Transkriptio (biologia)

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 2. huhtikuuta 2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 9 muokkausta .

Transkriptio ( latinan sanasta  transcriptio "uudelleenkirjoittaminen") on RNA -  synteesiprosessi, joka tapahtuu kaikissa elävissä soluissa käyttäen DNA :ta templaattina ; geneettisen tiedon siirto DNA:sta RNA:han.

Transkriptiota katalysoi DNA-riippuvainen RNA-polymeraasientsyymi . RNA-polymeraasi liikkuu DNA-molekyyliä pitkin 3`-5` suunnassa [1] .

Jos puhumme proteiinia koodaavien alueiden transkriptiosta, niin bakteerien transkription yksikkö on operoni  - DNA-molekyylin fragmentti, joka koostuu promoottorista (operaattori, johon repressoriproteiini sitoutuu), transkriptoidusta osasta (joka voi sisältää useita proteiinia koodaavia sekvenssejä) ja terminaattori. Eukaryooteissa transkriptoitu osa sisältää yleensä yhden proteiinia koodaavan sekvenssin.

DNA-ketjua, joka toimii templaattina RNA:n täydentämiseksi, kutsutaan koodaukseksi tai templaatiksi . Tällaisesta RNA-synteesistä saatu sekvenssi on identtinen ei-koodaavan DNA-juosteen sekvenssin kanssa (lukuun ottamatta tymiinin DNA: n korvaamista urasiili -RNA:lla) komplementaarisuusperiaatteen mukaisesti .

Pro- ja eukaryoottien transkriptio

Bakteereissa transkriptiota katalysoi yksi RNA-polymeraasi. Se koostuu viiden alayksikön päärungosta ( α2ββ'ω ) ja σ-alayksiköstä (sigmatekijä), joka määrittää sitoutumisen promoottoriin ja on ainoa transkription initiaattori. Esimerkiksi Escherichia colissa sigmatekijän yleisin muoto on σ 70 .

Eukaryoottisolut sisältävät vähintään 3 RNA-polymeraasia , kun taas kasvit sisältävät 5, jotka vaativat joukon tekijöitä käynnistykseen ja pidentymiseen. RNA-polymeraasi II  on eukaryoottisolujen pääentsyymi, joka katalysoi proteiinia koodaavien mRNA:iden (ja joidenkin muiden RNA:iden) transkriptiota.

Bakteereissa mRNA ei modifioidu millään tavalla transkription jälkeen, ja translaatio voi tapahtua suoraan transkription aikana . Eukaryoottisoluissa mRNA modifioituu tumassa - siihen ripustetaan 5'-cap ja syntetisoidaan 3'-polyA-häntä, silmukointi tapahtuu . mRNA voi sitten päästä sytoplasmaan, jossa tapahtuu translaatio.

Transkriptioprosessi

Transkriptio koostuu aloitus-, elongaatio- ja lopetusvaiheista.

Aloitus

Transkription aloitus on prosessi, jossa DNA-riippuvainen RNA-polymeraasi sitoutuu promoottoriin ja muodostaa stabiilin kompleksin jatkamaan transkriptiota.

Transkription aloitus voidaan jakaa useisiin vaiheisiin [2] .

  1. RNA-polymeraasi (yhdessä eukaryoottien transkription aloitustekijöiden kanssa) sitoutuu promoottoriin muodostaen suljetun kompleksin . Tässä muodossa DNA:n kaksoiskierre sijaitsee kompleksin sisällä.
  2. Muutos avoimeksi kompleksiksi . DNA-heliksi noin 13 emäsparin etäisyydellä transkription aloituskohdasta sulaa, eli DNA-säikeet erottuvat toisistaan. DNA-säikeiden erotettua osaa kutsutaan transkriptiokuplaksi.
  3. Säikeiden erottaminen tarjoaa pääsyn koodaamattomaan DNA-juosteeseen. Ensimmäiset kaksi ribonukleotidiä asettuvat linjaan templaatti-DNA:n kanssa ja liittyvät yhteen. RNA:n pidentyminen tapahtuu edelleen, kun ribonukleotidit kiinnittyvät ketjun 3'-päähän. Ensimmäisen 10 nukleotidin yhdistäminen on tehoton prosessi, joten transkriptio usein päättyy tässä vaiheessa, lyhyt transkripti vapautuu ja synteesi alkaa uudelleen. Tätä polymeraasin liukumista kutsutaan abortiiviseksi transkriptioksi .
  4. Heti kun polymeraasi-promoottorikompleksi muodostaa yli 10 nukleotidin pituisen transkriptin, siitä tulee riittävän stabiili jatkaakseen transkriptiota ja siirtyy elongaatiovaiheeseen. Kutsutaan myös promoottorien välttämiseksi .

