Átírás (biológia)

A transzkripció (a latin  transcriptio „újraírás” szóból) az RNS  -szintézis folyamata, amely minden élő sejtben végbemegy, DNS -t templátként használva ; genetikai információ átvitele a DNS-ből az RNS-be.

A transzkripciót a DNS-függő RNS-polimeráz enzim katalizálja . Az RNS-polimeráz a DNS-molekula mentén 3`-5` irányban mozog [1] .

Ha fehérjét kódoló régiók transzkripciójáról beszélünk, akkor a bakteriális transzkripció egysége egy operon  - egy DNS-molekula fragmentuma, amely egy promoterből (operátor, amelyhez a represszor fehérje kötődik), egy átírt részből (amely tartalmazhat több fehérjét kódoló szekvencia) és egy terminátor. Az eukariótákban az átírt rész általában egyetlen fehérjét kódoló szekvenciát tartalmaz.

Az RNS befejezéséhez templátként szolgáló DNS-láncot kódolónak vagy templátnak nevezzük . Az ilyen RNS-szintézisből származó szekvencia a komplementaritás elve szerint azonos lesz a nem kódoló DNS-szál szekvenciájával (kivéve a timin - DNS uracil - RNS-sel történő helyettesítését) .

Pro- és eukarióták transzkripciója

Baktériumokban a transzkripciót egyetlen RNS-polimeráz katalizálja. Öt alegységből (α 2 ββ'ω) és egy σ alegységből (szigma faktor) áll, amely meghatározza a promoterhez való kötődést, és az egyetlen transzkripciós iniciátor. Például Escherichia coliban a szigma faktor leggyakoribb formája a σ 70 .

Az eukarióta sejtek legalább 3 RNS-polimerázt tartalmaznak, míg a növények 5-öt tartalmaznak, amelyekhez egy sor faktor szükséges az iniciációhoz és az elongációhoz. Az RNS-polimeráz II  az eukarióta sejtek fő enzime, amely katalizálja a fehérjét kódoló mRNS -ek (és néhány más RNS) transzkripcióját.

Baktériumokban az mRNS semmilyen módon nem módosul a transzkripció után, és a transzláció közvetlenül megtörténhet a transzkripció során . Az eukarióta sejtekben az mRNS módosul a sejtmagban - egy 5'-sapkát akasztanak rá, és egy 3'-poliA farok szintetizálódik, splicing történik . Az mRNS ezután bejuthat a citoplazmába, ahol a transzláció megtörténik.

Átírási folyamat

A transzkripció az iniciáció, az elongáció és a termináció szakaszaiból áll.

Beavatás

A transzkripciós iniciáció az a folyamat, amikor a DNS-függő RNS-polimeráz egy promoterhez kötődik, és stabil komplexet képez a transzkripció folytatásához.

A transzkripció iniciálása több lépésre bontható [2] .

1. Az RNS-polimeráz (az eukarióták transzkripciós iniciációs faktoraival együtt) egy promoterhez kötődik, és zárt komplexet alkot . Ebben a formában a DNS kettős hélix a komplex belsejében található.
2. Átalakulás nyílt komplexummá . A transzkripció kezdőpontjától körülbelül 13 bázispár távolságra lévő DNS-hélix megolvad, vagyis a DNS-szálak elválik egymástól. A DNS-szálak elválasztott szakaszát transzkripciós buboréknak nevezzük.
3. A szálelválasztás hozzáférést biztosít a DNS nem kódoló szálához. Az első két ribonukleotid illeszkedik a templát DNS-hez és csatlakozik. Az RNS további megnyúlása akkor következik be, amikor a ribonukleotidok a lánc 3'-végéhez kapcsolódnak. Az első 10 nukleotid összekapcsolása nem hatékony folyamat, ezért a transzkripció ebben a szakaszban gyakran megszakad, egy rövid transzkriptum szabadul fel, és a szintézis újraindul. Ezt a polimeráz-csúszást abortív transzkripciónak nevezik .
4. Amint a polimeráz-promoter komplex 10 nukleotidnál hosszabb transzkriptumot képez, elég stabil lesz ahhoz, hogy folytassa a transzkripciót, és belép az elongációs szakaszba. Promoter elkerülésnek is nevezik .

