Trascrizione

Biologia, lezione 38. In questa lezione parleremo del processo di trascrizione.

La trascrizione è quel processo che permette di ottenere, partendo dal DNA,

i vari tipi di RNA.

Affinché questo avvenga, il DNA deve essere aperto e un enzima che l'RNA polimerasi,

interviene per generare l'RNA. A quel punto l'RNA fuoriesce e il DNA può essere nuovamente riassemblato.

Va tenuto conto nella trascrizione della diversa presenza di basi tra DNA e RNA, in particolare il fatto che la timina non c'è a livello dell'RNA, ma è sostituita dall'uracile.

Questa immagine ci dà una panoramica di quello che accade durante la trascrizione. Vediamo il DNA che appunto viene aperto in una determinata zona che vedremo si chiamerà bolla di trascrizione e al suo interno entra il macchinario di trascrizione che permette appunto l'inizio della trascrizione.

Dobbiamo fare una prima distinzione, in quanto il processo è radicalmente diverso, seppur la funzione sia la stessa, nei procarioti rispetto che negli eucarioti.

Nei procarioti distinguiamo tre fasi: inizio, allungamento e infine termine e rilascio.

Vediamo la fase di inizio.

La fase di inizio impone che la doppia elica di DNA venga aperta, in modo che una delle due catene possa essere letta.

La catena presenta al suo interno una regione che prende il nome di promoter, che si occupa di regolare la velocità di trascrizione del gene. Poi c'è il gene da trascrivere e poi ci sono delle altre sequenze introniche.

È il promoter nei procarioti a giocare il ruolo dominante per il processo di trascrizione.

Vediamo quindi che cosa accade a livello del promoter.

Nel promoter individuiamo due regioni: una regione -10 e una regione -35. -10 e -35 si riferisce al fatto che quella sequenza inizia 10 nucleotidi prima del gene da trascrivere oppure 35 nucleotidi prima del gene da trascrivere.

Su queste due sequenze si lega l'RNA polimerasi, in particolare l'RNA polimerasi si lega con una subunità,

Il fattore sigma, quindi, si lega a queste due estremità che tra di loro vanno a creare una zona di 19 nucleotidi, in quanto ognuna di loro è grande sei nucleotidi. Quindi che cosa significa? Significa che inizia da 10, 10 e 6 fa 16, tra 16 e 35 ci sono 19 nucleotidi e poi altri sei e finiamo a 41.

Qual è quindi il ruolo del fattore sigma? Individua il sito di inizio, quindi il promoter, consente il legame iniziale col DNA e va anche a modulare la velocità di lettura. In che modo?

I promoter possono avere al loro interno delle regioni che sono critiche per la determinazione della velocità

del della trascrizione. In particolare, nei promoter dei procarioti, queste regioni si trovano a -7 rispetto alla all'inizio del gene. Se questa sequenza è simile a quella dell'inizio del gene, allora si parlerà di promoter forte. Se invece questa sequenza è diversa dall'inizio del gene, allora il promoter sarà debole. Un promoter forte determinerà una velocità di trascrizione maggiore, un promoter debole, invece, una velocità di trascrizione minore.

Quindi, una volta che il fattore sigma ha trovato il promoter e si è creata la bolla di trascrizione, quello che avverrà

Queste sono delle rappresentazioni tridimensionali di quello che accade. Possiamo vedere appunto la doppia elica di DNA aperta e all'interno l'enzima RNA polimerasi.

Questo invece è un disegno in cui vediamo appunto il fattore sigma, il promoter con i suoi due box, l'inizio del gene in rosso e vediamo appunto la struttura interna dell'RNA polimerasi.

Qui vediamo l'RNA polimerasi già in azione. Notiamo alcune cose. Innanzitutto il fatto che c'è un sito dell'RNA polimerasi all'interno del quale vengono convogliati i nucleotidi che devono essere aggiunti per creare l'RNA. Questi nucleotidi sono nella loro forma trifosfata e solo successivamente vengono rimossi i due fosfati e quindi possono entrare all'interno della catena.

