TRANSKRYPTOMIKA

TRANSKRYPTOMIKA

Genomy, T.A. Brown

Genomy, T.A. Brown

Bakteria zawiera: 0.05-0.1- pg RNA. Stanowi 
to ok. 6% jej masy.

Komórka ssaków zawiera 20-30 pg RNA. 
Stanowi to tylko 1% jej zawartości.

RNA kodujący:

mRNA (=RNA informacyjne): koduje białka.

Stanowi więcej niż 4% całkowitego RNA.

Podlega stałej przebudowie.

Okres półtrwania bakteryjnych mRNA wynosi 
kilka minut.

U eukariontów większość mRNA jest 

degradowana w ciągu kilku godzin po 
syntezie.

mRNA określa się jako TRANSKRYPTOM.

RNA niekodujący:

1.RNA rybosomowy (rRNA): stanowi 80% RNA 

w komórce bakteryjnej,

2.RNA transportujący (tRNA).

tRNA i rRNA występują w komórkach 

wszystkich organizmów.

Eukarioty  zawierają  różne  krótkie  RNA,  które 
zwykle dzieli się na 3 kategorie:

-snRNA: małe jądrowe RNA, zwane też U-RNA,

-małe jąderkowe RNA (snoRNA),

-małe cytoplazmatyczne RNA (scRNA).

Bakterie 

zawierają 

również 

RNA 

niekodujące, inne niż wymienione: występujące 
u 

większości 

bakterii 

tmRNA 

(RNA 

transportująco-informacyjne).

Cząsteczki  tmRNA  wyglądają,  jak  tRNA 

przyłączony do mRNA  i dodają krótkie etykietki 
peptydowe 

do 

białek, 

które 

zostały 

nieprawidłowo zsyntetyzowane  i wyznaczają je 
do degradacji.

RNA prekursorowy:

Podlega dojrzewaniu, zanim będzie mógł pełnić 
swoją funkcję.

Różne etapy dojrzewania obejmują:

-Modyfikacje końców-zachodzą podczas syntezy 
mRNA u eukariotów i archebakterii (do końca 
5’ jest dołączana czpeczka=pojedynczy, 
nietypowy nukleotyd, a do końca 3’ dołączany 
jest łańcuch poli(A).

-Składanie-polega na usuwaniu intronów z pre-
RNA. Pre-mRNA z niewyciętymi intronami 
tworzy frakcję jądrowego RNA zwaną hnRNA 
(heterogenny jądrowy RNA). [u bakterii introny 
są b. rzadkie]

-Cięcie-b. istotne w dojrzewaniu rRNA i tRNA 
(większość jest początkowo syntetyzowana z 
jednostek 

transkrypcyjnych 

kodujących 

więcej,  niż  jedną  cząsteczkę  RNA);  zachodzi 
u pro- i eukariotów.

-Modyfikowanie 

chemiczne-są 

mu 

poddawane rRNA, tRNA i mRNA; rRNA i tRNA 
wszystkich  organizmów  ulagają  modyfikacji 
poprzez  dodanie  nowych  grup  chemicznych; 
mod.  mRNA=redagowanie  RNA  nie  jest 
powszechne-wyst.  u  kilku  różnych  grup 
eukariotów.

Np.  redagowanie  RNA  może  prowadzić  do 
przekształcenia  jednego  pre-mRNA  w  dwa 
różne  mRNA  kodujące  odmienne  białka 
(proces niezbyt częsty).

Dla  odmiany,  alternatywne  składanie,  w 
wyniku którego z jednego mRNA powstają dwa 
lub  więcej  mRNA  poprzez  łączenie  eksonów  w 
różnych 

kombinacjach, 

jest 

szeroko 

rozpowszechnione.

mRNA  powstające  w  wyniku  redagowania  i 
alternatywnego  składania  często  wykazuje 
specyficzność tkankową.

Synteza bakteryjnych mRNA:

Cząsteczki  bakteryjnego  mRNA  w  zasadzie 
nie 

podlegają 

dojrzewaniu 

(pierwotny 

transkrypt  jest  dojrzały  i  zwykle  jeszcze 
przed  zakończeniem  transkrypcji  zaczyna 
się jego translacja).

Istnieje tylko 1 polimeraza RNA, więc ogólny 
schemat  transkrypcji  jest  taki  sam  dla 
wszystkich bakterii.

Rybonukleotydy  są  dodawane  jeden  po 
drugim  do  rosnącego  końca  3’  transkryptu 
RNA. Rodzaj nukleotydu determinuje reguła 
łączenia  się  komplementarnych  zasad  w 
pary.

Inicjacja transkrypcji:

Bakteryjna polimeraza składa się z 5 
podjednostek.

