13.11: שעתוק

סקירה כללית

שעתוק הוא תהליך של סינתזה של RNA מרצף DNA על ידי RNA פולימראז. זהו השלב הראשון בייצור חלבון מרצף גנים. בנוסף, חלבונים ורצפים רגולטוריים רבים אחרים מעורבים בסינתזה נכונה של RNA שליח (mRNA). ויסות השעתוק אחראי להתמיינות של כל סוגי התאים השונים ולעתים קרובות לתגובה התאית הנכונה לאותות סביבתיים.

שעתוק יכול לייצר סוגים שונים של מולקולות RNA

באוקריוטים, ה-DNA מתעתק לראשונה ל-RNA ראשוני, או פרה-mRNA, שניתן לעבד אותו ל-mRNA בוגר כדי לשמש תבנית לסינתזה של חלבונים. עם זאת, בפרוקריוטים כגון חיידקים, תרגום של RNA לפוליפפטידים יכול להתחיל בזמן שהשעתוק עדיין נמשך, שכן RNA יכול להתפרק במהירות. שעתוק יכול גם לייצר סוגים שונים של מולקולות RNA שאינן מקודדות לחלבון, כגון מיקרו-RNA, העברה RNA (tRNA) ו-RNA ריבוזומי (rRNA) - כולם תורמים לסינתזת חלבון.

ויסות השעתוק הוא מרכזי לפיתוח

למעט יוצאים מן הכלל, לכל התאים בגוף האדם יש את אותו מידע גנטי בתוכם, מתאי עצב במוח ועד לתאי שריר בלב. אז איך תאים לובשים צורות ותפקודים כה מגוונים? במידה רבה, התשובה טמונה בוויסות התעתיק במהלך התפתחות האורגניזם. באופן ספציפי, ויסות השעתוק ממלא תפקיד מרכזי בהתמיינות תאית - תהליך ייצור תאים מיוחדים, כגון תאי שריר, מתאי קודמן (precursor cells )הפחות מיוחדים. יש להפעיל גנים מסוימים בתאי הקודמן, ואחרים לכבות אותם, כדי לייצר את התאים המיוחדים.

תהליך זה של התמיינות תאית מתוזמר על ידי חלבונים קושרי DNA הנקראים גורמי שעתוק השולטים ברמת השעתוק של גנים שיכולים לקבוע את גורל התא. לדוגמה, בשלב מוקדם של התפתחות בעלי החוליות, תאים בשכבת האקטודרם של העובר המתפתח מקבלים מספר אותות אינדוקציה מחלבונים כגון BMP, WNT ו-SHH. אותות אלה מפעילים גורמי שעתוק המפעילים או מכבים שורה של גנים. בדרך זו, ויסות התעתיק קובע אם תאי אקטודרם הופכים לתאי עור או לתאי מערכת העצבים.

תגובה לסביבה דורשת לעתים קרובות שינויים תעתיקים

רק לעתים נדירות הסביבות יציבות לתקופות ארוכות. קחו למשל את השינויים בטמפרטורה, במשקעים ובזמינות המזון שצמח נחשף אליהם מיום ליום ולעיתים משעה לשעה. על מנת לתפקד כראוי, אורגניזמים בודדים חייבים להגיב לשינויים סביבתיים כאלה על ידי התאמת תכונות מפתח, כגון קצב הגדילה, חסינותם או התנהגותם. התאמות אלה דורשות לעתים קרובות הגדלת או הפחתה של רמת השעתוק של מספר רב של גנים. לדוגמה, כאשר הם נחשפים לתנאי בצורת, צמחי Arabidopsis thaliana מתאימים במהירות את השעתוק של מאות גנים על מנת להגביר את צמיחת השורשים ולכן לשאוב כמה שיותר מים מהאדמה.