Transkripció (biológia) - Transcription (biology)
A transzkripció a DNS egy szegmensének RNS -be történő másolása. Az RNS -molekulákba átírt DNS -szegmensek, amelyek fehérjéket kódolhatnak, állítólag hírvivő RNS -t (mRNS) termelnek . A DNS más szegmenseit RNS-molekulákba másolják, amelyeket nem kódoló RNS-eknek (ncRNS -eknek ) neveznek . Egy adott szövetben több sejttípust átlagolva az mRNS mennyisége több mint 10 -szerese az ncRNS mennyiségének (bár különösen az egyes sejttípusok ncRNS -jei meghaladhatják az mRNS -eket). Az mRNS általános túlsúlya a sejtekben akkor is érvényes, ha az emberi genom kevesebb, mint 2% -a átírható mRNS -be ( humán genomot kódoló vs. nem kódoló DNS ), míg az emlősök genomiális DNS -ének legalább 80% -a aktívan átírható. egy vagy több típusú sejt), ennek többsége 80% -a ncRNS.
Mind a DNS-t és RNS nukleinsavak , amelyek használata bázispár a nukleotidok , mint egy komplementer nyelv. A transzkripció során a DNS -szekvenciát egy RNS -polimeráz olvassa le, amely egy komplementer, anti -párhuzamos RNS -szálat állít elő, amelyet primer transzkriptnek neveznek .
Az átírás a következő általános lépésekben történik:
- Az RNS polimeráz egy vagy több általános transzkripciós faktorral együtt kötődik a promoter DNS -hez .
- Az RNS -polimeráz transzkripciós buborékot hoz létre , amely elválasztja a DNS -spirál két szálát. Ez a komplementer DNS nukleotidok közötti hidrogénkötések megszakításával történik .
- Az RNS polimeráz RNS nukleotidokat ad hozzá (amelyek komplementerek egy DNS szál nukleotidjaival).
- Az RNS-polimeráz segítségével RNS-cukor-foszfát-gerinc képződik, és így RNS-szál képződik.
- Az RNS -DNS hélix hidrogénkötései megszakadnak, felszabadítva az újonnan szintetizált RNS -szálat.
- Ha a sejt maggal rendelkezik , az RNS tovább feldolgozható. Ez magában foglalhatja a poliadenilezést , a lezárást és az összeillesztést .
- Az RNS a sejtmagban maradhat, vagy kiléphet a citoplazmába a nukleáris póruskomplexen keresztül .
Ha a DNS -szakaszt átírják egy fehérjét kódoló RNS -molekulába , az RNS -t hírvivő RNS -nek (mRNS) nevezik ; az mRNS viszont sablonként szolgál a fehérje transzláció révén történő szintéziséhez . A DNS más szakaszai átírhatók kis, nem kódoló RNS-ekbe , például mikroRNS-be , transzfer RNS-be (tRNS), kis nukleáris RNS-be (snoRNS), kis nukleáris RNS-be (snRNS) vagy enzimatikus RNS-molekulákba, ribozimekbe , valamint nagyobb, nem kódoló RNS-ek, például riboszómális RNS (rRNS) és hosszú, nem kódoló RNS (lncRNS). Összességében az RNS segít a fehérjék szintézisében, szabályozásában és feldolgozásában; ezért alapvető szerepet játszik a sejten belüli funkciók ellátásában.
A virológiában a transzkripció kifejezést akkor is használhatjuk, ha RNS -molekula mRNS -szintézisére utalunk (azaz egyenértékű az RNS -replikációval). Például egy negatív értelemben vett egyszálú RNS (ssRNS-) vírus genomja sablon lehet egy pozitív értelemben vett egyszálú RNS (ssRNS +) számára. Ennek oka, hogy a pozitív értelemben vett szál tartalmazza a vírusreplikációhoz szükséges vírusfehérjék lefordításához szükséges szekvenciainformációt . Ezt a folyamatot katalizálja egy vírusos RNS -replikáz .
Háttér
Egy fehérjét kódoló DNS -transzkripciós egység tartalmazhat egy kódolószekvenciát , amelyet a fehérjévé alakítunk át, és szabályozó szekvenciákat , amelyek irányítják és szabályozzák a fehérje szintézisét. A kódoló szekvencia előtti (" upstream ") szabályozó szekvenciát öt első lefordítatlan régiónak (5'UTR) nevezzük ; a kódoló szekvencia utáni (" downstream ") szekvenciát három elsődleges lefordítatlan régiónak (3'UTR) nevezzük .
