Transcripția reprezintă unul dintre procesele fundamentale ale vieții, prin care informația genetică stocată în ADN este copiată sub formă de ARN. La organismele eucariote, acest proces este remarcabil prin complexitatea sa structurală și funcțională, reflectând nivelul avansat de organizare celulară.
Spre deosebire de procesele similare din celulele procariote, transcripția la eucariote are loc într-un nucleu bine delimitat, implică multiple tipuri de ARN-polimeraze și este supusă unui control strict, atât spațial, cât și temporal. Înțelegerea transcripției la eucariote este esențială pentru explicarea diferențierii celulare, a dezvoltării organismelor multicelulare și a apariției multor patologii, inclusiv cancerul.
Organizarea genomului eucariot și implicațiile asupra transcripției
Genomul eucariot este organizat sub forma cromatinei, un complex dinamic format din ADN și proteine histonice (histone). ADN-ul este înfășurat în jurul octamerilor de histone, formând nucleozomi, unități structurale fundamentale ale cromatinei. Această organizare compactă joacă un rol crucial în reglarea transcripției, deoarece accesibilitatea ADN-ului determină dacă o genă poate fi sau nu transcrisă.
Cromatina există în două stări funcționale principale: eucromatina, relativ lax organizată și transcripțional activă, și heterocromatina, dens compactată și, în general, transcripțional inactivă. Modificările post-translaționale ale histonelor, precum acetilarea, metilarea sau fosforilarea, influențează structura cromatinei și, implicit, capacitatea factorilor de transcripție de a se lega de ADN.
ARN-polimerazele eucariote
La eucariote, transcripția este realizată de trei tipuri distincte de ARN-polimeraze, fiecare specializată în sinteza unor clase diferite de ARN:
- ARN-polimeraza I este responsabilă pentru transcripția ARN-ului ribozomal mare (28S, 18S și 5,8S).
- ARN-polimeraza II sintetizează ARN-ul mesager (ARNm) și majoritatea ARN-urilor mici nucleare (snRNA).
- ARN polimeraza III transcrie ARN-ul de transfer (ARNt), ARN-ul ribozomal 5S și alte ARN-uri mici.
Dintre acestea, ARN-polimeraza II ocupă un rol central în expresia genelor codificatoare de proteine și este cea mai intens studiată.
Inițierea transcripției
Inițierea transcripției este etapa cea mai complexă și mai reglată a procesului. Ea începe cu recunoașterea promotorului, o regiune specifică a ADN-ului situată în amonte de gena transcrisă. Promotorii eucariotelor pot conține mai multe elemente conservate, cel mai cunoscut fiind caseta TATA, localizată la aproximativ 25–30 de nucleotide înainte de situsul de start al transcripției.
Legarea ARN-polimerazei II la promotor necesită prezența unui ansamblu de proteine numite factori generali de transcripție, printre care TFIID, TFIIA, TFIIB, TFIIE, TFIIF și TFIIH. Un rol-cheie îl are subunitatea TBP (TATA-binding protein) din cadrul TFIID, care recunoaște caseta TATA și inițiază formarea complexului de preinițiere.
TFIIH îndeplinește o dublă funcție: desface dublul helix al ADN-ului și fosforilează domeniul C-terminal (CTD) al subunității mari a ARN-polimerazei II, un eveniment esențial pentru trecerea de la inițiere la elongare.
Elongarea transcripției
Odată inițiată transcripția, ARN-polimeraza II se deplasează de-a lungul catenei-matriță de ADN, sintetizând un lanț complementar de ARN în direcția 5’→3’. Elongarea nu este un proces pasiv, ci este asistată de factori de elongare care cresc procesualitatea enzimei și previn opririle premature.
În această etapă, domeniul CTD al ARN-polimerazei II acționează ca o platformă de recrutare pentru enzimele implicate în procesarea co-transcripțională a ARN-ului, subliniind interdependența strânsă dintre transcripție și maturarea ARNm.
Terminarea transcripției
Terminarea transcripției la eucariote este un proces complex, strâns legat de procesarea extremității 3’ a transcrierii primare. Pentru genele transcrise de ARN-polimeraza II, terminarea este precedată de recunoașterea unui semnal de poliadenilare din secvența ARN-ului nou sintetizat.
Acest semnal determină clivarea ARN-ului și adăugarea unei cozi poli(A), formată din aproximativ 200 de nucleotide de adenozină. După clivare, ARN-polimeraza II își încetează activitatea și se detașează de ADN, mecanismele exacte fiind încă subiect de cercetare.
Schema transcripției informației genetice în celula eucariotă.
Procesarea post-transcripțională a ARN-ului
Un aspect distinctiv al transcripției la eucariote îl constituie procesarea extensivă a ARN-ului primar. Aceasta include:
- adăugarea capului 5’, care protejează ARNm de degradare și facilitează recunoașterea de către ribozomi;
- poliadenilarea la 3’, importantă pentru stabilitatea și transportul ARNm;
- splicing-ul, prin care intronii sunt eliminați, iar exonii sunt uniți pentru a forma o secvență codificatoare continuă.
Splicing-ul alternativ permite obținerea mai multor izoforme proteice dintr-o singură genă, crescând diversitatea proteomică fără a mări dimensiunea genomului.
Reglarea transcripției
Reglarea transcripției la eucariote se realizează printr-o rețea complexă de mecanisme care implică elemente cis-reglatoare (enhanceri, silenceri) și factori de transcripție specifici. Enhancerii pot acționa la distanțe mari față de promotor, fiind aduși în proximitatea acestuia prin buclarea ADN-ului.
De asemenea, modificările epigenetice, precum metilarea ADN-ului, influențează expresia genelor fără a altera secvența nucleotidică, oferind un mecanism de reglare stabil, dar reversibil.
Importanța biologică și implicațiile medicale
Transcripția corect reglată este esențială pentru menținerea identității celulare și pentru adaptarea organismelor la mediu. Dereglările acestui proces pot conduce la boli genetice, tulburări de dezvoltare și cancer. Mutarea sau supraexprimarea factorilor de transcripție, precum și modificările epigenetice anormale, sunt frecvent asociate cu patogeneza umană.
În acest context, studiul transcripției eucariote nu are doar valoare teoretică, ci și o importanță majoră pentru dezvoltarea terapiilor moleculare moderne.