonucleoproteicos; como iscas, sequestrando fatores de transcrição ou miRNAs; e como RNAs associados ao intensificador (eRNAs) que promovem o looping do intensificador-promotor e a ativação transcricional. MALAT1 (transcrição 1 de adenocarcinoma pulmonar associado a metástase) é um lncRNA nuclear altamente expresso que regula o splicing alternativo modulando a fosforilação do fator de splicing rico em serina / arginina e está associado à metástase em vários tipos de câncer.
RNAs circulares
RNAs circulares (circRNAs) são uma classe de moléculas de RNA covalentemente fechadas geradas por back-splicing, onde um local de splice 5 a jusante se une a um local de splice 3 a montante, produzindo uma transcrição circular sem extremidades livres. Os CircRNAs são resistentes à degradação exonucleolítica e são altamente estáveis em comparação com os RNAs lineares. A maioria dos circRNAs são expressos em níveis baixos, mas alguns acumulam-se em grande abundância, particularmente no cérebro, e a sua expressão é frequentemente conservada entre espécies. A função mais bem caracterizada dos circRNAs é como esponjas de miRNA: ao conter múltiplos locais de ligação para miRNAs específicos, os circRNAs sequestram miRNAs e evitam que eles reprimam seus mRNAs alvo. CDR1as (proteína 1 antisense relacionada à degeneração cerebelar), também chamada ciRS-7, contém mais de 60 locais de ligação conservados para miR-7 e é essencial para o desenvolvimento normal do cérebro em peixes-zebra e camundongos. Os CircRNAs também podem regular a transcrição interagindo com a RNA polimerase II, modular o splicing competindo com o splicing linear, e alguns podem ser traduzidos para produzir proteínas ou peptídeos de maneira independente do cap. A desregulação do CircRNA está implicada no câncer, distúrbios neurológicos, doenças cardiovasculares e envelhecimento.
RNAs que interagem com Piwi
RNAs que interagem com Piwi (piRNAs) são pequenos ncRNAs de 24 a 31 nucleotídeos que são expressos principalmente em células germinativas e funcionam no silenciamento de transposons e na integridade do genoma. Os piRNAs associam-se às proteínas PIWI, uma subclasse das proteínas Argonaute, e os orientam para transcrições de transposons complementares por meio do emparelhamento de bases, levando ao silenciamento transcricional por meio da metilação do DNA e modificações de histonas, ou clivagem pós-transcricional. A via do piRNA é essencial para manter a integridade do genoma da linha germinativa, suprimindo a atividade do transposon, e sua interrupção leva à esterilidade e a tumores de células germinativas em modelos animais. Os piRNAs são gerados a partir de longos precursores de RNA de fita simples transcritos de clusters de piRNA, processados pela endonuclease Zucchini e carregados em proteínas PIWI. No camundongo, três proteínas PIWI (MIWI, MILI, MIWI2) funcionam em diferentes estágios da espermatogênese. Evidências emergentes sugerem que os piRNAs e as proteínas PIWI também podem funcionar em tecidos somáticos, incluindo células cancerígenas, onde a sua expressão se correlaciona com um mau prognóstico em vários tipos de cancro.
Pequenos RNAs interferentes
RNAs interferentes pequenos (siRNAs) são RNAs de fita dupla de 20 a 25 nucleotídeos que medeiam a interferência de RNA (RNAi), um mecanismo conservado de silenciamento de genes desencadeado por RNA de fita dupla exógeno, como RNA viral ou construções introduzidas experimentalmente. Os siRNAs sintéticos são amplamente utilizados como ferramentas de pesquisa para reduzir a expressão genética e estão sendo desenvolvidos como agentes terapêuticos. Na via do RNAi, o RNA de fita dupla longa é clivado pelo Dicer em siRNAs, que são carregados no RISC. Ao contrário dos miRNAs, os siRNAs normalmente têm complementaridade perfeita com seu alvo, levando à clivagem endonucleolítica mediada por Argonaute do mRNA alvo. Os siRNAs endógenos, produzidos a partir de transposons, elementos repetitivos ou transcrição convergente, regulam o silenciamento de transposons em alguns organismos e podem funcionar na defesa antiviral em plantas e invertebrados.
NcRNAs em doenças e terapêutica
A desregulação dos ncRNAs está associada a muitas doenças humanas. No câncer, os miRNAs podem funcionar como oncogenes (oncomiRs, como miR-21, miR-155) ou supressores de tumor (como a família let-7, miR-34), e assinaturas de expressão de miRNA são usadas para classificação e prognóstico de tumores. LncRNAs incluindo PCA3 são usados como biomarcadores de diagnóstico, com PCA3 medido na urina para detecção de câncer de próstata. Estratégias terapêuticas direcionadas aos ncRNAs estão em desenvolvimento ativo. Oligonucleotídeos antisense (ASOs) direcionados a lncRNAs ou pri-miRNAs podem inibir sua função, enquanto os imitadores de miRNA restauram a expressão de miRNA supressor de tumor. A primeira terapêutica baseada em RNAi, patisiran (um siRNA direcionado à transtirretina), foi aprovada em 2018 para amiloidose hereditária mediada por transtirretina. Várias terapias direcionadas ao miRNA, incluindo o miravirsen (um anti-miR-122 para a hepatite C), progrediram para ensaios clínicos. Abordagens baseadas em CRISPR estão sendo exploradas para editar genes ncRNA ou modular sua expressão, e circRNAs projetados mostram-se promissores como vetores de expressão sustentada para proteínas terapêuticas.