Bakteryjna polimeraza wiąże się z 
promotorem. Promotor E. coli składa się z 
dwóch sześcionukleotydowych segmentów:

Blok – 35  5’-TTGACA-3’
Blok – 10  5’-TATAAT-3’

Są to sekwencje najwyższej zgodności 
(uśrednione na podstawie wszystkich 
promotorów E. coli).

U E. coli polimeraza RNA łączy się bezpośrednio 
z promotorem. 

Zdolność 

polimerazy 

do 

rozpoznania 

specyficznej  sekwencji  zależy  od  podjednostki 
sigma.

Podjednostka  sigma  oddziałuje  z  blokiem  -35. 
Powstaje  zamknięty  kompleks  promotorowy,  w 
którym polimeraza przykrywa ok. 60 par zasad 
(rozpoczyna  powyżej  bloku  -35,  a  kończy 
poniżej bloku -10).

Potem  w  obrębie  bloku  -10  są  rozrywane  pary 
zasad  i  powstaje  tzw.  otwarty  kompleks 
promotorowy.  W  otwarciu  helisy  gł.  rolę 
odgrywają  oddziaływania  między  polimerazą 
/gł.  sigma/,  a  nicią  kodującą=kopiowaną  na 
RNA).

Po  zakończeniu  inicjacji  podjednostka  sigma 
oddysocjowuje  od  kompleksu  i  holoenzym 
przekształca 

się 

w 

rdzeń 

enzymu, 

przeprowadzający elongację.

W fazie elongacji polimeraza RNA przesuwa się 
wzdłuż  matrycy,  rozdzielając  komplementarne 
pary  zasad  w  DNA  na  odcinku  15-20 
nukleotydów-prowadzi 

to 

powstanie 

pęcherzyka transkrypcyjnego.

W 

obrębie 

pęcherzyka 

transkrypt 

jest 

utrzymywany  w  połączeniu  z  matrycą  DNA 
przez ok. 8 par zasad RNA-DNA.

Polimeraza 

RNA 

przykrywa 

ok. 

30 

nukleotydów.

Stabilność  transkryptu  zależy  w  dużej  mierze 
od podjednostek β i β’ enzymu (stykają się one 
z  krótkimi  odcinkami  podwójnej  nici  DNA  tuż 
przed pęcherzykiem transkrypcyjnym).

Zakończenie transkrypcji u bakterii:

Istnieje  pradopodobieństwo,  że  decyduje,  czy 
bardziej  korzystne  termodynamicznie  jest 
kontynuowanie elongacji, czy jej zakończenie

Prawdopodobnie istnieją 2 strategie terminacji 
transkrypcji:

1. U E. coli w połowie przypadków zakończenie 
transkrypcji  odbywa  się  w  obrębie  nici 
matrycowej  DNA,  która  zawiera  odwrócony 
palindrom,  a  za  nim  ciąg  nukleotydów 
adenozynowych. 

Takie 

samodzielne 

terminatory  promują  dysocjację  polimerazy, 
destabilizując 

połączenie 

transkryptu 

z 

matrycą  (palindrom  ulega  transkrypcji,  tworzy 
stabilną  strukturę  spinki  do  włosów,  osłabia 
się oddziaływanie DNA-RNA).

2.  Sygnał  terminacji  zależny  od  Rho.  Białko 
Rho jest helikazą, która aktywnie rozbija pary 
zasad    między  matrycą  i  transkryptem, 
powodując zakończenie transkrypcji.

Sygnał zachowuje strukturę spinki do włosów, 
ale  jest  ona  mniej  stabilna    i  w  matrycy  nie 
występuje  za  nią  ciąg  A.  Terminacja  wymaga 
obecności  białka  Rho,  które  przyłącza  się  do 
transkryptu  i  ściga  polimerazę  (przesuwa  się 
wzdłuż RNA w stronę polimerazy).

Kontrola wyboru między elongacją a terminacją:

Istnieją 2 mechanizmy wyboru:

1.Antyterminacja:  gdy  polimeraza  RNA  ignoruje 

sygnał  terminacji  i  kontynuuje  wydłużanie 
transkryptu,  aż    do  osiągnięcia  drugiego 
sygnału  terminacji.  Proces  jest  kontrolowany 
przez 

białko 

antyterminacyjne. 

Białko 

powoduje, 

że 

jest 

ignorowany 

sygnał 

terminacji.

2.Atenuacja: funkcjonuje gł. w operonach, które 

kodują  enzymy  biorące  udział  w  biosyntezie 
aminokwasów. Przykład: operon tryptofanowy.

Kontrola inicjacji transkrypcji u bakterii:

1.Kontrola 

konstytutywna-zależy 

od 

struktury promotora.

2.Regulacja  inicjacji  transkrypcji-zależy  od 

działania białek regulatorowych.