Transkription (biologi): Forklaring på hvordan DNA omskrives til RNA (mRNA)

Ved transkription laves RNA ud fra DNA. Informationen kopieres fra det ene molekyle til det andet: DNA-sekvensen aflæses af et enzym, så der dannes en tilsvarende RNA-streng. Selve kopieringsarbejdet udføres af enzymet RNA-polymerase, som sørger for at sætte de rigtige nukleotider sammen i den rigtige rækkefølge.

"Alle levende væsener med deres utallige variationer bruger en næsten identisk mikroskopisk maskine til at aflæse deres gener. Denne maskine - RNA-polymerase - er ansvarlig for en proces kaldet transkription, som ved at producere RNA fra DNA tager det første skridt til at læse livets blåtryk, der er kodet i alle vores gener".

Fra pre-mRNA til færdigt mRNA

Den umiddelbare kopi af et gen kaldes et pre-messenger-RNA (pre-mRNA) i eukaryote celler. Før dette pre-mRNA kan bruges til proteinsyntese, undergår det flere ændringer:

• De ikke-kodende introner afklippes ud af et spliceosom.
• De kodende exoner sættes sammen, så de danner den endelige læsbare kodedel.
• Der sættes ofte en 5' cap på mRNA'et og en poly-A hale i 3'-enden, som beskytter molekylet og hjælper ved eksport fra kernen og ved translation.

Det færdige produkt kaldes messenger RNA (mRNA), fordi det overfører et genetisk budskab fra DNA'et til cellens proteinproducerende maskineri (ribosomer). Transkription er altså det første trin i genernes ekspression.

Hvad indeholder en transkriptionsenhed?

Det stykke DNA, der transskriberes til et RNA-molekyle, kaldes en transkriptionsenhed. Denne indeholder typisk:

1. regulerende sekvenser, som bestemmer hvor og hvornår proteinet syntetiseres (promotere, enhancers, silencers)
2. sekvenser, der ikke koder: introner
3. sekvenser, der koder for aminosyresekvenser i proteinet — exoner

Strenge, retning og kodning

Som ved DNA-replikation transskriberes kun den ene af de to DNA-strenge. Denne streng kaldes skabelonstrengen, fordi den fungerer som skabelon for rækkefølgen af nukleotider i RNA-transskriptionen. Den anden streng kaldes den kodende streng, fordi dens sekvens svarer til den nyoprettede RNA-streng (bortset fra, at thymin er erstattet af uracil).

DNA-skabelonstrengen læses i 3'→5'-retningen af RNA-polymerase, og den nye RNA-streng syntetiseres i 5'→3'-retningen. RNA-polymerase binder sig til 3'-enden af et gen (promotor) på DNA-skabelonstrengen og bevæger sig mod 5'-enden.

Tilføjelse (præcisering): Promotoren er en regulatorisk sekvens placeret opstrøms (dvs. i den 5'-retning i forhold til transkriptionsstarten) og fungerer som bindingssted for RNA-polymerase og andre transkriptionsfaktorer. Polymerasen positionerer sig således, at den kan aflæse skabelonstrengen i 3'→5'-retningen og syntetisere RNA i 5'→3'-retningen.

Trinene i transkriptionen

Transkriptionen kan opdeles i tre hovedfaser:

• Initiering: RNA-polymerase og associerede faktorer binder til promotoren, åbner DNA-dobbeltspiralen og starter RNA-syntesen ved transkriptionsstartstedet (+1).
• Elongering: RNA-polymerasen bevæger sig langs DNA'et, tilføjer ribonukleotider komplementært til skabelonstrengen, og forlængelsen af RNA-molekylet fortsætter i 5'→3'-retningen.
• Terminering: Når polymerasen møder en terminatorsekvens (eller når processer i eukaryoter fører til klipning og polyadenylering), frigives det nydannede RNA-molekyle, og polymerasen dissocierer fra DNA'et.

Forskelle mellem prokaryoter og eukaryoter

• Prokaryoter: Transkription og translation kan ske samtidig (i cytoplasmaet). Enkelt protein-RNA-polymerase (med sigma-faktorer), ofte simple terminatorer.
• Eukaryoter: Flere RNA-polymeraser (I, II, III) med specifikke roller. mRNA-processering (capping, splicing, polyadenylering) foregår i kernen, og det færdige mRNA eksporteres til cytoplasmaet, hvor translation finder sted. Transkriptionsregulering er mere kompleks og involverer kromatinstruktur og mange transkriptionsfaktorer.

Regulering og biologisk betydning

Transkriptionen er et centralt kontrolpunkt for cellen. Ved at regulere hvilke gener der transskriberes, hvor ofte og hvor meget mRNA der produceres, kan cellen styre hvilke proteiner der produceres og dermed reagere på miljømæssige signaler, udviklingstrin og celletyper. Reguleringen kan ske gennem:

• Promotere, enhancers og silencers.
• Specifikke transkriptionsfaktorer, co-faktorer og mediator-komplekser.
• Epigenetiske ændringer som DNA-methylering og histonmodifikationer, der påvirker kromatinadgang.
• Post-transkriptionelle mekanismer som alternativ splejsning, mRNA-stabilitet og mikrornas indflydelse.

Historisk note

Roger D. Kornberg modtog Nobelprisen i kemi i 2006 "for sine studier af det molekylære grundlag for eukaryotisk transkription". Hans arbejde har bidraget væsentligt til forståelsen af, hvordan RNA-polymerase II og dets associerede faktorer organiserer og regulerer transkriptionsprocessen.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er transskription?

Spørgsmål: Hvad bliver den matchende RNA-streng, der skabes ved transkription, til?

Spørgsmål: Hvad sker der med pre-messenger-RNA'et, efter at det er blevet lavet?

Spørgsmål: Hvad gør mRNA?

Spørgsmål: Hvad er en transkriptionsenhed?

Sp: Hvilken DNA-streng læses mRNA fra under transkriptionen?

Spørgsmål: Hvem vandt Nobelprisen i kemi i 2006 i forbindelse med eukaryote transkription?

Søg efter bogstav