Meccanismi di Trascrizione in Biologia Moleculare
A trascrizione hè un prucessu fundamentale in a biologia moleculare chì cunnetta l'infurmazione genetica in u DNA cù a pruduzzione di molecule di RNA. Attraversu a trascrizione, a sequenza di nucleotidi in u DNA hè "tradotta" in RNA, chì pò tandu agisce cum'è RNA messaggeru (mRNA) per a sintesi di proteine, o cum'è altri RNA funziunali cum'è rRNA è tRNA. Stu prucessu hè una parte essenziale di u dogma cintrale di a biologia: DNA → RNA → Proteina. Mentre pò sembrà simplice, a trascrizione implica una seria di passi urganizati, vari enzimi è una regulazione stretta in modu chì e cellule possinu sprime i geni precisamente cum'è necessariu.
Cuncetti basi di trascrizione
In a trascrizione, solu unu di i filamenti di DNA hè adupratu cum'è filamentu mudellu. L'enzima RNA polimerasi leghje u filamentu mudellu da 3' à 5' è sintetizza novu RNA in a direzzione da 5' à 3'. A sequenza di RNA risultante hè cumplementare à u filamentu mudellu di DNA, cù una differenza impurtante: l'RNA usa a basa uracile (U) invece di timina (T). Cusì, se A hè presente in u DNA, U hè a coppia di basi in l'RNA, è se C hè presente, G hè a coppia di basi (è vice versa).
A trascrizione pò accade in diversi tipi di geni. I geni chì codificanu e proteine producenu mRNA, mentre chì altri geni ponu pruduce RNA non codificante chì ùn hè micca traduttu in proteine ma hà funzioni strutturali è regulatorie, cum'è rRNA (blocchi di custruzzione ribosomiali), tRNA (trasportatori di aminoacidi), snRNA (splicing) è vari tipi di miRNA/lncRNA chì regulanu l'espressione genica.
Cumponenti principali è differenze trà procarioti è eucarioti
In i procarioti (per esempiu, i batteri), u prucessu di trascrizione hè relativamente simplice. Ci hè generalmente una sola RNA polimerasi primaria, aiutata da un fattore sigma, chì ricunnosce u promotore. Inoltre, postu chì i batteri ùn anu micca un nucleu, a trascrizione è a traduzzione ponu accade simultaneamente in siti adiacenti.
In cuntrastu, in l'eucarioti (per esempiu, l'umani), a trascrizione hè più cumplessa. Parechje RNA polimerasi sò prisenti: RNA polimerasi I (trascrive certi rRNA), RNA polimerasi II (trascrive mRNA è certi snRNA/miRNA), è RNA polimerasi III (trascrive tRNA è 5S rRNA). Inoltre, u DNA eucarioticu hè imballatu in a cromatina, dunque l'accessu à i geni richiede una regulazione supplementaria, cumprese a mudificazione di l'istoni, u rimodellamentu di a cromatina è diversi fattori di trascrizione generali è specifichi.
Fase 1: Inizio di a trascrizione
L'iniziu hè a tappa iniziale quandu a machina di trascrizione hè assemblata in u locu currettu nantu à l'ADN. Stu prucessu principia cù u ricunniscimentu di un promotore, una sequenza di ADN specifica à monte di un genu chì determina u puntu di partenza di a trascrizione.
Iniziazione in procarioti
In i batteri, i fattori sigma aiutanu l'ARN polimerasi à ricunnosce elementi impurtanti di u promotore cum'è a scatula di Pribnow è a scatula 35. Dopu chì l'ARN polimerasi si lega à u promotore, si forma un "cumplessu chjusu". U DNA intornu à u puntu di partenza si sviluppa tandu parzialmente, furmendu un "cumplessu apertu", chì permette à l'ARN polimerasi di cumincià à assemblà i primi nucleotidi d'ARN.
Iniziazione in eucarioti
In l'eucarioti, l'iniziazione implica parechje proteine. In i geni trascritti da l'ARN polimerasi II, i promotori spessu (ancu s'ellu ùn hè micca sempre) cuntenenu elementi cum'è una scatula TATA. A proteina legante TATA (TBP), parte di u cumplessu TFIID, ricunnosce a scatula TATA è recluta altri fattori di trascrizione generali (TFIIA, TFIIB, TFIIE, TFIIF è TFIIH) è ancu l'ARN polimerasi II. Stu cumplessu hè chjamatu cumplessu di pre-iniziazione.
TFIIH ghjoca un rollu cruciale perchè hà attività di elicasi (svolgimentu di u DNA) è di chinasi, chì fosforila u CTD (duminiu C-terminale) di l'ARN polimerasi II. A fosforilazione di CTD aiuta l'ARN polimerasi II à "liberà" da u promotore è à entre in a fase di allungamentu, mentre furnisce ancu una piattaforma per e proteine chì processanu l'ARN.
Fase 2: Allungamentu di a trascrizione
Dopu l'iniziu, l'ARN polimerasi si move longu u DNA mudellu è allunga a catena d'ARN. I nucleotidi d'ARN (ATP, UTP, GTP, CTP) sò aghjunti unu per unu, à misura chì si verificanu coppie di basi. Durante l'allungamentu, l'ARN polimerasi forma una bolla di trascrizione induve l'ADN si svolge temporaneamente. Daretu à a polimerasi, l'ADN si svolge, mentre l'ARN appena furmatu esce da u cumplessu enzimaticu.