A transzkripció iniciációja egy összetett folyamat, amely az átírt szekvencia közelében található DNS-szekvenciától (és eukariótákban a genomfokozók és -csendesítők távolabbi részeitől ) és a különböző fehérjefaktorok jelenlététől vagy hiányától függ .

Megnyúlás

Az RNS-polimeráz transzkripciós iniciációból elongációba való átmenetének pillanatát nem határozták meg pontosan. Három fő biokémiai esemény jellemzi ezt az átmenetet az E. coli RNS polimeráz esetében : a szigma faktor szétválása, az enzimmolekula első transzlokációja a templát mentén, valamint a transzkripciós komplex erős stabilizálódása, amely az RNS mellett polimeráz, magában foglal egy növekvő RNS-szálat és az átírt DNS-t. Ugyanezek a jelenségek jellemzőek az eukarióta RNS polimerázokra is. Az iniciációból az elongációba való átmenetet az enzim, a promoter , a transzkripciós iniciációs faktorok közötti kötések felbomlása kíséri , és bizonyos esetekben az RNS-polimeráz átmenete az elongációs kompetencia állapotába (például a CTD domén foszforilációja). RNS polimeráz II-ben). Az elongációs fázis a növekvő transzkriptum felszabadulása és az enzim templátról való disszociációja (termináció) után ér véget.

A megnyúlás szakaszában körülbelül 18 bázispár nukleotid csavarodik fel a DNS -ben . A DNS templátszálának körülbelül 12 nukleotidja hibrid hélixet alkot az RNS-lánc növekvő végével. Ahogy az RNS-polimeráz a templát mentén mozog, előtte megtörténik a letekerő, mögötte pedig a DNS kettős hélix helyreállítása. Ezzel egyidejűleg a növekvő RNS-lánc következő láncszeme felszabadul a templáttal és RNS-polimerázzal alkotott komplexből. Ezeket a mozgásokat az RNS-polimeráz és a DNS relatív forgásának kell kísérnie. Nehéz elképzelni, hogy ez hogyan történhet meg egy sejtben, különösen a kromatin transzkripció során . Ezért lehetséges, hogy az ilyen forgás megakadályozása érdekében a DNS mentén mozgó RNS-polimerázt topoizomerázok kísérik .

A nyúlás a fő megnyújtó tényezők segítségével történik, amelyek szükségesek ahhoz, hogy a folyamat ne álljon le idő előtt [3] .

A közelmúltban bizonyítékok jelentek meg, amelyek azt mutatják, hogy a szabályozó tényezők is szabályozhatják a megnyúlást. Az RNS polimeráz a gén bizonyos régióinál megáll az elongáció során . Ez különösen jól látható kis szubsztrátumkoncentráció esetén . A mátrix egyes részein az RNS polimeráz promóciójának hosszú késései, az ún. még optimális szubsztrátumkoncentráció esetén is szünetek figyelhetők meg . Ezeknek a szüneteknek az időtartama nyúlási tényezőkkel szabályozható.

Felmondás

A baktériumoknak két mechanizmusuk van a transzkripció leállítására:

• egy rho-függő mechanizmus, amelyben a Rho ([rho]) fehérje destabilizálja a DNS-templát és az mRNS közötti hidrogénkötéseket , felszabadítva az RNS-molekulát.
• rho-független, amelyben a transzkripció leáll, amikor egy újonnan szintetizált RNS-molekula szárhurkot képez , amelyet több uracil követ (…uuuu), ami az RNS-molekula DNS-templátról való leválásához vezet.

A transzkripció terminációját eukariótákban kevésbé tanulmányozták. RNS-vágással végződik, majd az enzim több adenint (…AAAA) ad a 3' végéhez, amelyek száma meghatározza ennek a transzkriptumnak a stabilitását [4] .