Vediamo adesso la fase di allungamento.

Nell'allungamento, quindi, la sequenza che si era iniziata a formare nella fase di inizio viene allungata grazie a uno scorrere continuo dell'RNA polimerasi.

Questo disegno ci fa vedere appunto l'allungamento e mette in evidenza due parti della RNA polimerasi: la subunità zipper e la subunità rudder.

La velocità di lettura dell'RNA polimerasi è di circa 50 nucleotidi al secondo,

Quello che avviene quindi, in sostanza, è che man mano che l'RNA polimerasi cammina, si forma l'RNA neotrascritto.

Infine c'è il termine e rilascio.

Il termine della trascrizione può avvenire in diversi modi.

In altri casi, invece, ci sono particolari sequenze ricche in citosina, in cui l'RNA polimerasi arriva e interviene a questo punto un fattore esterno, che è un'ATPasi, si chiama Rho, il cui ruolo appunto è quello di permettere il distacco dell'RNA e quindi il termine della trascrizione. Nel primo caso parleremo di terminatore Rho-indipendente, nel secondo caso di terminatore Rho-dipendente.

Qui vediamo appunto la differenza. A sinistra abbiamo il terminatore Rho-dipendente, quindi non si forma una forcina, ma interviene questa ATPasi e elimina l'RNA, cioè lo fa uscire dalla bolla di trascrizione e la trascrizione termina. Nell'altro caso, invece, abbiamo la formazione della forcina.

Esaminiamo adesso la trascrizione negli eucarioti.

La trascrizione negli eucarioti è facilmente studiabile se teniamo come confronto i procarioti.

Ma andiamo con ordine. Partiamo con l'RNA polimerasi.

Ogni tipo di RNA polimerasi è dedicata alla sintesi di un particolare tipo di RNA.

Vediamo adesso i fattori di trascrizione.

I fattori di trascrizione sono diversi e ognuno di loro serve per permettere l'inizio e il proseguimento della trascrizione.

Una volta che l'inizio della trascrizione è avvenuto, parte di questi fattori si distaccano. Rimangono soltanto TFII D e TFII H, che appunto aveva un ruolo elicasi e che quindi servirà adesso per permettere all'RNA polimerasi di aprire il DNA man mano che va avanti.

Parliamo adesso degli attivatori e dei repressori.

Si tratta di alcune sequenze presenti a distanza rispetto al gene da trascrivere, distanze che possono essere minori o maggiori, che possono incidere sulla velocità di trascrizione. Abbiamo in particolare delle sequenze enhancer e silencer, cioè che aumentano la velocità di trascrizione o la diminuiscono, che legano appunto gli attivatori e i repressori, che a loro volta, attraverso un complesso di mediatore e attraverso co-attivatori e co-repressori, vanno a influire sui fattori di trascrizione e quindi sull'RNA sulla trascrizione dell'RNA. In questo modo possiamo avere una più fine modulazione della trascrizione rispetto a quello che accadeva nei procarioti e quindi la quantità di trascritto sarà più o meno maggiore a seconda delle esigenze cellulari.

Vediamo adesso i promotori.

Nei procarioti, vediamo che a seconda del tipo di RNA polimerasi, cambia quello che è il tipo di promotore. Inoltre, non possiamo neanche più parlare di singoli promotori, ma dobbiamo parlare di complessi di promotori, perché ogni promotore, in realtà, sarà dato da più sequenze che interagiscono fra di loro per far sì che la trascrizione si avvii.

Facciamo una panoramica abbastanza rapida di quelli che sono i promotori più importanti.

Per l'RNA polimerasi II, invece, esistono vari tipi di promotori. Solitamente questi possono essere almeno due tra TATA box, Inr, Bre, MTE e DPE, ognuno con delle localizzazioni diverse e con delle funzioni diverse.

Infine c'è l'RNA polimerasi III. Questa può avere quattro tipi di promotori.