Transkription aloitus on monimutkainen prosessi, joka riippuu transkriptoidun sekvenssin lähellä olevasta DNA-sekvenssistä (ja eukaryooteissa myös genomin vahvistajien ja äänenvaimentimien kaukaisimmista osista ) sekä erilaisten proteiinitekijöiden läsnäolosta tai puuttumisesta .

Pidentymä

RNA-polymeraasin siirtymähetkeä transkription aloituksesta elongaatioon ei ole tarkasti määritetty. Kolme tärkeintä biokemiallista tapahtumaa luonnehtii tätä siirtymää E. colin RNA-polymeraasin tapauksessa: sigmatekijän erottuminen, entsyymimolekyylin ensimmäinen translokaatio templaattia pitkin ja transkriptiokompleksin voimakas stabiloituminen, joka RNA:n lisäksi polymeraasi, sisältää kasvavan RNA-juosteen ja transkriptoidun DNA:n. Samat ilmiöt ovat ominaisia ​​eukaryoottisille RNA-polymeraaseille. Siirtymiseen initiaatiosta elongaatioon liittyy sidosten katkeaminen entsyymin, promoottorin , transkription aloitustekijöiden välillä ja joissain tapauksissa RNA-polymeraasin siirtyminen elongaatiokompetenssin tilaan (esimerkiksi CTD - domeenin fosforylaatio). RNA-polymeraasi II:ssa). Elongaatiovaihe päättyy kasvavan transkriptin vapautumisen ja entsyymin dissosioitumisen jälkeen templaatista (lopetus).

Pidentymisvaiheessa noin 18 emäsparia nukleotideja on irti DNA :ssa . Noin 12 nukleotidia DNA:n templaattijuosteesta muodostaa hybridiheliksin, jossa on RNA-ketjun kasvava pää. Kun RNA-polymeraasi liikkuu templaattia pitkin, sen edessä tapahtuu purkautuminen, ja sen takana tapahtuu DNA:n kaksoiskierteen palautuminen. Samanaikaisesti seuraava lenkki kasvavassa RNA-ketjussa vapautuu kompleksista templaatin ja RNA-polymeraasin kanssa. Näihin liikkeisiin tulee liittyä RNA-polymeraasin ja DNA:n suhteellinen kierto. On vaikea kuvitella, kuinka tämä voi tapahtua solussa, erityisesti kromatiinin transkriptiossa . Siksi on mahdollista, että tällaisen pyörimisen estämiseksi RNA-polymeraasiin, joka liikkuu DNA:ta pitkin, liittyy topoisomeraaseja .

Pidennys suoritetaan tärkeimpien venymistekijöiden avulla, jotka ovat välttämättömiä, jotta prosessi ei pysähdy ennenaikaisesti [3] .

Äskettäin on saatu näyttöä siitä, että säätelytekijät voivat myös säädellä venymistä. RNA-polymeraasi pysähtyy tietyillä geenin alueilla pidennyksen aikana . Tämä on erityisen selvää substraattien alhaisilla pitoisuuksilla . Joissakin matriisin osissa pitkiä viiveitä RNA-polymeraasin edistämisessä, ns. taukoja havaitaan jopa optimaalisilla substraattipitoisuuksilla . Näiden taukojen kestoa voidaan säätää venymätekijöillä.

Irtisanominen

Bakteereilla on kaksi mekanismia transkription lopettamiseksi:

Transkription lopettamista eukaryooteissa on tutkittu vähemmän. Se päättyy RNA-leikkaukseen, jonka jälkeen entsyymi lisää useita adeniineja (…AAAA) 3'-päähän, joiden lukumäärä määrää tämän transkriptin stabiilisuuden [4] .

Transkriptiotehtaita

On olemassa useita kokeellisia tietoja, jotka osoittavat, että transkriptio suoritetaan niin sanotuissa transkriptiotehtaissa: valtavat, joidenkin arvioiden mukaan jopa 10 M Da :n kompleksit, jotka sisältävät noin 8 RNA-polymeraasi II:ta ja myöhemmän käsittelyn ja silmukoinnin komponentteja , kuten sekä vasta syntetisoidun transkriptin korjaus [5] . Solun ytimessä tapahtuu jatkuvaa vaihtoa liukoisen ja mukana olevan RNA-polymeraasin poolien välillä. Aktiivinen RNA-polymeraasi on mukana tällaisessa kompleksissa, joka puolestaan ​​on kromatiinin tiivistymistä järjestävä rakenneyksikkö . Viimeaikaiset tiedot [6] osoittavat, että transkriptiotehtaita on olemassa myös transkription puuttuessa, ne ovat kiinnittyneinä soluun (ei ole vielä selvää, ovatko ne vuorovaikutuksessa solun tumamatriisin kanssa vai eivät) ja edustavat itsenäistä ydinosaosastoa. RNA-polymeraasi I, II tai III sisältävä transkriptiotehdaskompleksi analysoitiin massaspektrometrialla. [7]