A DNS -replikációval szemben a transzkripció egy RNS -komplementet eredményez, amely tartalmazza az uracil (U) nukleotidot minden olyan esetben, amikor a timin (T) előfordulhatott volna egy DNS -komplementben.
A két DNS -szál közül csak az egyik szolgál sablonként a transzkripcióhoz. A DNS antiszensz szálát RNS polimeráz olvassa le a 3 'végétől az 5' végéig a transzkripció során (3 '→ 5'). A komplementer RNS ellentétes irányban, 5 '→ 3' irányban jön létre, illeszkedve az érzékszál szekvenciájához, kivéve az uracil timinnak való átváltását. Ez az irányvonal az, hogy az RNS polimeráz csak nukleotidokat képes hozzáadni a növekvő mRNS lánc 3 'végéhez. Ez a csak a 3 '→ 5' DNS -szál használata kiküszöböli a DNS -replikációban látható Okazaki -fragmensek szükségességét . Ez azt is megszünteti, hogy szükség van egy RNS -primerre az RNS -szintézis elindításához, mint a DNS -replikáció esetében.
A DNS nem mintás (érzéki) szálát kódoló szálnak nevezik , mivel szekvenciája megegyezik az újonnan létrehozott RNS -transzkriptummal (kivéve az uracil timinnal való helyettesítését). Ezt a szálat szokásosan használják a DNS -szekvencia bemutatásakor.
A transzkripciónak van némi lektorálási mechanizmusa, de ezek kevésbé és kevésbé hatékonyak, mint a DNS -másolás kontrolljai. Ennek eredményeként a transzkripció alacsonyabb másolási pontossággal rendelkezik, mint a DNS -replikáció.
Főbb lépések
A transzkripció iniciációra , promóter menekülésre , megnyúlásra és terminációra oszlik .
Az átírás beállítása
Javítók, transzkripciós faktorok, közvetítő komplex és DNS -hurkok az emlősök transzkripciójában
Az emlősökben a transzkripció beállítását számos cisz-szabályozó elem szabályozza , beleértve a mag promóterét és a promoter-proximális elemeket , amelyek a gének transzkripciós kezdőhelyei közelében találhatók . A mag promóterek az általános transzkripciós faktorokkal kombinálva elegendőek a transzkripció iniciálásához, de általában alacsony az alapaktivitásuk. Más fontos cisz-szabályozó modulok olyan DNS-régiókban találhatók, amelyek távol vannak a transzkripció kezdőhelyeitől. Ezek közé tartoznak a fokozók , a hangtompítók , a szigetelők és a rögzítőelemek. Ezen elemek között az erősítők és a hozzájuk tartozó transzkripciós faktorok vezető szerepet játszanak a géntranszkripció elindításában. Egy gén promóterétől távoli DNS-régióban lokalizált erősítő nagyon nagy hatással lehet a géntranszkripcióra, egyes gének akár 100-szorosát is megnövelhetik a transzkripcióban egy aktivált fokozó miatt.
Az erősítők a genom azon régiói, amelyek fő génszabályozó elemek. Az erősítők szabályozzák a sejttípus-specifikus géntranszkripciós programokat, leggyakrabban azáltal, hogy nagy távolságokon keresztül hurkolnak, hogy fizikai közelségbe kerüljenek a célgénjeik promótereivel. Míg több százezer fokozó DNS -régió létezik, egy bizonyos típusú szövet esetében csak specifikus erősítők kerülnek közelebb az általuk szabályozott promoterekhez. Az agykérgi idegsejteken végzett vizsgálat során 24 937 hurkot találtak, amelyek fokozókat hoztak a célpromóterekbe. Több erősítő, mindegyik gyakran tízezrek vagy százezrek nukleotidjainál, távol a célgénektől, hurokba lép a célgén -promótereikhez, és összehangolódhatnak egymással, hogy ellenőrizzék közös célgénjük átírását.
A vázlatos illusztráció ebben a részben azt mutatja, hogy egy erősítő ciklikusan körbejár, hogy fizikai célközeli helyzetbe kerüljön egy célgén promóterével. A hurkot egy összekötő fehérje dimerje stabilizálja (pl. CTCF vagy YY1 dimer ), a dimer egyik tagja a kötőmotívumhoz van erősítve az erősítőn , a másik tagja pedig a kötőmotívumhoz rögzítve a promoteren (a piros cikcakkok az ábrán). Számos sejtfunkció-specifikus transzkripciós faktor (körülbelül 1600 transzkripciós faktor van egy emberi sejtben) általában kötődik az erősítő specifikus motívumaihoz, és ezeknek az erősítőhöz kötött transzkripciós faktoroknak egy kis kombinációja szabályozza, amikor a DNS-hurok közel hozza a promoterhez. a célgén transzkripciójának szintje. A mediátor (egy komplex, amely általában körülbelül 26 fehérjéből áll, kölcsönhatásba lépő szerkezetben) közvetlenül a promóterhez kötött RNS polimeráz II (pol II) enzimhez kommunikálja a fokozó DNS-hez kötött transzkripciós faktorok szabályozási jeleit.
