13.11: Transkrypcja

Przegląd

Transkrypcja to proces syntezy RNA z sekwencji DNA przez polimerazę RNA. Jest to pierwszy krok w produkcji białka z sekwencji genu. Dodatkowo wiele innych białek i sekwencji regulatorowych bierze udział w prawidłowej syntezie informacyjnego RNA (mRNA). Regulacja transkrypcji jest odpowiedzialna za różnicowanie wszystkich różnych typów komórek i często za prawidłową odpowiedź komórkową na sygnały środowiskowe.

Transkrypcja może wytwarzać różne rodzaje cząsteczek RNA

U eukariontów DNA jest najpierw transkrybowane na pierwotny RNA lub pre-mRNA, który może być dalej przetwarzany na dojrzałe mRNA, aby służyć jako matryca do syntezy białek. Jednak u prokariontów, takich jak bakterie, translacja RNA na polipeptydy może rozpocząć się, gdy transkrypcja nadal trwa, ponieważ RNA może szybko ulec degradacji. Transkrypcja może również wytwarzać różne rodzaje cząsteczek RNA, które nie kodują białka, takie jak mikroRNA, transferowe RNA (tRNA) i rybosomalne RNA (rRNA) – z których wszystkie przyczyniają się do syntezy białek.

Regulacja transkrypcji ma kluczowe znaczenie dla rozwoju

Z nielicznymi wyjątkami, wszystkie komórki w ludzkim ciele mają w sobie tę samą informację genetyczną, od neuronów w mózgu po komórki mięśniowe w sercu. Jak to się dzieje, że komórki przyjmują tak różnorodne formy i funkcje? W dużej mierze odpowiedź leży w regulacji transkrypcji podczas rozwoju organizmu. W szczególności regulacja transkrypcji odgrywa kluczową rolę w różnicowaniu komórkowym – procesie wytwarzania wyspecjalizowanych komórek, takich jak komórki mięśniowe, z mniej wyspecjalizowanych komórek prekursorowych. Niektóre geny w komórkach prekursorowych muszą być włączone, a inne wyłączone, aby wytworzyć wyspecjalizowane komórki.

Ten proces różnicowania komórkowego jest koordynowany przez białka wiążące DNA zwane czynnikami transkrypcyjnymi, które kontrolują poziom transkrypcji genów, które mogą decydować o losie komórki. Na przykład we wczesnym okresie rozwoju kręgowców komórki w warstwie ektodermy rozwijającego się zarodka otrzymują kilka sygnałów indukcyjnych z białek, takich jak BMP, WNT i SHH. Sygnały te aktywują czynniki transkrypcyjne, które włączają lub wyłączają wiele genów. W ten sposób regulacja transkrypcji określa, czy komórki ektodermy stają się komórkami skóry, czy komórkami układu nerwowego.

Reagowanie na środowisko często wymaga zmian w transkrypcji

Środowiska rzadko są stabilne przez długi czas. Weźmy na przykład pod uwagę zmiany temperatury, opadów i dostępności pokarmu, na które roślina jest narażona z dnia na dzień, a czasem z godziny na godzinę. Aby prawidłowo funkcjonować, poszczególne organizmy muszą reagować na takie zmiany środowiskowe, dostosowując kluczowe cechy, takie jak tempo wzrostu, odporność czy zachowanie. Dostosowania te często wymagają zwiększenia lub zmniejszenia poziomu transkrypcji dużej liczby genów. Na przykład, gdy są wystawione na suszę, rośliny Arabidopsis thaliana szybko dostosowują transkrypcję setek genów, aby zwiększyć wzrost korzeni, a tym samym pobierać jak najwięcej wody z gleby.