1.2 Transkripsjon

Fra arkiv til arbeidskopi

DNA-et ditt er som et uvurderlig arkiv – en samling oppskrifter som må bevares trygt og ikke forlate cellekjernen. Men hvordan skal cellen da bruke informasjonen til å lage proteiner ute i cytoplasma? Løsningen er å lage en arbeidskopi. Den prosessen kalles transkripsjon, og den er det første steget i genekspresjon, der informasjonen i et gen brukes til å lage et ferdig produkt.

Under transkripsjon brukes den ene DNA-tråden som mal for å bygge et komplementært RNA-molekyl. Dette er starten på det vi kaller det sentrale dogmet i molekylærbiologien: DNA → RNA → Protein. I dette kapittelet skal vi se hvordan RNA skiller seg fra DNA, hvordan selve transkripsjonen foregår, og hvordan eukaryote celler pusser arbeidskopien sin før den sendes ut for å brukes.

RNA – DNAs mer fleksible slektning

Før vi følger transkripsjonen, må vi bli kjent med RNA. RNA ligner på DNA, men har noen viktige forskjeller. Der DNA bruker sukkeret deoksyribose, bruker RNA ribose, som har en ekstra OH-gruppe på 2'-karbonet. Der DNA har basen tymin (T), har RNA i stedet uracil (U). RNA er som regel enkelttrådet, mens DNA er dobbelttrådet, og RNA er mindre stabilt og brytes raskere ned. Mens DNA er laget for langtidslagring, er RNA en midlertidig budbringer som også kan ha katalytiske og strukturelle roller.

Det finnes flere typer RNA med ulike jobber. mRNA (messenger-RNA) bærer den genetiske koden fra DNA ut til ribosomene. tRNA (transfer-RNA) frakter aminosyrer til ribosomet under proteinsyntesen. rRNA (ribosomalt RNA) er en strukturell og katalytisk del av selve ribosomet. I tillegg finnes snRNA, som er involvert i spleising, og regulatoriske RNA-typer som miRNA og siRNA, som påvirker hvilke gener som uttrykkes.

Selve transkripsjonen, steg for steg

Transkripsjonen utføres av enzymet RNA-polymerase og deles i tre faser: initiering, elongering og terminering.

Under initieringen må polymerasen finne riktig sted å begynne. Den bruker en DNA-sekvens kalt promotoren, som ligger oppstrøms for genet. Hos prokaryoter gjenkjenner RNA-polymerase promotoren direkte ved hjelp av en sigma-faktor, og binder seg til kjente elementer som -10-boksen (Pribnow-boksen, TATAAT) og -35-boksen. Hos eukaryoter er det mer komplisert: RNA-polymerase II kan ikke binde promotoren alene, men trenger generelle transkripsjonsfaktorer. En av dem, TFIID, inneholder TBP (TATA-binding protein), som kjenner igjen TATA-boksen rundt 25 basepar oppstrøms.

Under elongeringen beveger RNA-polymerase seg langs maltråden i 3'→5'-retning og bygger nytt RNA i 5'→3'-retning. Den åpner en liten transkripsjonsboble i DNA-et og legger til ribonukleotider (ATP, UTP, GTP, CTP) etter baseparingsreglene. Hos prokaryoter går dette med en fart på 40–80 nukleotider i sekundet, og DNA-et lukker seg igjen bak polymerasen.

Til slutt kommer termineringen. Hos prokaryoter kan dette skje ved at mRNA-et danner en hårnål-struktur (rho-uavhengig), eller ved at rho-proteinet løsner polymerasen (rho-avhengig). Hos eukaryoter signaliserer sekvensen AAUAAA at det er på tide å avslutte.

Eukaryotens finpussing av mRNA

Hos eukaryoter er ikke det første transkriptet (kalt pre-mRNA) klart til bruk med en gang. Det gjennomgår tre viktige modifikasjoner i kjernen før det kan sendes ut og oversettes.

Først kommer 5'-capping: en spesiell 7-metylguanosin-kappe (m7G) festes til 5'-enden allerede mens transkripsjonen pågår. Kappen beskytter mRNA-et mot nedbrytning, hjelper ribosomet å gjenkjenne det, og letter transporten ut av kjernen. Deretter kommer 3'-polyadenylering, der enzymet poly(A)-polymerase legger til en hale av 100–250 adeninnukleotider på 3'-enden. Signalet AAUAAA utløser denne klippingen og halen, som stabiliserer mRNA-et og bidrar til eksport.

Den tredje modifikasjonen er spleising. Eukaryote gener inneholder kodende biter kalt eksoner og ikke-kodende biter kalt introner. Et stort RNA-protein-kompleks, spleisosomet, satt sammen av snRNP-er, klipper ut intronene og skjøter eksonene sammen. Det gjenkjenner spesifikke sekvenser ved grensene – GU ved starten av intronet og AG ved slutten. Det aller mest elegante er alternativ spleising: ved å kombinere eksonene på ulike måter kan ett og samme gen gi opphav til mange forskjellige proteiner. Slik kan menneskets rundt 20 000 gener kode for over 100 000 ulike proteiner. Intronene, som lenge ble sett på som «søppel-DNA», muliggjør altså denne enorme variasjonen, og inneholder dessuten regulatoriske elementer.

Oppsummering

Transkripsjon er prosessen der informasjonen i et gen kopieres fra DNA til RNA. RNA-polymerase leser maltråden i 3'→5'-retning og bygger RNA i 5'→3'-retning, i tre faser: initiering (promotorgjenkjenning), elongering (RNA-syntese) og terminering. Hos prokaryoter brukes en sigma-faktor til å finne promotoren; hos eukaryoter trengs generelle transkripsjonsfaktorer.

RNA skiller seg fra DNA ved å ha ribose i stedet for deoksyribose, uracil i stedet for tymin, og ved å være enkelttrådet og mindre stabilt. Hos eukaryoter finpusses pre-mRNA før bruk: det får en 5'-cap, en 3'-poly(A)-hale, og intronene fjernes ved spleising. Gjennom alternativ spleising kan ett gen gi mange ulike proteiner, slik at våre rundt 20 000 gener kan kode for over 100 000 proteiner.