Az aktiválók, ha aktívak, általában a DNS mindkét szálából íródnak át , és RNS polimerázok két különböző irányban hatnak, és két erősítő RNS -t (eRNS -t) termelnek, amint az az ábrán látható. Egy inaktív fokozót köthet egy inaktív transzkripciós faktor. A transzkripciós faktor foszforilezése aktiválhatja azt, és ez az aktivált transzkripciós faktor aktiválhatja azt a fokozót, amelyhez kötődik (lásd az ábrán a kis vörös csillagot, amely a fokozóhoz kötött transzkripciós faktor foszforilációját képviseli). Az aktivált fokozó megkezdi RNS -jének átírását, mielőtt aktiválja a hírvivő RNS transzkripcióját a célgénből.
CpG sziget metilezése és demetilezése
A transzkripció szabályozását a promoterek körülbelül 60% -ánál a citozinek metilálásával is szabályozzák a CpG dinukleotidokban (ahol az 5' -citozint 3' -guanin- vagy CpG -helyek követik ). Az 5-metil-citozin (5 mC) a DNS bázis citozin metilált formája (lásd az ábrát). Az 5 mC egy epigenetikus marker, amely elsősorban a CpG helyeken található. Körülbelül 28 millió CpG dinukleotid fordul elő az emberi genomban. Az emlősök legtöbb szövetében átlagosan a CpG citozinek 70-80% -a metilálódik (5-metilCpG vagy 5-mCpG képződik). Az 5'-citozin-guanin 3 'szekvenciákban található metilezett citozinek gyakran csoportokban, CpG-szigeteken fordulnak elő . A promoterszekvenciák körülbelül 60% -ának van CpG -szigete, míg az enhancer -szekvenciáknak csak körülbelül 6% -ának van CpG -szigete. A CpG -szigetek szabályozó szekvenciákat alkotnak, mivel ha a CpG -szigetek metileződnek egy gén promoterében, ez csökkentheti vagy elnémíthatja a gén transzkripcióját.
A DNS -metilezés szabályozza a gén transzkripcióját a metil -kötő domén (MBD) fehérjékkel, például MeCP2, MBD1 és MBD2. Ezek az MBD fehérjék kötődnek legerősebben az erősen metilezett CpG szigetekhez . Ezeknek az MBD-fehérjéknek egyaránt van metil-CpG-kötő doménje, valamint transzkripciós repressziós doménje. Metilált DNS -hez kötődnek, és kromatin -átalakító és/vagy hiszton -módosító aktivitással vezetik vagy irányítják a fehérjekomplexeket a metilezett CpG -szigetekhez. Az MBD -fehérjék általában elnyomják a helyi kromatint, például katalizálják a represszív hisztonjelek bevezetését, vagy nukleoszóma -átalakítással és kromatin -átszervezéssel általános represszív kromatin -környezetet hoznak létre.
Amint azt az előző részben említettük, a transzkripciós faktorok olyan fehérjék, amelyek specifikus DNS -szekvenciákhoz kötődnek, hogy szabályozzák egy gén expresszióját. A transzkripciós faktor kötődési szekvenciája a DNS -ben általában körülbelül 10 vagy 11 nukleotid. Ahogy 2009 -ben összefoglaltuk, Vaquerizas et al. jelezte, hogy körülbelül 1400 különböző transzkripciós faktort kódolnak az emberi genomban olyan gének, amelyek az összes humán fehérjét kódoló gén körülbelül 6% -át teszik ki. A jelre reagáló génekhez társuló transzkripciós faktor kötőhelyek (TFBS-ek) körülbelül 94% -a fokozókban fordul elő, míg az ilyen TFBS-eknek csak körülbelül 6% -a fordul elő a promoterekben.
