Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

13.11: Transcriptie
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Transcription
 
TRANSCRIPT

13.11: Transcription

13.11: Transcriptie

Overview

Transcription is the process of synthesizing RNA from a DNA sequence by RNA polymerase. It is the first step in producing a protein from a gene sequence. Additionally, many other proteins and regulatory sequences are involved in the proper synthesis of messenger RNA (mRNA). Regulation of transcription is responsible for the differentiation of all the different types of cells and often for the proper cellular response to environmental signals.

Transcription Can Produce Different Kinds of RNA Molecules

In eukaryotes, the DNA is first transcribed into a primary RNA, or pre-mRNA, that can be further processed into a mature mRNA to serve as a template for the synthesis of proteins. In prokaryotes such as bacteria, however, translation of RNA into polypeptides can begin while the transcription is still ongoing, as RNA can be quickly degraded. Transcription can also produce different kinds RNA molecules that do not code for protein, such as microRNAs, transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA)—all of which contribute to protein synthesis.

Regulation of Transcription Is Central to Development

With few exceptions, all of the cells in the human body have the same genetic information in them, from neurons in the brain to muscle cells in the heart. So how do cells assume such diverse forms and functions? To a large extent, the answer lies in the regulation of transcription during development of the organism. Specifically, transcriptional regulation plays a central role in cellular differentiation—the process of producing specialized cells, such as muscle cells, from less specialized precursor cells. To produce specialized cells, some genes must be turned on and others turned off in the precursor cells.

This process of cellular differentiation is orchestrated by DNA-binding proteins called transcription factors that control the level of transcription of genes that can determine cellular fate. For example, early during vertebrate development, cells in the ectoderm layer of the developing embryo receive several induction signals from proteins such as BMP, WNT, and SHH. These signals activate transcription factors that turn on or off a host of genes. In this way, transcriptional regulation determines whether ectoderm cells become skin cells or cells of the nervous system.

Responding to the Environment Often Requires Transcriptional Changes

Environments are rarely stable for long periods. Consider, for example, the changes in temperature, precipitation, and food availability that a plant is exposed to from day to day, and sometimes from hour to hour. In order to function properly, individual organisms must respond to such environmental changes by adjusting key traits, such as their growth rates, immunity, or behavior. These adjustments often require increasing or decreasing the level of transcription of large numbers of genes. For instance, when exposed to drought conditions, Arabidopsis thaliana plants quickly adjust the transcription of hundreds of genes in order to increase root growth and therefore scavenge as much water from the soil as possible.

Overzicht

Transcriptie is het proces waarbij RNA uit een DNA-sequentie wordt gesynthetiseerd door RNA-polymerase. Het is de eerste stap bij het produceren van een eiwit uit een gensequentie. Bovendien zijn veel andere eiwitten en regulerende sequenties betrokken bij de juiste synthese van boodschapper-RNA (mRNA). Regulatie van transcriptie is verantwoordelijk voor de differentiatie van alle verschillende soorten cellen en vaak voor de juiste cellulaire respons op omgevingssignalen.

Transcriptie kan verschillende soorten RNA-moleculen produceren

In eukaryoten wordt het DNA eerst getranscribeerd in een primair RNA, of pre-mRNA, dat verder kan worden verwerkt tot een volwassen mRNA om als sjabloon te dienen voor de synthese van eiwitten. In prokaryoten zoals bacteriën kan de vertaling van RNA in polypeptiden echter beginnen terwijl de transcriptie nog gaande is, aangezien RNA snel kan worden afgebroken. Transcriptie kan ook verschillende soorten RNA-moleculen produceren die niet voor eiwitten coderen, zoals microRNA's, tRansfer RNA (tRNA) en ribosomaal RNA (rRNA) - die allemaal bijdragen aan de eiwitsynthese.

Regulering van transcriptie staat centraal in ontwikkeling

Op enkele uitzonderingen na, bevatten alle cellen in het menselijk lichaam dezelfde genetische informatie, van neuronen in de hersenen tot spiercellen in het hart. Dus hoe nemen cellen zulke verschillende vormen en functies aan? Het antwoord ligt voor een groot deel in de regulering van transcriptie tijdens de ontwikkeling van het organisme. In het bijzonder speelt transcriptieregulatie een centrale rol bij celdifferentiatie - het proces waarbij gespecialiseerde cellen, zoals spiercellen, worden geproduceerd uit minder gespecialiseerde voorlopercellen. Om gespecialiseerde cellen te produceren, moeten sommige genen worden ingeschakeld en andere worden uitgeschakeld in de voorlopercellen.

Dit proces van celdifferentiatie wordt georkestreerd door DNA-bindende eiwitten, transcriptiefactoren genaamd, die het niveau van transcriptie regelen van genen die het lot van de cel kunnen bepalen. Bijvruim, vroeg tijdens de ontwikkeling van vertebraten ontvangen cellen in de ectodermlaag van het zich ontwikkelende embryo verschillende inductiesignalen van eiwitten zoals BMP, WNT en SHH. Deze signalen activeren transcriptiefactoren die een groot aantal genen in- of uitschakelen. Op deze manier bepaalt transcriptieregulatie of ectodermcellen huidcellen of cellen van het zenuwstelsel worden.

Reageren op de omgeving vereist vaak transcriptionele wijzigingen

Omgevingen zijn zelden langdurig stabiel. Denk bijvoorbeeld aan de veranderingen in temperatuur, neerslag en voedselbeschikbaarheid waaraan een plant van dag tot dag, en soms van uur tot uur, wordt blootgesteld. Om goed te kunnen functioneren, moeten individuele organismen op dergelijke omgevingsveranderingen reageren door belangrijke eigenschappen aan te passen, zoals hun groeisnelheid, immuniteit of gedrag. Deze aanpassingen vereisen vaak het verhogen of verlagen van het transcriptieniveau van grote aantallen genen. Bijvoorbeeld bij blootstelling aan droogte cDaarom passen Arabidopsis thaliana- planten snel de transcriptie van honderden genen aan om de wortelgroei te bevorderen en zo veel mogelijk water uit de bodem te halen.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter