La transcripción es la síntesis de ARN a partir de un molde de ADN, el primer paso en la expresión génica. En eucariotas, el transcripto primario experimenta un procesamiento extenso para producir moléculas de ARN funcionales. Los transcriptos pueden analizarse mediante secuenciación de ARN y amplificarse mediante PCR con transcriptasa inversa.
ARN Polimerasas
Los procariotas tienen una sola ARN polimerasa, una enzima de múltiples subunidades que sintetiza todos los tipos de ARN. La enzima central consiste en subunidades alfa, beta y beta-prime, y se asocia con un factor sigma que reconoce las secuencias del promotor. El factor sigma-70 reconoce promotores bacterianos estándar con secuencias consenso -10 y -35.
Los eucariotas tienen tres ARN polimerasas nucleares. La ARN polimerasa I transcribe genes de ARN ribosómico en el nucléolo. La ARN polimerasa II transcribe genes que codifican proteínas para producir ARNm y muchos ARN no codificantes, con su gran dominio C-terminal que contiene repeticiones de heptapéptidos que se fosforilan durante la transcripción. La ARN polimerasa III transcribe ARN pequeños incluyendo ARNt, ARNr 5S y ARNsn.
Inicio de la Transcripción
La transcripción comienza en secuencias promotoras que dirigen la ARN polimerasa al sitio de inicio correcto. En eucariotas, la ARN polimerasa II requiere el ensamblaje de factores de transcripción generales en el promotor central. TFIID, que contiene la proteína de unión a TATA, reconoce la caja TATA, y otros factores reclutan a Pol II. El complejo mediador integra señales reguladoras de factores de transcripción unidos a potenciadores. La liberación del promotor sigue, con el CTD fosforilándose en serina 5 por TFIIH, liberando a Pol II del complejo de iniciación.
Elongación
Durante la elongación, la ARN polimerasa se mueve a lo largo de la hebra molde, sintetizando ARN en la dirección 5-prime a 3-prime. El sitio activo añade ribonucleótidos complementarios al molde, con la hebra de ARN en crecimiento formando un híbrido temporal con el molde de ADN. La burbuja de transcripción se mueve con la polimerasa, con el ADN reenrollándose detrás y desenrollándose delante. A medida que avanza la elongación, el CTD se fosforila en serina 2, reclutando factores de procesamiento de ARN. La pausa y el retroceso pueden ocurrir, proporcionando puntos de control regulatorios.
Terminación
Los mecanismos de terminación difieren entre polimerasas. La ARN polimerasa bacteriana termina en estructuras de horquilla que desestabilizan el complejo de elongación, o mediante el factor Rho que disocia activamente el complejo. La ARN polimerasa I termina en secuencias específicas reconocidas por terminadores. La terminación de la ARN polimerasa II está acoplada a la poliadenilación, con la escisión del pre-ARNm desencadenando la liberación del transcripto. La ARN polimerasa III termina en una serie de residuos de timina en el molde.
Caperuza 5-Prime
El extremo 5-prime de los transcriptos de Pol II se modifica co-transcripcionalmente. Se añade una caperuza de 7-metilguanosina en orientación inversa a través de un enlace trifosfato 5-prime a 5-prime. La enzima de caperuza es reclutada al CTD fosforilado. La caperuza protege el transcripto de las exonucleasas 5-prime, mejora la traducción al unir eIF4E y facilita la exportación nuclear. La caperuza también es importante para el splicing y la poliadenilación eficientes.
Splicing del ARN
La mayoría de los genes eucariotas contienen intrones que deben eliminarse del pre-ARNm. El splicing es catalizado por el espliceosoma, un complejo dinámico de cinco snRNP y numerosas proteínas. La reacción implica dos pasos de transesterificación. Primero, el hidroxilo 2-prime de la adenosina del punto de ramificación ataca el sitio de splicing 5-prime, formando un intermediario en lazo. Segundo, el hidroxilo 3-prime libre del exón 5-prime ataca el sitio de splicing 3-prime, uniendo los exones y liberando el intrón en lazo.
El splicing alternativo permite que un solo gen produzca múltiples variantes de ARNm. Más del 95% de los genes humanos experimentan splicing alternativo, expandiendo enormemente el proteoma. El splicing está regulado por secuencias potenciadoras y silenciadoras que se unen a proteínas SR y hnRNP, respectivamente.
Procesamiento 3-Prime
El pre-ARNm se escinde en el sitio de poliadenilación, y se añade una cola de poli-A de 100 a 250 residuos de adenina por la poli-A polimerasa. El factor de especificidad de escisión y poliadenilación reconoce la señal de poliadenilación AAUAAA, mientras que el factor de estimulación de escisión se une a elementos ricos en GU corriente abajo. Los factores de escisión I y II realizan la escisión endonucleolítica. La proteína de unión a poli-A recubre la cola, protegiendo el ARNm de la degradación y promoviendo la traducción.