Az EGR1 fehérje egy speciális transzkripciós faktor, amely fontos a CpG szigetek metilezésének szabályozásában. Az EGR1 transzkripciós faktor kötőhelye gyakran az enhancer vagy promoter szekvenciákban található. Az emlősök genomjában körülbelül 12 000 kötőhely található az EGR1 -hez, és az EGR1 -kötőhelyek körülbelül fele a promoterekben, fele pedig az erősítőkben található. Az EGR1 kötődése a cél DNS kötőhelyéhez érzéketlen a citozin metilációjára a DNS -ben.
Míg a nem stimulált sejtekben csak kis mennyiségű EGR1 transzkripciós faktor fehérje mutatható ki, az EGR1 gén fehérjévé történő transzlációja egy órával a stimuláció után drasztikusan megemelkedik. Az EGR1 transzkripciós faktor fehérjék különböző sejttípusokban történő expresszióját növekedési faktorok, neurotranszmitterek, hormonok, stressz és sérülések stimulálhatják. Az agyban, amikor a neuronok aktiválódnak, az EGR1 fehérjék felülszabályozódnak, és kötődnek (toboroznak) a már meglévő TET1 enzimekhez, amelyek erősen kifejeződnek az idegsejtekben. A TET enzimek katalizálhatják az 5-metil-citozin demetilezését. Amikor az EGR1 transzkripciós faktorok a TET1 enzimeket a promoterek EGR1 kötőhelyeire hozzák, a TET enzimek demetilezhetik a metilezett CpG szigeteket ezeknél a promotereknél. Demetilezés után ezek a promoterek elindíthatják célgénjeik transzkripcióját. Az idegsejtekben található gének százai differenciálisan expresszálódnak az idegsejtek aktiválása után a TET1 EGR1 toborzása révén a promotereikben lévő metilezett szabályozó szekvenciákhoz.
A promóterek metilezése is megváltozik a jelek hatására. A három emlős DNS -metiltranszfer (DNMT1, DNMT3A és DNMT3B) katalizálja a metilcsoportok citozinekhez történő hozzáadását a DNS -ben. Míg a DNMT1 „karbantartó” metiltranszferáz, a DNMT3A és a DNMT3B új metilációkat tud végrehajtani. A DNMT3A génből két illesztési fehérje izoformát is előállítanak: a DNMT3A1 és a DNMT3A2 DNS metiltranszferáz fehérjéket.
A DNMT3A2 illesztési izoforma úgy viselkedik, mint egy klasszikus közvetlen-korai gén terméke, és például erőteljesen és átmenetileg keletkezik az idegsejtek aktiválása után. Ahol a DNMT3A2 DNS -metiltranszferáz -izoform kötődik, és metilcsoportokat ad hozzá a citozinekhez, úgy tűnik, a transzláció utáni hisztonok határozzák meg.
Másrészt az idegi aktiváció a DNMT3A1 lebomlását okozza, amelyet legalább egy értékelt célzott promoter csökkent metilációja kísér.
Megindítás, inicializálás
A transzkripció azzal kezdődik, hogy az RNS-polimeráz egy vagy több általános transzkripciós faktorral együtt egy specifikus DNS-szekvenciához kötődik , amelyet " promóternek " neveznek, hogy RNS polimeráz-promoter "zárt komplexet" hozzon létre. A "zárt komplexben" a promoter DNS még teljesen kettős szálú.
Az RNS-polimeráz, amelyet egy vagy több általános transzkripciós faktor segít, majd körülbelül 14 bázispár DNS-t tekercsel, hogy RNS-polimeráz-promoter "nyílt komplexet" képezzen. A "nyílt komplexben" a promoter DNS részben letekeredett és egyszálú. Az exponált, egyszálú DNS-t "transzkripciós buboréknak" nevezik.
Az RNS polimeráz, amelyet egy vagy több általános transzkripciós faktor segít, kiválasztja a transzkripció kezdőhelyét a transzkripciós buborékban, kötődik egy iniciáló NTP -hez és egy kiterjesztő NTP -hez (vagy egy rövid RNS primerhez és egy kiterjesztő NTP -hez), amely kiegészíti a transzkripció kezdőhely -szekvenciáját és katalizálja a kötésképződést, és így kap egy kezdeti RNS -terméket.
