Транскрипцией называют синтез всех видов РНК (матричной, рибосомальной, транспортной и малых РНК)по матрице ДНК. При этом матрицей является не вся цепь ДНК, а лишь небольшой ее участок, соответствующий гену (рис.7). Субстратами для синтеза цепи РНК выступают рибоНТФ. Синтез РНК, как и синтез ДНК, протекает с затратами энергии, необходимая для синтеза энергия освобождается при гидролизе НТФ, содержащих макроэргические связи. Катализирует транскрипцию РНК-полимераза. Особенностью данного фермента является то, что он предварительно «узнает» тот участок ДНК, который соответствует определенному гену. Участки ДНК, с которыми связывается РНК-полимераза для того, чтобы начался процесс транскрипции, называются промоторами. Фермент вместе с растущей цепью РНК постепенно перемещается вдоль участка молекулы ДНК, пока не будет распознан терминирующий участок – последовательность нуклеотидов, сигнализирующая об окончании информации относительно транскрибируемого гена.
Считывание информации в процессе синтеза РНК всегда происходит только с одной цепи ДНК, другая цепь остается нетранскрибируемой. Следует отметить, что основанием, комплементарным аденину, в цепи РНК будет урацил, а не тимин, как при репликации ДНК (рис.6).
Продуктом транскрипции являются различные виды проРНК. Дело в том, что ген внутри неоднороден, он состоит из экзонов, несущих генетическую информацию, и интронов, которые не несут информацию, и разделяют экзоны. Во время транскрипции переписываются как экзоны, так и интроны. Синтезированная молекула проРНК подвергается затем посттранскрипционной «доработке» – процессингу (рис.8). При этом происходит удаление нуклеотидных последовательностей, соответствующих интронам (сплайсинг, катализируемый рибозимами – катализаторами РНКовой природы), а также синтез характерных для большинства РНК концевых последовательностей и метилирование некоторых оснований.
Регуляция транскрипции включает несколько механизмов.
- Метилирование генов приводит к тому, что ген не подвергается прочитыванию, и его экспрессия тормозится.
- Изменение структуры хроматина (гистоновый механизм).Пока ДНК находится в комплексе с белками, информация не реализуется. Для реализации информации, содержащейся в ДНК, необходимо удалить гистоновые белки. Это осуществляется, при участии ферментов протеинкиназ. В настоящее время считается, что наиболее частый случай – не фосфорилирование, а ацетилирование гистоновых белков.
- Основной механизм это взаимодействия белковых транскрипционных факторов с регуляторными участками ДНК, другими транскрипционными факторами и белками. Перед каждым геном находится промотор, состоящий из двух участков. Один из участков промотора определяет место начала транскрипции, второй - её частоту. К регуляторным элементам относятся энхансеры (регуляторные участки ДНК, увеличивающие экспрессию гена), сайленсеры (регуляторные участкиДНК,
снижающие экспрессию) и регуляторные участки ДНК, реагирующие на гормоны, белки клеточного (теплового) шока, металлы, ксенобиотики, а также участки определения тканевой специфичности. Взаимодействие транскрипционных факторов с энхансерами, изменяет конформацию ДНК (происходит образование петли). При этом все транскрипционные факторы и гормон-рецепторные комплексы оказываются связанными с белковым комплексом, («коактиватор»). Он приходит в активное состояние и активирует базальный транскрипционный комплекс. В состав базального транскрипционного комплекса входит фермент РНК-полимераза, который при активации взаимодействует с промотором и далее идёт процесс транскрипции: образование про-РНК на матрице ДНК.
- Возможно ингибирование малыми РНК, также в регуляции транскрипции участвуют гормоны и СТС.
Ранние и поздние ответы обусловлены временем появления белка (ранние ответы – белок обнаруживается в клетке не позднее, чем через 30 минут). Транскрипционные факторы входят в ядро и воздействуют на регуляторный участок "раннего" гена. В результате "ранний" ген экспрессируется: происходит транскрипция и образуется мРНК; зрелая мРНК выходит из ядра в цитоплазму, на рибосомах синтезируется белок, который является транскрипционным фактором для ряда "поздних" генов. Этот белок заходит в ядро и воздействует на регуляторные участки "поздних" генов. "Поздние" гены экспрессируются: на них образуются про-мРНК, затем в результате сплайсинга образуются мРНК, которые выходят в цитоплазму; с мРНК на рибосомах будут синтезироваться белки. Возникают поздние ответы – белки, участвующие в любых процессах.