L'allungamentu hà ancu un mecanismu di correzione di bozze limitatu. S'ellu si verifica un errore di accoppiamentu, l'ARN polimerasi pò mette in pausa è curregge l'errore tagliendu l'estremità sbagliata di l'ARN, poi cuntinuà a sintesi.
In l'eucarioti, l'allungamentu hè spessu accumpagnatu da una regulazione supplementaria, cum'è a pausa di l'ARN polimerasi II vicinu à u promotore. Questa pausa hè essenziale per a regulazione genica coordinata è a preparazione per una trascrizione rapida quandu a cellula riceve signali specifici.
Fase 3: Terminazione di a trascrizione
A terminazione hè u prucessu di piantà a trascrizione è liberà l'ARN è l'ARN polimerasi da l'ADN.
Terminazione in i procarioti
Ci sò dui meccanismi principali:
1. Terminazione intrinseca (indipendente da rho): u DNA hà una sequenza chì produce RNA riccu in GC chì forma una struttura a forcina, seguita da una sequenza ricca in U. A forcina face chì l'RNA polimerasi si fermi è u ligame RNA-DNA s'indebulisce in modu chì u cumplessu si dissocia.
2. Terminazione dipendente da Rho: A proteina rho (elicasi) si attacca à l'ARN è si move dopu à ellu finu à ch'ella ghjunghje à l'ARN polimerasi in pausa, poi libera l'ARN da u cumplessu di trascrizione.
Terminazione in eucarioti (RNA polimerasi II)
In parechji geni, l'ARN polimerasi II passa un signale di poliadenilazione (per esempiu, AAUAAA in l'ARN) è hè poi scissa da un cumplessu di trasfurmazione. Dopu a scissione, a terminazione pò accade via un mudellu "siluro" (un enzima esonucleasi degrada l'ARN restante è caccia a polimerasi) o un mudellu di cambiamentu cunfurmazionale cumplessu. A terminazione in l'ARN polimerasi I è III hà un mecanismu differente, più specificu di sequenza.
Trasfurmazione di l'ARN in eucarioti: da u pre-mRNA à l'mRNA maturu
Una differenza maiò trà i procarioti è l'eucarioti hè chì l'ARNm eucariotu generalmente deve esse processatu prima di pudè esse traduttu. Stu processu si faci in modu co-trascrizionale (inseme cù a trascrizione) è include:
1. Attaccu di u cappucciu 5': Aggiunta di un gruppu 7-metilguanosina à l'estremità 5'. U cappucciu prutege l'ARN da a degradazione, aiuta l'esportazione versu u citoplasma, è hè essenziale per l'iniziu di a traduzzione.
2. Splicing: Rimozione di introni è splicing di esoni da u spliceosoma. U splicing alternativu pò pruduce parechje isoforme di proteine da un unicu genu, aumentendu a diversità di u proteoma.
3. Poliadenilazione (coda poli-A): Aggiunta di una coda poli-A à l'estremità 3'. Questa coda aumenta a stabilità di l'mRNA, aiuta l'esportazione è influenza l'efficienza di a traduzzione.
L'ARN micca trasfurmatu (pre-mRNA) ùn hè generalmente micca traduttu. U sistema di cuntrollu di qualità di a cellula cunserverà o degraderà l'ARN difettu.
Regulazione trascrizionale: perchè ùn sò micca tutti i geni attivi tuttu u tempu?
A trascrizione hè u puntu di cuntrollu principale per l'espressione genica. E cellule regulanu quali geni sò attivi, a forza cù a quale sò trascritti è quandu a trascrizione deve esse fermata. Questa regulazione permette à e cellule di risponde à i cambiamenti ambientali, i signali ormonali, u stress o i bisogni di sviluppu.
In i procarioti, a regulazione implica spessu operoni, cum'è l'operone lac, chì attiva l'enzima chì scinde u lattosiu solu quandu u lattosiu hè presente. I fattori repressori è attivatori ponu inibisce o aumentà u recrutamentu di l'ARN polimerasi.
In l'eucarioti, a regulazione hè più cumplessa. Elementi cum'è l'enhancers è i silenziatori ponu esse situati luntanu da u promotore, ma influenzanu l'attività trascrizionale per via di u plegamentu di u DNA è di l'interazzione trà e proteine. Inoltre, e cundizioni di a cromatina (per esempiu, l'acetilazione di l'istone, chì rende u DNA più "apertu") determinanu significativamente se un genu hè accessibile à a machina trascrizionale.
Penutup
U mecanismu di trascrizione hè à u core di cumu l'infurmazione genetica hè espressa in RNA, sia cum'è intermediariu per a sintesi di e proteine sia cum'è una molécula funzionale chì svolge roli regulatori è strutturali. Stu prucessu si faci attraversu trè tappe principali - iniziazione, allungamentu è terminazione - cù una cumplessità variabile trà procarioti è eucarioti. In l'eucarioti, a trascrizione hè strettamente integrata cù u processu di l'RNA cum'è a furmazione di u cap 5', u splicing è a poliadenilazione. Siccomu a trascrizione hè ancu sottumessa à una regulazione altamente regulata, capisce stu prucessu hè cruciale in una vasta gamma di campi, da a genetica è a biotecnologia à a medicina moleculare, cumprese a comprensione di e malatie chì implicanu una espressione genica alterata.