A baktériumokban az RNS polimeráz holoenzim öt alegységből áll: 2 α alegységből, 1 β alegységből, 1 β 'alegységből és 1 ω alegységből. A baktériumokban egy általános RNS transzkripciós faktor létezik, amelyet szigma faktornak neveznek . Az RNS polimeráz mag enzim a bakteriális általános transzkripciós (szigma) faktorhoz kötődve RNS polimeráz holoenzimet képez, majd egy promoterhez kötődik. (Az RNS polimerázt holoenzimnek nevezik, ha a szigma alegység a mag enzimhez kapcsolódik, amely 2 α alegységből, 1 β alegységből, 1 β 'alegységből áll). Az eukariótákkal ellentétben a születő bakteriális mRNS kezdő nukleotidját nem korlátozzák módosított guanin -nukleotiddal. A bakteriális transzkriptumok iniciáló nukleotidja 5 ′ trifoszfátot (5′-PPP) hordoz, amely felhasználható a transzkripciós iniciációs helyek genomszintű feltérképezésére.
Az archaeában és az eukariótákban az RNS polimeráz olyan alegységeket tartalmaz, amelyek homológok a baktériumok öt RNS polimeráz alegysége mindegyikével, és további alegységeket is tartalmaz. Az archaeában és az eukariótákban a bakteriális általános transzkripciós faktor szigma funkcióit több, együtt működő általános transzkripciós faktor látja el. Az archaeában három általános transzkripciós faktor létezik: TBP , TFB és TFE . Eukariótákban, az RNS-polimeráz-II -függő transzkripciós, hat az általános transzkripciós faktorok: TFIIA , TFIIB (egy ortológ a archaeal TFB), TFII D (a több alegységes tényező, amelyben a kulcsot alegység, TBP , egy ortológja a archaeal TBP), TFIIE (a régészeti TFE ortológusa ), TFIIF és TFIIH . A TFIID az első komponens, amely a TBP kötődése miatt kötődik a DNS -hez, míg a TFIIH az utolsó felveendő komponens. Az archaeában és az eukariótákban az RNS polimeráz-promoter zárt komplexet általában " preinitációs komplex " -nek nevezik .
A transzkripció iniciálását további fehérjék szabályozzák, amelyeket aktivátoroknak és represszoroknak neveznek , és bizonyos esetekben társított koaktivátorok vagy corepresszorok , amelyek modulálják a transzkripció iniciációs komplex képződését és működését.
A promóter menekülése
Az első kötés szintetizálása után az RNS polimeráznak el kell kerülnie a promótert. Ez idő alatt hajlamos az RNS -átirat felszabadítására és csonka átiratok előállítására. Ezt hívják abortív beavatásnak , és gyakori mind az eukariótákban, mind a prokariótákban. Az abortív iniciáció addig folytatódik, amíg körülbelül 10 nukleotid küszöbértékű RNS -terméket nem szintetizálnak, ekkor a promóter kiszökik és transzkripciós megnyúlási komplex képződik.
Mechanikai szempontból a promóter elszökése a DNS lemosásával történik , biztosítva az energiát, amely szükséges az RNS polimeráz holoenzim és a promoter közötti kölcsönhatások megszakításához.
A baktériumokban történelmileg úgy gondolták, hogy a szigma faktor határozottan felszabadul a promóter clearance után. Ezt az elméletet kötelező felszabadítási modellként ismerték . A későbbi adatok azonban azt mutatták, hogy a promóter kiürülése után és azt követően a szigmatényező a sztochasztikus felszabadulási modell néven ismert sztochasztikus modell szerint szabadul fel .
Eukariótákban, egy RNS polimeráz II-függő promotornál, a promoter clearance után a TFIIH foszforilálja az 5-ös szerint az RNS-polimeráz II karboxiterminális doménjén, ami lezáró enzim (CE) toborzásához vezet. A pontos mechanizmusa annak, hogy a CE hogyan indukálja a promóter kiürülését az eukariótákban, még nem ismert.
Nyúlás
A DNS egyik szálát, a templát szálat (vagy nem kódoló szálat) templátként használják az RNS szintéziséhez. A transzkripció előrehaladtával az RNS -polimeráz áthalad a templát szálon, és a bázispárosítás komplementaritását használja a DNS -templáttal, hogy létrehozzon egy RNS -másolatot (amely megnyúlik a bejárás során). Bár az RNS polimeráz áthalad a templát szálon a 3 '→ 5' ponttól, a kódoló (nem templát) szál és az újonnan képződött RNS is használható referenciapontként, így a transzkripció leírható 5 '→ 3' előfordulásként. Ennek eredményeként RNS-molekula keletkezik 5 '→ 3' -ból, a kódoló szál pontos másolata (kivéve, hogy a timineket uracilokkal helyettesítik , és a nukleotidok egy ribóz (5-szén) cukorból állnak, ahol a DNS dezoxiribóz (eggyel kevesebb oxigént tartalmaz) atom) cukor-foszfát gerincében).