Átírási gyárak

Számos kísérleti adat utal arra, hogy a transzkripciót az úgynevezett transzkripciós gyárakban végzik: hatalmas, egyes becslések szerint akár 10 M Da méretű komplexek, amelyek körülbelül 8 RNS-polimeráz II-t és az azt követő feldolgozás és splicing összetevőit tartalmazzák . valamint az újonnan szintetizált átirat korrekciója [5] . A sejtmagban állandó csere folyik az oldható és az érintett RNS-polimeráz készletei között. Az aktív RNS polimeráz részt vesz egy ilyen komplexben, amely viszont a kromatin tömörítését szervező szerkezeti egység . A legfrissebb adatok [6] arra utalnak, hogy transzkripciós gyárak transzkripció hiányában is léteznek, a sejtben rögzülnek (még nem tisztázott, hogy kölcsönhatásba lépnek-e a sejt magmátrixával vagy sem) és önálló nukleáris alkompartmentet képviselnek. Az RNS-polimeráz I-et, II-t vagy III-at tartalmazó transzkripciós gyári komplexet tömegspektrometriával elemeztük. [7]

Fordított átírás

Egyes vírusok (például a HIV-fertőzést okozó humán immunhiány vírus ) képesek RNS-t DNS-vé átírni. A HIV-nek van egy RNS- genomja , amely beépül a DNS-be. Ennek eredményeként a vírus DNS-e kombinálható a gazdasejt genomjával. Az RNS-ből származó DNS szintéziséért felelős fő enzimet reversetáznak nevezik . A reversetas egyik funkciója, hogy komplementer DNS -t (cDNS) hozzon létre a vírusgenomból. A kapcsolódó ribonukleáz H enzim hasítja az RNS-t, és a reversetas cDNS-t szintetizál a DNS kettős hélixből. A cDNS-t egy integráz integrálja a gazdasejt genomjába . Az eredmény a vírusfehérjék szintézise a gazdasejt által, amelyek új vírusokat képeznek. HIV esetén a T-limfociták apoptózisa (sejthalála) is be van programozva . [8] Más esetekben a sejt a vírusok terjesztője maradhat.

Egyes eukarióta sejtek tartalmazzák a telomeráz enzimet , amely szintén reverz transzkripciós aktivitást mutat. Segítségével a DNS-ben ismétlődő szekvenciák szintetizálódnak. A telomeráz gyakran aktiválódik a rákos sejtekben a végtelen genomduplikáció érdekében a fehérjét kódoló DNS-szekvencia elvesztése nélkül. Egyes RNS-tartalmú állati vírusok RNS-dependens DNS-polimeráz segítségével képesek a virális RNS-sel komplementer DNS-t szintetizálni. Beépül egy eukarióta sejt genomjába, ahol sok generáción át rejtve maradhat. Bizonyos körülmények között (például rákkeltő anyagoknak való kitettség esetén) a vírusgének aktiválódhatnak, és az egészséges sejtek rákos sejtekké válnak.

Jegyzetek

1. ↑ Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts. A sejt molekuláris biológiája . — 4. - Garland Science, 2002. - ISBN 978-0-8153-3218-3 , 978-0-8153-4072-0.
2. ↑ James D. Watson. A gén molekuláris biológiája . - W. A. ​​Benjamin, 1965. - 530 p.
3. ↑ DB Nikolov, SK Burley. RNS polimeráz II transzkripció iniciációja: szerkezeti nézet  //  Proceedings of the National Academy of Sciences. — 1997-01-07. — Vol. 94 , iss. 1 . — P. 15–22 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.94.1.15 .
4. ↑ Benjamin Lewin. Gének 9 . - Jones & Bartlett Learning, 2008. - 912 p. - ISBN 978-0-7637-4063-4 .
5. ↑ Peter R. Cook. A replikáció és átírás szervezete  (angol)  // Tudomány. — 1999-06-11. — Vol. 284 , iss. 5421 . — P. 1790–1795 . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203 . - doi : 10.1126/tudomány.284.5421.1790 .
6. ↑ Jennifer A. Mitchell, Peter Fraser. A transzkripciós gyárak olyan nukleáris részegységek, amelyek transzkripció hiányában is megmaradnak  //  Gének és fejlesztés. — 2008-01-01. — Vol. 22 , iss. 1 . — P. 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. Az I, II vagy III RNS polimerázt tartalmazó transzkripciós gyárak proteomjai  //  Természeti módszerek. — 2011-11. — Vol. 8 , iss. 11 . — P. 963–968 . — ISSN 1548-7105 . - doi : 10.1038/nmeth.1705 .
8. ↑ Irina Nyikolajevna Kolesnikova. Az apoptózis mechanizmusának néhány jellemzője HIV-fertőzésben . - Rostov-on-Don, 2000. (Orosz)

Szótárak és enciklopédiák	Nagy orosz Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4185906-6 J9U : 987007562989305171 LCCN : sh85053872 NDL : 00857944 NKC : ph136848