Transzkripció: a DNS átírása és mRNS-képződés folyamata

Transzkripció: hogyan írja át az RNS-polimeráz a DNS-t mRNS-é, intronok kivágása és exonok összekapcsolása — áttekintés a génkifejeződés első lépéséről.

Az átírás (transzkripció) során a DNS-ből RNS készül: az információ egyik nukleinsavról a másikra másolódik. Egy speciális fehérjeenzim — az enzim családjába tartozó RNS‑polimeráz — olvassa le a DNS-szekvenciát és építi meg az arra komplementer RNS-szálat.

"Minden élőlény, számtalan variációjával együtt, egy majdnem azonos mikroszkopikus gépezetet használ génjeik leolvasására. Ez a gép - az RNS-polimeráz - felelős az átírásnak nevezett folyamatért, amely a DNS-ből RNS-t előállítva megteszi az első lépést az élet tervrajzának leolvasásában, amely minden génünkben kódolva van".

A transzkripció fő lépései

Általában három fő szakasz különíthető el:

• Iniciáció (megindulás): az RNS-polimeráz és segédfehérjéi (pl. eukariótákban általános transzkripciós faktorok) felismerik és kötődnek a génhez tartozó promóter régióhoz, majd megkezdik az RNS-szintézist a transzkripció starthelyén.
• Elongáció (lánchosszabbítás): az RNS-polimeráz végighalad a templátként szolgáló DNS-szakaszon, a templátszálat 3'→5' irányban olvassa, és az új RNS-szálat 5'→3' irányban építi.
• Termináció (lezárás): a polimeráz eléri a terminátor jelet vagy jeleket, amelyek hatására leáll a szintézis és az új RNS-molekula leválik a templátról.

Mi az a transzkripciós egység?

A DNS azon szakaszát, amelyet RNS-molekulává írnak át, transzkripciós egységnek nevezzük. Ez tipikusan a következő elemeket tartalmazza:

1. szabályozó szekvenciák, amelyek a gént aktiválják vagy elnyomják (pl. promóterek, enhancer-ek)
2. nem kódoló szekvenciák: intronok
3. kódoló szakaszok: amelyek a fehérje aminosavsorrendjét írják le — ezeket exonoknak nevezzük.

A DNS-replikációhoz hasonlóan a két DNS-szál közül csak az egyik szolgál sablonként. Ezt a szálat nevezzük sablonszálnak; ez adja a mintát az RNS-átirat nukleotid-sorrendjéhez. A másik szál a kódoló szál, amelynek szekvenciája megegyezik az újonnan képződő RNS-ével, kivéve, hogy az RNS-ben az uracil található timin helyett (timin kerül az uracil helyére a DNS-ben).

Eukarióták és prokarióták közötti fő különbségek

• Prokariótákban általában egyféle RNS‑polimeráz működik, és a transzkripció és a transzláció (fehérjeszintézis) egyszerre történhet a citoplazmában.
• Eukariótákban többféle RNS‑polimeráz létezik (pl. Pol I, Pol II, Pol III), a transzkripció a sejtmagban zajlik, és az előálló pre-mRNS jelentős feldolgozáson megy keresztül, mielőtt a citoplazmába kerülne.

RNS-feldolgozás (eukarióták)

A legtöbb eukarióta génről először egy pre‑messenger RNS (pre‑mRNS) keletkezik. Ezt követik a kulcsfontosságú módosítások:

• 5' sapka képződése: egy módosított guanozinnal történő toldás a 5' végre, ami véd a lebomlástól és segíti az iniciációt a transzláció során.
• splicing (kiszerkesztés): a intronok eltávolítása és az exonok összeillesztése a spliceoszóma (kis nukleáris RNS-fehérje komplexek) segítségével. Ennek során alternatív splicing révén egy gén többféle mRNS‑t és így különböző fehérjéket is eredményezhet.
• 3' poli(A)-farok hozzáadása: a poliadenilációs jel felismerése után a pre-mRNS 3' végéhez hosszú A-sorozat (poli(A)-farok) kapcsolódik, ami stabilizálja az mRNS-t és részt vesz a transzlációs hatékonyság szabályozásában.

Szabályozás és kontroll

A transzkripció erősen szabályozott folyamat. Szabályozó elemek és fehérjék (transzkripciós faktorok, aktivátorok, represszorok) határozzák meg, hogy egy gén mikor, hol és milyen mértékben íródjon át. Ezen kívül epigenetikai jelzések (pl. DNS-metiláció, hiszton-modifikációk) is befolyásolják a kromatin hozzáférhetőségét és a gének átírhatóságát.

Műszaki és történeti megjegyzés

Az RNS-polimeráz a DNS-templát szálon lévő gén (promóter) környezetéhez kötődik, és a templát 3'→5' irányába halad, miközben az új RNS-szál 5'→3' irányban épül. A baktériumoknál a promóterfelismerésben a sigma faktorok játszanak kulcsszerepet; eukariótákban a TATA-box és más promoter‑elemek, valamint általános transzkripciós faktorok irányítják az iniciációt.

Az átírás biokémiai és molekuláris alapjainak feltárásáért Roger D. Kornberg 2006-ban kémiai Nobel-díjat kapott "az eukarióta transzkripció molekuláris alapjainak vizsgálatáért".

Miért fontos az mRNS?

A kész terméket hírvivő RNS-nek (mRNS) nevezzük, mert a DNS-ben tárolt genetikai információt továbbítja a sejt fehérjeszintetizáló gépezetéhez, a riboszómákhoz. Az mRNS-en található három bázisból álló kódonok határozzák meg, mely aminosavakat építsék be a keletkező fehérjébe — így a transzkripció az első, elengedhetetlen lépés a gének kifejeződésében (gének kifejeződése).

Kérdések és válaszok

K: Mi az az átírás?

K: Mivé válik az átírás által létrehozott megfelelő RNS-szál?

K: Mi történik a pre-messenger RNS-szel, miután elkészült?

K: Mit csinál az mRNS?

K: Mi az a transzkripciós egység?

K: Melyik DNS-szálról olvassa le az mRNS-t az átírás során?

K: Ki nyerte el a 2006-os kémiai Nobel-díjat az eukarióta transzkripcióval kapcsolatban?

Keresés betűvel