Az mRNS transzkripció magában foglalhat több RNS polimerázt egyetlen DNS -templáton és több transzkripciós kört (adott mRNS amplifikációja), így sok mRNS -molekula gyorsan előállítható egyetlen génpéldányból. A jellemző megnyúlási sebesség prokariótákban és eukariótákban körülbelül 10-100 nts/sec. Az eukariótákban azonban a nukleoszómák gátolják a polimerázok átírását a transzkripció megnyúlása során. Ezekben a szervezetekben a nukleoszómák által kiváltott szünetet olyan transzkripciós megnyúlási faktorokkal lehet szabályozni, mint a TFIIS.
A megnyúlás magában foglal egy lektorálási mechanizmust is, amely helyettesítheti a helytelenül beépített bázisokat. Az eukariótákban ez megfelelhet a transzkripció alatti rövid szüneteknek, amelyek lehetővé teszik a megfelelő RNS -szerkesztő faktorok kötődését. Ezek a szünetek az RNS polimerázra jellemzőek, vagy a kromatin szerkezetének köszönhetők.
Felmondás
A baktériumok két különböző stratégiát alkalmaznak a transzkripció befejezésére-Rho-független terminációt és Rho-függő terminációt. Az Rho-független transzkripciós terminációban az RNS-transzkripció leáll, amikor az újonnan szintetizált RNS-molekula GC-ben gazdag hajtű hurkot képez, amelyet Us futtatása követ. Amikor a hajtű kialakul, a mechanikai igénybevétel megszakítja a gyenge rU-dA kötéseket, és most betölti a DNS-RNS hibridet. Ez kihúzza a poli-U transzkriptumot az RNS-polimeráz aktív helyéről, lezárva a transzkripciót. Az "Rho-függő" típusú terminációban az " Rho " nevű fehérjefaktor destabilizálja a templát és az mRNS közötti kölcsönhatást, és így felszabadítja az újonnan szintetizált mRNS-t a megnyúlási komplexből.
A transzkripció befejezése az eukariótákban kevésbé jól érthető, mint a baktériumokban, de magában foglalja az új átirat hasítását, majd az adeninek templátfüggetlen hozzáadását az új 3 'végén, a poliadenilezés nevű folyamatban .
Az RNS polimeráz szerepe az RNS transzkripciós változásaiban
Az RNS polimeráz nagyon fontos szerepet játszik minden lépésben, beleértve az RNS transzkripciós változásait is.
Amint a jobb oldali képen látható, nyilvánvaló, hogy a CTD (C -terminális tartomány) egy farok, amely megváltoztatja alakját; ez a farok lesz a kötés, a kupak és a poliadeniláció hordozója , amint azt a bal oldali kép is mutatja.
Gátlók
A transzkripciós inhibitorok antibiotikumként használhatók például kórokozó baktériumok ( antibakteriális szerek ) és gombák ( gombaellenes szerek ) ellen. Ilyen antibakteriális szer például a rifampicin , amely gátolja a DNS bakteriális transzkripcióját mRNS-be azáltal, hogy gátolja a DNS-függő RNS-polimerázt a béta-alegység megkötésével, míg a 8-hidroxi-kinolin gombaellenes transzkripciós inhibitor. A hiszton -metilezés hatásai gátolhatják a transzkripció hatását is. Erős, bioaktív természetes termékekről, például a triptolidról, amelyek gátolják az emlősök transzkripcióját azáltal, hogy gátolják a TFIIH általános transzkripciós faktor XPB alegységét, glükózkonjugátumként jelentették a hipoxiás rákos sejtek megcélzását, fokozott glükóz transzporter expresszióval.
Endogén inhibitorok
A gerincesekben a génpromotorok többsége tartalmaz egy CpG -szigetet , számos CpG -hellyel . Amikor egy gén promoterének CpG helyei közül sok metilálódik, a gén gátolt (elnémul). A kolorektális rákok általában 3 és 6 vezető mutációk, és 33-66 stoppos vagy személyszállító mutációkat. A transzkripciós gátlásnak (elnémításnak) azonban nagyobb jelentősége lehet, mint a mutáció a rák előrehaladásának előidézésében. Például a vastagbélrákokban körülbelül 600-800 gént gátol transzkripciósan a CpG -sziget metilációja (lásd a rákos transzkripció szabályozását ). A rák transzkripciós elnyomása más epigenetikai mechanizmusokkal is történhet , például a mikroRNS -ek megváltozott expressziójával . Emlőrákban a BRCA1 transzkripciós repressziója gyakrabban fordulhat elő a túlzottan expresszált mikroRNS-182 által, mint a BRCA1 promoter hipermetilezésével (lásd : BRCA1 alacsony expressziója emlő- és petefészekrákban ).
