Transcriptie

Overzicht

Transcriptie is het proces waarbij RNA-polymerase RNA synthetiseert uit een DNA-sequentie. 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 correcte synthese van messenger-RNA (mRNA). Door de transcriptie te reguleren kunnen verschillende soorten cellen differentiëren om de correcte cellulaire respons te hebben 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 template te dienen voor de synthese van eiwitten. In prokaryoten zoals bacteriën kan de translatie van RNA in polypeptiden echter beginnen terwijl de transcriptie nog gaande is, omdat 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. De regulering van transcriptie speelt met name 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 in de voorlopercellen worden ingeschakeld en andere worden uitgeschakeld.

Dit proces van celdifferentiatie wordt georkestreerd door DNA-bindende eiwitten, transcriptiefactoren genaamd, die transcriptie van genen regelen om zo het lot van de cel te kunnen bepalen. Tijdens de ontwikkeling van vertebraten ontvangen cellen in de ectodermlaag van het zich ontwikkelende embryo bijvoorbeeld 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 de transcriptieregulatie of ectodermcellen uiteindelijk 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 hun gedrag. Het transcriptieniveau van een groot aantallen genen moet daarom verhoogd of verlaagd worden. Bij de blootstelling aan droogte passen Arabidopsis thaliana- planten bijvoorbeeld snel de transcriptie van honderden genen aan om de wortelgroei te bevorderen en zo veel mogelijk water uit de bodem te halen.