Транскрипция (генетика)¶

Транскрипция — процесс синтеза молекулы РНК на матрице ДНК, один из ключевых этапов реализации генетической информации в клетке. В ходе транскрипции последовательность нуклеотидов ДНК переносится в комплементарную последовательность РНК, которая затем участвует в синтезе белка (трансляция) или выполняет собственные функции. Процесс осуществляется ферментами РНК-полимеразами и характерен для всех живых организмов — от бактерий до эукариот.

¶Общие сведения

Транскрипция относится к процессам, связывающим генотип и фенотип: ДНК хранит информацию, РНК переносит её, белок выполняет функцию. В отличие от репликации, при транскрипции синтезируется лишь один из двух цепей ДНК — матричная (нитеминус, или антисмысловая), комплементарная синтезируемой РНК. Другая цепь (нитьплюс, смысловая) по последовательности совпадает с РНК (с заменой тимина на урацил).

Транскрипция подразделяется на три этапа:

1. Инициация — узнавание промотора РНК-полимеразой, формирование открытого комплекса и выход полимеразы на транскрибируемую последовательность.
2. Элонгация — построение цепи РНК в направлении 5′→3′ с комплементарным спариванием оснований.
3. Терминация — освобождение полимеразы и готовой РНК от матрицы.

¶Транскрипция у прокариот

У бактерий транскрипцию катализирует единственная РНК-полимераза — фермент, состоящий из субъединиц α₂ββ′ω. К ферменту присоединяется сигма-фактор, образуя холофермент, способный узнавать промотор. Промоторы прокариот содержат консервативные элементы — «-10» последовательность (прайм-бокс, TATAAT) и «-35» последовательность (TTGACA), расположенные относительно точки старта транскрипции.

Элонгация у прокариот происходит со скоростью около 40–80 нуклеотидов в секунду. Терминация бывает двух типов: ро-независимая (формирование шпильки в РНК) и ро-зависимая (белок-фактор ро раскручивает гибрид ДНК-РНК).

У прокариот транскрипция и трансляция синхронизированы во времени и пространстве — РНК начинает переводиться на рибосомах ещё до завершения её синтеза.

¶Транскрипция у эукариот

У эукариотических клеток существуют три типа РНК-полимераз:

Промоторы эукариот, в отличие от прокариотических, требуют участия множества транскрипционных факторов, формирующих преинициационный комплекс. Для РНК-полимеразы II ключевым элементом промотора является TATA-бокс, расположенный примерно в −25 позиции относительно точки старта.

Важное отличие эукариотической транскрипции — наличие процессинга первичного транскрипта (пре-мРНК): 5′-кэпа, полиаденилирования 3′-конца и сплайсинга (удаления интронов и соединения экзонов). Сплайсинг катализируется сплайсеосомой — комплексом из малых ядерных РНК и белков.

¶Регуляция транскрипции

Транскрипция является основной точкой контроля экспрессии генов. Регуляция осуществляется на уровне:

• Промоторной активности — связывания активаторов и репрессоров с ДНК.
• Эпигенетических модификаций — метилирования ДНК (как правило, подавляет транскрипцию) и ацетилирования гистонов (облегчает доступ полимеразы).
• Дистальных элементов — энхансеров и супрессоров, работающих на расстоянии от гена.

¶Биологическое значение

Транскрипция обеспечивает копирование генетической информации в форме, пригодной для дальнейшего использования. Дифференциальная транскрипция генов лежит в основе специализации клеток многоклеточных организмов: все клетки организма содержат одинаковый набор генов, но транскрибируют разные их подмножества. Нарушения транскрипции связаны с рядом патологий, включая онкологические заболевания и нейродегенеративные расстройства.

¶Исторические сведения

Процесс транскрипции был экспериментально подтверждён в конце 1950-х — начале 1960-х годов. Ключевой вклад внесли работы Франсуа Жакоба и Жака Моно, а также открытие РНК-полимеразы в 1960 году независимыми группами (Северо-Западный университет, Чикагский университет). В 2006 году Роджер Корнберг получил Нобелевскую премию по химии за исследования молекулярных механизмов транскрипции эукариот.

¶Источники

• Альбертс Б. и др. «Молекулярная биология клетки»
• Льюин Б. «Гены»
• Войтенко Н.В., Дьяков М.С. «Молекулярная биология»
• Watson J.D. et al. «Molecular Biology of the Gene»