Átiratgyárak
Az aktív transzkripciós egységek a sejtmagban vannak, különálló helyeken, amelyeket transzkripciós gyáraknak vagy euchromatinnak neveznek . Az ilyen helyek vizualizálhatók, ha lehetővé teszik az elkötelezett polimerázok számára, hogy kiterjesszék átirataikat a jelzett prekurzorokban (Br-UTP vagy Br-U), és immuncímkézzék a címkézett születő RNS-t. A transzkripciós gyárak lokalizálhatók fluoreszcens in situ hibridizáció alkalmazásával vagy polimerázok elleni antitestekkel is megjelölhetők. Egy HeLa sejt nukleoplazmájában ~ 10 000 gyár található , amelyek között ~ 8000 polimeráz II gyár és ~ 2000 polimeráz III gyár található. Minden polimeráz II gyár ~ 8 polimerázt tartalmaz. Mivel a legtöbb aktív transzkripciós egység csak egy polimerázhoz kapcsolódik, minden gyár általában ~ 8 különböző transzkripciós egységet tartalmaz. Ezeket az egységeket promótereken és/vagy erősítőkön keresztül lehet társítani, és a hurkok "felhőt" képeznek a tényező körül.
Történelem
Francois Jacob és Jacques Monod először feltételezett egy molekulát, amely lehetővé teszi a genetikai anyag fehérjeként való megvalósítását . Severo Ochoa nyert Fiziológiai és orvostudományi Nobel-díj 1959-ben a fejlődő szintetizáló eljárást RNS in vitro a polinukleotid foszforiláz , amely hasznos volt a feltörés genetikai kód . Az RNS -polimeráz RNS -szintézisét 1965 -ig több laboratórium is létrehozta in vitro ; azonban az ezen enzimek által szintetizált RNS olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek azt sugallják, hogy létezik egy további faktor, amely szükséges a transzkripció helyes befejezéséhez.
1972 -ben Walter Fiers lett az első személy, aki ténylegesen bebizonyította a termináló enzim létezését.
Roger D. Kornberg 2006 -ban elnyerte a kémiai Nobel -díjat "az eukarióta transzkripció molekuláris alapjainak tanulmányozásáért ".
Mérés és észlelés
A transzkripció számos módon mérhető és kimutatható:
- G-Less Cassette transzkripciós vizsgálat: méri a promoter erejét
- Run-off transzkripciós vizsgálat: azonosítja a transzkripció kezdő helyeit (TSS)
- Nuclear run-on assay: az újonnan kialakított átiratok relatív mennyiségét méri
- KAS-seq : az RNS polimerázok által generált egyszálú DNS-t méri; 1000 cellával dolgozhat.
- RNáz védelmi vizsgálat és ChIP-Chip of RNAP : detektálja az aktív transzkripciós helyeket
- RT-PCR : az összes vagy nukleáris RNS szint abszolút bőségét méri, amely azonban eltérhet a transzkripciós arányoktól
- DNS -mikrotömbök : a globális teljes vagy nukleáris RNS -szintek relatív bőségét méri; ezek azonban eltérhetnek a transzkripciós arányoktól
- In situ hibridizáció : kimutatja az átirat jelenlétét
- MS2 címkézés : az RNS törzshurkok , például az MS2 génbe történő beépítésével ezek beépülnek az újonnan szintetizált RNS -be. A szárhurok ezután kimutatható a GFP és az MS2 burokfehérje fúziójával, amely nagy affinitással, szekvencia-specifikus kölcsönhatással rendelkezik az MS2 szárhurokkal. A GFP toborzását a transzkripció helyére egyetlen fluoreszkáló foltként jelenítjük meg. Ez az új megközelítés feltárta, hogy a transzkripció megszakítás nélküli sorozatokban vagy impulzusokban történik (lásd Transkripciós tört ). Az in situ technikák figyelemre méltó kivételével a legtöbb más módszer a sejtpopuláció átlagát adja, és nem képes kimutatni a gének ezen alapvető tulajdonságát.
