Appunti di Genetica

RNA; l'apparato trascrizionale

La trascrizione è il processo mediante il quale viene sintetizzata una molecola di RNA complementare e antiparallela al filamento stampo di DNA. Durante la trascrizione, viene utilizzato un singolo filamento della doppia elica del DNA come stampo. A differenza della replicazione, la trascrizione avviene su uno solo dei due filamenti nucleotidici.

Le proteine necessarie per catalizzare la sintesi di RNA costituiscono l'apparato trascrizionale. La trascrizione dell'RNA ha la stessa polarità (direzione 5'-3') e la stessa sequenza nucleotidica di quella dell'elica non utilizzata come stampo (elica RNA-like), con l'unica differenza che l'RNA contiene U anziché T.

Nella maggior parte degli organismi, ciascun gene viene trascritto da un singolo filamento, ma geni diversi possono essere trascritti da filamenti diversi. Le catene di RNA vengono iniziate senza che sia necessario un innesco.

precursori sono i quattro ribonucleotidi 5'-trifosfati (NTP): adenosinatrifosfato (ATP), guanosina trifosfato (GTP), citidina trifosfato (CTP) e uridinatrifosfato (UTP). Differiscono dai precursori del DNA solo in quanto lo zucchero è ribosio anziché desossiribosio.

La sintesi dell'RNA avviene a opera di un complesso enzimatico detto RNA-polimerasi che inizia la trascrizione da un punto specifico detto promotore.

Nella sintesi di RNA, si forma un legame zucchero-fosfato tra il gruppo 3'-OH di un nucleotide e il 5'-trifosfato del successivo nucleotide. Il legame chimico è lo stesso di quello della sintesi del DNA, ma l'enzima è diverso: RNA polimerasi anziché DNA polimerasi. I nucleotidi vengono aggiunti solo all'estremità 3'-OH della catena in crescita. Quindi, l'estremità 5' di una molecola di RNA in via di sintesi presenta un gruppo trifosfato.

La trascrizione può essere suddivisa in tre fasi:

iniziazione, l'apparato di trascrizione si assembla sul promotore e inizia la sintesi di RNA;

allungamento, il DNA viene 'letto' dall'RNA polimerasi, che svolge il DNA e aggiunge nuovi nucleotidi, uno alla volta, all'estremità 3' del filamento di RNA in crescita;

terminazione, riconoscimento della fine dell'unità di trascrizione e separazione della molecola di RNA dallo stampo di DNA.

L'allungamento è uguale in eucarioti e procarioti, mentre variano l'iniziazione e la terminazione.

Procarioti:

L'unità di trascrizione comprende tre regioni principali: un promotore, una sequenza di codifica RNA e un terminatore:

Il promotore è una sequenza di DNA che l'apparato di trascrizione riconosce e lega. Indica quale dei due filamenti di DNA deve essere letto come stampo e la direzione della trascrizione. Il promotore determina anche il sito d'inizio della trascrizione, ovvero il primo nucleotide.

Sono simili nella maggior parte dei promotori. La sequenza di consenso presente in quasi tutti i promotori batterici, è localizzata a circa 10 bp a monte del sito d'inizio della trascrizione ed è chiamata "10 Pribnow box" (5'-T A T A A T-3'). Un'altra sequenza di consenso comune alla maggior parte dei promotori batterici è 5'-TTGACA-3' che si trova a circa 35 nucleotidi a monte del sito (sequenza di consenso -35).

I nucleotidi fiancheggianti i lati delle sequenze di consenso -10 e -35 e quelli compresi tra le due variano notevolmente da promotore a promotore - questi nucleotidi non sono molto importanti nel riconoscimento del promotore.

La funzione di queste sequenze di consenso nei promotori batterici è stata studiata inducendo mutazioni in varie posizioni all'interno delle sequenze di consenso e osservando l'effetto dei cambiamenti sulla trascrizione.

→ La maggior parte delle sostituzioni nucleotidiche nelle sequenze di consenso -10 e -35 riduce il tasso di trascrizione. Occasionalmente, un particolare cambiamento in una sequenza di consenso aumenta il tasso di trascrizione up regolazione determinando una cosiddetta del gene. L'azione dell'RNA polimerasi è potenziata da un numero di proteine accessorie che si legano alla polimerasi in diverse fasi del processo. Le cellule batteriche in genere possiedono un solo tipo di RNA polimerasi, che catalizza la sintesi di tutte le classi di RNA batterico: mRNA, tRNA e rRNA. L'RNA polimerasi batterica è un grande enzima multimerico (costituito da diverse catene polipeptidiche). Al cuore della maggior parte delle RNA polimeriche batteriche ci sono cinque subunità (singole catene polipeptidiche): due copie di una subunità α e singole copie delle subunità β, β', e ω. La subunità ω non è

quindi determineranno la direzione della trascrizione. La posizione del sito iniziale non è determinata dalla sua sequenza, bensì dalla posizione delle sequenze di consenso, che posizionano l'RNA polimerasi in modo tale che il sito attivo dell'enzima risulti allineato per l'inizio della trascrizione alla posizione +1. Per iniziare la sintesi di una molecola di RNA, l'RNA polimerasi accoppia la base di un trifosfato ribonucleosidico con la base complementare del sito iniziale sul filamento stampo di DNA. Non è richiesto alcun primer per iniziare la sintesi dell'estremità 5' della molecola di RNA. La separazione delle eliche di DNA inizia all'interno della sequenza di consenso -10 e si estende a valle per circa 14 nucleotidi, incluso il sito iniziale (dai nucleotidi -12 a +2). Molti batteri hanno molteplici tipi di fattori σ, ognuno dei quali guida il legame dell'RNA polimerasi a un particolare insieme di promotori.

Alcuni promotori batterici contengono una terza sequenza di consenso che prende parte anche upstream, all'inizio della trascrizione. Chiamata elemento questa sequenza contiene un numero di coppie A – T e si trova tra circa −40 e −60. Un certo numero di proteine può legarsi a sequenze dentro e vicino al promotore, alcuni stimolano il tasso di trascrizione e altre lo reprimono.

Allungamento. Iniziata la sintesi, l'RNA polimerasi subisce un cambiamento conformazionale e non è più in grado di legarsi alle sequenze di consenso nel promotore. Questa modifica consente alla polimerasi di uscire dal promotore e iniziare a trascrivere le sequenze a valle di questo. Non appena alcuni nucleotidi di RNA sono stati uniti nella catena in via di sintesi, σ si stacca dall'enzima. Mentre si sposta a valle lungo l'elica stampo, l'RNA polimerasi separa progressivamente il DNA della bolla di trascrizione, legando nucleotidi alla molecola di RNA.