Transkriptsioon geneetikas: kuidas DNA teisendatakse RNA-ks

Transkriptsioon geneetikas: kuidas DNA teisendatakse RNA-ks — selge ülevaade RNA-polümeraasist, pre-mRNA-st, splaissingust ja mRNA rollist geeniekspressioonis.

Transkriptsioon on protsess, mille käigus kopeeritakse DNA-st pärinev geneetiline informatsioon RNA-ks. Informatsioon kandub ühelt nukleiinhappelt teisele selleks et edaspidi sünteesida valke või moodustada mittevalku tootvaid RNA-sid. DNA järjestust loeb ja RNA-ahelat sünteesib spetsiaalne ensüüm, RNA-polümeraas.

"Kõik elusolendid, koos nende arvukate variatsioonidega, kasutavad oma geenide lugemiseks peaaegu identset mikroskoopilist masinat. See masin - RNA-polümeraas - vastutab protsessi eest, mida nimetatakse transkriptsiooniks, mis DNA-st RNA-d tootes teeb esimese sammu kõigis meie geenides kodeeritud elujoonise lugemisel."

Mis täpselt sünteesitakse ja miks

RNA-polümeraas sünteesib esmalt nn pre-messenger RNA ehk eukarüootidel pre-mRNA, mis sisaldab nii kodeerivaid järjestusi kui ka mittekodeerivaid piirkondi. See eeltranskript läbib töötlemise, mille käigus eemaldatakse mittekodeerivad intronid spliksosoomi abil ja jäänud eksonid pannakse kokku, et moodustada valmis messenger RNA (mRNA). mRNA kannab geneetilist sõnumit DNA-st raku valgusünteesimasinasse (ribosoomidesse) ning seetõttu on transkriptsioon esimene ja oluline samm geenide ekspressioonini.

Transkriptsiooni üksus ja selle komponendid

DNA-lõik, mida transkribeeritakse üheks RNA-molekuliks, nimetatakse transkriptsioonühikuks. See sisaldab tavaliselt:

1. järjestusi, mis reguleerivad valgusünteesi — näiteks promootorid ja regulaatorjärjestused;
2. järjestusi, mis ei kodeeri: intronid;
3. järjestusi, mis kodeerivad valgu aminohapete järjestusi — neid nimetatakse eksoonideks.

Transkriptsiooni etapid: initsieerimine, elongatsioon ja terminatsioon

Transkriptsioon koosneb kolmest põhiastmest:

• Initsieerimine: RNA-polümeraas seondub geeni reguleerivale alale — tavaliselt promootorile (promootori) — ning moodustab kompleksid koos transkriptsioonifaktoritega (eukarüootidel) või sigmafaktoritega (prokarüootidel). See samm määrab ära, milline DNA-ahelast saab malli ehk templaatahel.
• Elongatsioon: RNA-polümeraas liigub mööda DNA-d ja lisab vabade nükleotiidide abil uusi ribonukleotiide, luues RNA ahela. Enzüüm loeb DNA-d 3'→5' suunas ning sünteesib uut RNA 5'→3' suunas.
• Terminatsioon: sündmus, mille järel RNA-polümeraas ja vastav RNA-transkript dissotsieeruvad DNA-st. Prokarüootidel on terminatsioon kas intrinsektiline (GC-rikka hairpin’i moodustumine) või rho-sõltuv; eukarüootidel on keerukamad lõpp-protsessid ja sageli seotud transkriptsiooni lõpetamine ning hilisem RNA lõikamine ja poliadenüülimine.

DNA ahelate roll ja hulknurkne terminoloogia

Transkribeeritakse ainult üks kahest DNA-ahelast — see ahel, mida RNA-polümeraas kasutab malli koostamiseks, nimetatakse templaatahelaks (antisense). Teist ahelat nimetatakse kodeerivaks ahelaks (sense); selle järjestus on üldjuhul sama kui äsja loodud RNA transkripti oma, välja arvatud see, et RNA sisaldab lämmastikalusena uratsiili asemel DNA-s oleva tümiiniga tähistatud baasi.

RNA töötlemine eukarüootides

Eukarüootse pre-mRNA puhul toimuvad pärast transkriptsiooni peamised töötlemisastmed:

• 5' otsa katmine 7-metüülguanoosi “cap”-iga, mis kaitseb RNA-d lagunemise eest ja aitab translatsiooni alguses;
• splitsing — intronide väljalõikus ja eksonite ühendamine spliksosoomi abil;
• 3' poolaadenüülimine ehk poly(A) saba lisamine, mis stabiliseerib mRNA-d ja mõjutab selle transpor ti raku tsütoplasmasse.

Erinevused prokarüootide ja eukarüootide vahel

Prokarüootides (bakterites) on transkriptsioon ja translatsioon tihti ajaliselt ning ruumiliselt seotud — ribosoomid võivad hakata tõlgendama mRNA-d juba selle sünteesimise ajal. Bakteritel on üks lihtsam RNA-polümeraas ja terminatsioonimehhanismid (sh sigmafaktor ja operonid), kus mitu geeni transkribeeritakse ühte polüsistroonilisse mRNA-sse. Eukarüootides on protsess mitmemõõtmelisem: erinevad RNA-polümeraasid (I, II ja III) sünteesivad erinevaid RNA-tüüpe, transkriptsioon toimub tuumas ning RNA töötlemine on vajalik, enne kui mRNA tuumast väljub.

Regulatsioon ja tähtsus

Transkriptsioon on peamine regulatsioonitase, mille kaudu rakk määrab, milliseid geene ja millal ekspresseeritakse. Selle tase sõltub promootoritest, tugevust reguleerivatest elementidest (enhancers, silencers), transkriptsioonifaktoritest, histoonide modifikatsioonidest ja DNA metülatsioonist. Muudatused transkriptsiooniregulatsioonis on olulised arengu, rakkude diferentseerumise ja haiguste (näiteks vähk) kontekstis.

Lisaks mRNA-le sünteesitakse transkriptsiooni käigus ka teisi RNA-liike (nt ribosoomi RNA, tRNA ja mittekodeerivad RNA-d), millel on keskne roll raku funktsioonides.

Roger D. Kornberg sai 2006. aasta Nobeli keemiapreemia "eukarüootilise transkriptsiooni molekulaarse aluse uurimise eest", mis rõhutas selle protsessi biokeemilist ja molekulaarset keerukust.

Transkriptsioon on seega geneetilise informatsiooni lugemise esmane etapp — see teisendab DNA-s talletatud koodi töötavaks molekulaarseks juhiseks, mis koordineerib raku elu ja reageerimist keskkonnale.

Küsimused ja vastused

K: Mis on transkriptsioon?

K: Mis saab transkriptsiooni käigus loodud sobivast RNA-ahelast?

K: Mis juhtub pre-messenger RNA-ga pärast selle valmistamist?

K: Mida teeb mRNA?

K: Mis on transkriptsiooniüksus?

K: Millisest DNA-ahelast loeb mRNA transkriptsiooni ajal?

Küsimus: Kes sai 2006. aastal Nobeli keemiapreemia seoses eukarüootilise transkriptsiooniga?

Otsing