- Northern-blot : a hagyományos módszerrel, és beköszönte RNS-Seq , a legtöbb mennyiségi
- RNS-Seq : a következő generációs szekvenálási technikákat alkalmazza a teljes transzkriptómák szekvenálására , ami lehetővé teszi az RNS relatív bőségének mérését, valamint további variációk, például fúziós gének, transzkripciós poszt-szerkesztések és új illesztési helyek kimutatását
- Egysejtes RNS-Seq : amplifikálja és olvassa az izolált sejtek részleges transzkriptómait, lehetővé téve az RNS részletes elemzését a szövetekben, embriókban és rákokban
Fordított átírás
Egyes vírusok (például a HIV , az AIDS okozója ) képesek átírni az RNS -t DNS -be. A HIV -nek RNS -genomja van, amely reverz átíródik DNS -be. A kapott DNS összeolvadhat a gazdasejt DNS -genomjával. Az RNS -templátból származó DNS szintéziséért felelős fő enzimet reverz transzkriptáznak nevezik .
HIV esetében a reverz transzkriptáz felelős a komplementer DNS -szál (cDNS) szintetizálásáért a vírus RNS genomjához. A ribonukleáz H enzim ezután megemészti az RNS -szálat, és a reverz transzkriptáz szintetizál egy komplementer DNS -szálat, hogy kettős hélix DNS -struktúrát ("cDNS") alkosson. A cDNS -t az integráz enzim integrálja a gazdasejt genomjába , amely hatására a gazdasejt olyan vírusfehérjéket állít elő, amelyek újból összegyűlnek új vírusrészecskékké. A HIV, követően ezt a, a gazdasejt keresztülmegy programozott sejthalál, vagy apoptózis a T-sejtek . Más retrovírusokban azonban a gazdasejt ép marad, miközben a vírus bimbózik a sejtből.
Néhány eukarióta sejt tartalmaz egy telomeráz nevű, fordított transzkripciós aktivitással rendelkező enzimet . A telomeráz egy reverz transzkriptáz, amely meghosszabbítja a lineáris kromoszómák végét. A telomeráz egy RNS -sablont hordoz, amelyből egy ismétlődő DNS -szekvenciát vagy "ócska" DNS -t szintetizál. Ezt az ismétlődő DNS -szekvenciát telomernek nevezik, és úgy tekinthetjük, mint egy kromoszóma "sapkáját". Ez azért fontos, mert minden alkalommal, amikor egy lineáris kromoszóma megkettőződik, lerövidül. Ezzel a "szemét" DNS-sel vagy a "kromoszómák végén" lévő "sapkával" a rövidítés kiküszöböli a nem lényeges, ismétlődő szekvenciák egy részét, nem pedig a fehérjét kódoló DNS-szekvenciát, ami távolabb van a kromoszóma végétől.
A telomeráz gyakran aktiválódik a rákos sejtekben, hogy a rákos sejtek korlátlan sokszorosítsák a genomjukat anélkül, hogy elveszítenék a fontos fehérjét kódoló DNS-szekvenciát. A telomeráz aktiválása része lehet annak a folyamatnak, amely lehetővé teszi a rákos sejtek halhatatlanságát . Bebizonyosodott, hogy a telomeráz miatti telomer -megnyúlás révén a rák halhatatlan tényezője az összes rákkeltő daganat 90% -ában fordul elő in vivo , a fennmaradó 10% -ban pedig egy alternatív telomer fenntartó módszert, az ALT -t vagy a Telomer alternatív meghosszabbítását alkalmazzák.
Lásd még
- Élet
- Sejtbiológia)
- Sejtosztódás, mitózis
- gén
- génszabályozás
- génexpresszió
- Epigenetika
- Genom
- Crick központi dogmája , amelyben a termék a transzkripció, mRNS, van lefordítva alkotnak polipeptidek , és ha megállapítást nyert, hogy a fordított folyamat soha nem fordulnak elő
- Génszabályozás
- Hosszú, nem kódoló RNS
- Missense mRNS
- Splicing - folyamat az intronok eltávolítására a prekurzor hírvivő RNS -ből ( pre -mRNS ), hogy hírvivő RNS -t ( mRNS ) hozzon létre
- Transzkriptomika
- Fordítás (biológia)
Hivatkozások
Külső linkek
- A transzkripció kezdeményezésének interaktív Java szimulációja. Archivált 2011-07-22 A Wayback Machine tól Központ modell élet a Niels Bohr Intézet.
- A transzkripciós interferencia interaktív Java szimulációja-a promóter dominanciája a bakteriális vírusban. Tól Központ modell élet a Niels Bohr Intézet.
- Virtuális sejtanimációs gyűjtemény, bemutatjuk az átírást