Transkripcija: genetinė RNR sintezė ir genų raiška

Sužinokite, kaip transkripcija kuria RNR, reguliuoja genų raišką ir formuoja mRNR — aiškus vadovas RNR polimerazės, intronų, egzonų ir splicing'o procesams.

Transkripcija – procesas, kurio metu iš DNR sukuriama RNR, t. y. genetinė informacija yra perpildoma iš vienos nukleorūgščių grandinės į kitą. Šį darbą atlieka specialus fermentas, dažniausiai vadinamas RNR polimeraze, kuri pagal DNR šabloninę grandinę sintezuoja naują RNR grandinę.

"Visos gyvosios būtybės, turinčios nesuskaičiuojamą daugybę variantų, naudoja beveik identišką mikroskopinę mašiną savo genams skaityti. Ši mašina - RNR polimerazė - atsakinga už procesą, vadinamą transkripcija, kuri, iš DNR gamindama RNR, žengia pirmąjį žingsnį, kad perskaitytų gyvybės planą, užkoduotą visų mūsų genuose".

Transkripcijos produktas ir RNR redagavimas

Pirma, sukurta RNR dažnai yra pirminė (prekursorinė) grandinė, kuri vėliau perdirbama. Pavyzdžiui, prieš visavertį funkcionavimą iš pradžių susidaro RNR, o vėliau nekoduojantys intronus pašalinami specialiu baltyminių ir RNR kompleksu – spliceosoma. Likusieji egzonai sujungiami į vientisą seką, kuri tampa funkcionuojančia pasiuntinių RNR (mRNR). mRNR neša genetinę informaciją iš DNR į baltymų sintezės aparatą ir todėl transkripcija yra pirmasis žingsnis lemiasi genų raišką.

Be pašalinimo (splicing), eukariotų mRNR paprastai dar patiria:

• 5' gaubtelio pridėjimą (5' cap), saugantį RNR galą ir reikalingą baltymų sintezei;
• 3' poliadenilinę grandinę (poly(A) tail), kuri didina molekulės stabilumą ir dalyvauja transportavime;
• alternatyvųjį splicingą, leidžiantį iš vieno geno gauti kelis baltymų izoformus.

Transkripcijos vienetas ir jo dalys

DNR atkarpa, kuri transkribuojama į RNR molekulę, vadinama transkripcijos vienetu. Jį sudaro:

1. sekos, reguliuojančios baltymų sintezę (pvz., promotoriai, enhancerių regionai ir kitokie reguliaciniai elementai);
2. sekos, kurios nekoduoja: intronai.
3. sekos, kurios koduoja baltymo aminorūgščių sekas. Jie vadinami egzonais.

Fazės: inicijacija, elongacija ir terminacija

1. Inicijacija. RNR polimerazė prisijungia prie promotoriaus srities ir kartu su transkripcijos faktoriais formuoja kompleksą, kuris nustato transkripcijos pradžios vietą. Promotorius ir kiti reguliaciniai elementai kontroliuoja, kada ir kiek intensyviai genas bus transkribuojamas.
2. Elongacija. RNR polimerazė skaito DNR šabloninės grandinės nukleotidų seką 3' → 5' kryptimi ir sintezuoja naują RNR grandinę 5' → 3' kryptimi. Dėl to naujos RNR sekos nukleotidų tvarka atitinka kitos (koduojančiosios) grandinės seką, tik vietoje timino DNR rūgštyje RNR turi uracilu).
3. Terminacija. Kai RNR polimerazė pasiekia terminatoriaus signalą, sintezė baigiama ir RNR molekulė atsilaisvina. Prokariotams ir eukariotams terminacijos mechanizmai gali skirtis.

Pastaba apie grandinių pavadinimus: kaip ir DNR replikacijos metu, transkripcijoje transkribuojama tik viena iš dviejų DNR grandinių — šabloninė grandinė, pagal kurią sintezuojama RNR. Kita grandinė dažnai vadinama koduojančiąja grandine, nes jos seka sutampa su naujai susidarančios RNR seka (išskyrus T → U skirtumą).

Skirtumai tarp prokariotų ir eukariotų

Prokariotų ląstelėse transkripcija ir baltymų sintezė dažnai vyksta vienu metu (translacija prasideda dar nepasibaigus transkripcijai), o RNR paprastai nereikalauja tokio plačio ribinio perdirbimo kaip eukariotų mRNR. Eukariotų transkripcija vyksta branduolyje, o sintezės produktai yra redaguojami ir tik tada eksportuojami į citoplazmą baltymų sintezei.

Genų raiškos reguliavimas ir papildomos RNR rūšys

Transkripcijos reguliavimas — tai pagrindinis būdas, kuriuo ląstelė kontroliuoja, kurie genai aktyvūs ir kada. Ši kontrolė vyksta per transkripcijos faktorius, chromatino modifikacijas, promotorų ir enhancerių sąveikas, taip pat per epigenetinius mechanizmus.

Be mRNR, transkripcijos produktai gali būti ir kitos funkcionalios RNR rūšys: rRNR (ribosominė RNR), tRNR (transportinė RNR), snRNR (mažos branduolinės RNR), miRNR (mikro RNR) ir kt. Tos RNR atlieka struktūrines, katalizines ar reguliacines funkcijas ląstelėje.

Transkripcijos supratymas turi didelę reikšmę medicinai ir biologijai: mutacijos reguliacinėse srityse ar klaidos splicingo metu gali sukelti ligas, o alternatyvus splicingas sudaro baltymų įvairovę, svarbią vystymuisi ir audinių funkcijoms.

2006 m. Rogeriui D. Kornbergui paskirta Nobelio chemijos premija "už eukariotų transkripcijos molekulinių pagrindų tyrimus", atskleidusi sudėtingą transkripcijos aparato sandarą ir reguliaciją.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra transkripcija?

K.: Kuo tampa transkripcijos metu sukurta tinkama RNR grandinė?

K.: Kas atsitinka su ikisignalo RNR po to, kai ji sukuriama?

K: Ką daro mRNA?

K: Kas yra transkripcijos vienetas?

Klausimas: Iš kurios DNR grandinės transkripcijos metu skaitoma mRNR?

Klausimas: Kas 2006 m. gavo Nobelio chemijos premiją už eukariotų transkripciją?

Paieška pagal raidę