Lezione 6 - La Trascrizione del DNA

La trascrizione è uno dei processi fondamentali che la cellula mette in atto.
Il DNA adotta un enzima fondamentale per la trascrizione: RNA polimerasi.
- L'RNA polimerasi apre localmente la struttura a doppia elica del DNA.
- Permette la trascrizione di una molecola di RNA a partire da una molecola stampo di DNA.
L'RNA polimerasi non riconosce autonomamente il punto d'inizio e di fine della trascrizione, ha bisogno di:
- Proteine accessorie.
- Sequenze di DNA specifiche.

L'RNA polimerasi ha una struttura globulare ed è composta da diverse subunità.
Durante il processo di trascrizione si forma un ibrido RNA-DNA nella regione centrale.
L'RNA neosintetizzato viene rilasciato attraverso un canale di uscita.
A differenza della DNA polimerasi:
- La RNA polimerasi appaia solo un numero limitato di coppie di basi.
- La denaturazione del DNA è limitata alla regione coinvolta nella trascrizione.
Conformazione a doppia elica del DNA rimane intatta nelle porzioni a monte e a valle della sequenza trascritta.

Il DNA contiene desossiribosio e l'RNA contiene ribosio:
  - La differenza si trova al carbonio 2:
    - Ribosio: gruppo ossidrile (-OH).
    - Desossiribosio: solo atomo di idrogeno (-H).
Nucleotidi:
  - DNA: deossiribonucleotidi trifosfato (dATP, dCTP, dGTP, dTTP).
  - RNA: ribonucleotidi trifosfato (ATP, CTP, GTP, UTP).
  - L'uraile (U) sostituisce la timina (T) nell'RNA.
La RNA polimerasi sintetizza il RNA in direzione 5’ → 3’,
- Ribonucleotidi vengono sempre aggiunti all'estremità 3’ libera del filamento di RNA.
La trascrizione può includere sequenze abortive, brevi sequenze di RNA non rilasciate.

Riconoscimento del filamento stampo del DNA.
L'RNA polimerasi necessita di proteine accessorie per identificare il sito di inizio.
Si lega al DNA a doppio filamento, provocando l'apertura di una piccola porzione della doppia elica.

Sintesi di RNA inizialmente composta da frammenti di 2-9 paia di basi (frammenti abortivi).
Quando si supera il limite di 9 paia di basi, inizia il processo di elongazione.

Passaggio dalla sintesi abortiva alla formazione di un filamento di RNA completo.

Riconoscimento del segnale di stop della sintesi e distacco della polimerasi dal DNA.

Il DNA è composto da esoni (regioni codificanti) e introni (regioni non codificanti).
Solo gli esoni vengono trascritti nell'RNA.
Il filamento di RNA risultante è formato da esoni e ridotto rispetto al filamento di DNA stampo.
Le regioni promotrici sul DNA sono sequenze di basi che legano l'RNA polimerasi.
La forza del promotore determina l'intensità dell'espressione genica.

I procarioti possiedono una sola RNA polimerasi, composta da quattro subunità:
- Due subunità α (alpha) ai terminali.
- Due subunità centrali β e β'.
Necessitano di un fattore esterno, fattore sigma, per legarsi al DNA.
La formazione del neoenzima (fattore sigma + RNA polimerasi) è necessaria affinché la polimerasi possa interagire con il DNA.

Gli eucarioti hanno tre RNA polimerasi, ciascuna con funzioni specifiche:
  - RNA polimerasi I: sintesi di RNA ribosomali (rRNA) nel nucleolo.
  - RNA polimerasi II: sintesi di RNA messaggero (mRNA).
  - RNA polimerasi III: sintesi di tRNA e piccoli RNA non codificanti, regolatori.
Rispetto ai procarioti, la trascrizione eucariotica è più complessa e comporta un numero maggiore di subunità.

Riconosce specifiche sequenze DNA chiamate promotori.
Promotore contiene il nucleo del promotore e sequenze regolatorie a monte.
Fattore proteico UBF si lega e prepara il reclutamento di altri complessi proteici per avviare la trascrizione.
Complesso SL1 contiene TBP e TAFs per il riconoscimento del DNA.

Riconosce tre tipi di promotori:
  1. Promotore di Tipo I: per l'RNA ribosomiale 5S.
  2. Promotore di Tipo II: per il tRNA.
  3. Promotore di Tipo III: per piccoli RNA (RNA U6).
Ogni promotore presenta sequenze uniche e proteine regolatorie che reclutano Pol III.

Inizia con l'identificazione della TATA box nel promotore del gene.
Il fattore di trascrizione TFIID, contenente TBP, si lega alla TATA box.
Vengono reclutati altri fattori di trascrizione (TFIIB, TFIIE, TFIIH, TFIIF) per formare il complesso di pre-inizio.
TFIH ha attività elicasi e chinasi che attivano la Pol II.
Durante l'allungamento, la RNA polimerasi II può correggere errori, aumentando la fedeltà.