Käänteinen transkriptio

Joillakin viruksilla (kuten HIV-infektion aiheuttavalla ihmisen immuunikatoviruksella ) on kyky transkriptoida RNA:ta DNA:ksi. HIV:llä on RNA- genomi , joka integroituu DNA:han. Tämän seurauksena viruksen DNA voidaan yhdistää isäntäsolun genomiin. Pääentsyymi , joka vastaa DNA:n synteesistä RNA:sta, on nimeltään reversetaasi . Yksi reversetaasin tehtävistä on luoda komplementaarista DNA :ta (cDNA) viruksen genomista. Siihen liittyvä entsyymi ribonukleaasi H pilkkoo RNA:ta ja reversetaasi syntetisoi cDNA:ta DNA:n kaksoiskierteestä. cDNA integroituu isäntäsolun genomiin integraasin avulla . Tuloksena on isäntäsolun virusproteiinien synteesi, joka muodostaa uusia viruksia. HIV:n tapauksessa T-lymfosyyttien apoptoosi (solukuolema) on myös ohjelmoitu . [8] Muissa tapauksissa solu voi jäädä virusten levittäjäksi.

Jotkut eukaryoottisolut sisältävät telomeraasientsyymiä , jolla on myös käänteistranskriptioaktiivisuutta . Sen avulla syntetisoidaan toistuvia sekvenssejä DNA:ssa. Telomeraasi aktivoituu usein syöpäsoluissa genomin loputtomaksi monistamiseksi menettämättä proteiinia koodaavaa DNA-sekvenssiä. Jotkut RNA:ta sisältävät eläinvirukset pystyvät RNA-riippuvaista DNA-polymeraasia käyttäen syntetisoimaan viruksen RNA:lle komplementaarista DNA:ta. Se integroituu eukaryoottisolun genomiin, jossa se voi pysyä piilossa useiden sukupolvien ajan. Tietyissä olosuhteissa (esimerkiksi altistuminen syöpää aiheuttaville aineille) virusgeenit voivat aktivoitua ja terveet solut muuttuvat syöpäsoluiksi.

Muistiinpanot

  1. ↑ Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts. Solun molekyylibiologia . – 4. - Garland Science, 2002. - ISBN 978-0-8153-3218-3 , 978-0-8153-4072-0.
  2. ↑ James D. Watson. Geenin molekyylibiologia . - W. A. ​​Benjamin, 1965. - 530 s.
  3. ↑ DB Nikolov, SK Burley. RNA-polymeraasi II:n transkription aloitus: rakennenäkymä  //  Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1997-01-07. — Voi. 94 , iss. 1 . — s. 15–22 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.94.1.15 .
  4. ↑ Benjamin Lewin. Geenit 9 . - Jones & Bartlett Learning, 2008. - 912 s. - ISBN 978-0-7637-4063-4 .
  5. ↑ Peter R. Cook. Replikaation ja transkription organisaatio  (englanniksi)  // Tiede. - 11.6.1999. — Voi. 284 , iss. 5421 . — s. 1790–1795 . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203 . - doi : 10.1126/tiede.284.5421.1790 .
  6. ↑ Jennifer A. Mitchell, Peter Fraser. Transkriptiotehtaat ovat ydinalaosastoja, jotka jäävät ilman transkriptiota  //  Genes & Development. - 2008-01-01. — Voi. 22 , iss. 1 . — s. 20–25 . — ISSN 1549-5477 0890-9369, 1549-5477 . - doi : 10.1101/gad.454008 .
  7. ↑ Svitlana Melnik, Binwei Deng, Argyris Papantonis, Sabyasachi Baboo, Ian M. Carr. RNA-polymeraaseja I, II tai III sisältävien transkriptiotehtaiden proteomit  //  Nature Methods. – 2011-11. — Voi. 8 , iss. 11 . — s. 963–968 . — ISSN 1548-7105 . - doi : 10.1038/nmeth.1705 .
  8. ↑ Irina Nikolaevna Kolesnikova. Jotkut HIV-infektion apoptoosin mekanismien piirteet . - Rostov-on-Don, 2000.
  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa
 Transkriptio (biologia)

Transkription säätely
prokaryootit
eukaryootit
Histonien
modifiointientsyymit ( histonit / nukleosomi )
_
DNA:n metylaatioDNA-metyylitransferaasi
Kromatiinin uudistaminen
CHD7
Yhteinen
pro- ja eukaryooteille
Aktivointi
InitiaatioTranskription aloitussivusto
Pidentymä
Irtisanominen