Transkripsi adalah sintesis RNA dari templat DNA, langkah pertama dalam ekspresi gen. Pada eukariot, transkrip utama mengalami pemrosesan ekstensif untuk menghasilkan molekul RNA fungsional. Transkrip dapat dianalisis dengan sekuensing RNA dan diamplifikasi dengan transkripsi balik PCR.
RNA Polimerase
Prokariot memiliki satu RNA polimerase, enzim multi-subunit yang mensintesis semua jenis RNA. Enzim inti terdiri dari subunit alfa, beta, dan beta-prime, dan berasosiasi dengan faktor sigma yang mengenali sekuens promotor. Faktor sigma-70 mengenali promotor bakteri standar dengan sekuens konsensus -10 dan -35.
Eukariot memiliki tiga RNA polimerase nuklir. RNA polimerase I mentranskripsi gen rRNA di nukleolus. RNA polimerase II mentranskripsi gen pengkode protein untuk menghasilkan mRNA dan banyak RNA non-pengkode, dengan domain C-terminal besarnya yang mengandung pengulangan heptad yang difosforilasi selama transkripsi. RNA polimerase III mentranskripsi RNA kecil termasuk tRNA, 5S rRNA, dan snRNA.
Inisiasi Transkripsi
Transkripsi dimulai pada sekuens promotor yang mengarahkan RNA polimerase ke situs awal yang benar. Pada eukariot, RNA polimerase II membutuhkan perakitan faktor transkripsi umum di promotor inti. TFIID, yang mengandung TATA-binding protein, mengenali kotak TATA, dan faktor lain merekrut Pol II. Komplex mediator mengintegrasikan sinyal regulasi dari faktor transkripsi yang terikat enhancer. Pembersihan promotor mengikuti, dengan CTD menjadi terfosforilasi pada serin 5 oleh TFIIH, melepaskan Pol II dari kompleks inisiasi.
Elongasi
Selama elongasi, RNA polimerase bergerak di sepanjang untai templat, mensintesis RNA dalam arah 5-prime ke 3-prime. Situs aktif menambahkan ribonukleotida yang komplementer dengan templat, dengan untai RNA yang tumbuh membentuk hibrida sementara dengan templat DNA. Gelembung transkripsi bergerak dengan polimerase, dengan DNA melilit kembali di belakang dan membuka di depan. Saat elongasi berlangsung, CTD menjadi terfosforilasi pada serin 2, merekrut faktor pemrosesan RNA. Penjeda dan mundur dapat terjadi, menyediakan titik pemeriksaan regulasi.
Terminasi
Mekanisme terminasi berbeda antara polimerase. RNA polimerase bakteri berhenti pada struktur jepit rambut yang mendestabilisasi kompleks elongasi, atau melalui faktor Rho yang secara aktif memisahkan kompleks. RNA polimerase I berhenti pada sekuens spesifik yang dikenal oleh terminator. Terminasi RNA polimerase II digabungkan dengan poliadenilasi, dengan pembelahan pre-mRNA memicu pelepasan transkrip. RNA polimerase III berhenti pada rangkaian residu timin dalam templat.
Penutupan 5-Prime
Ujung 5-prime transkrip Pol II dimodifikasi secara ko-transkripsi. Tutup 7-metilguanosin ditambahkan dalam orientasi terbalik melalui hubungan trifosfat 5-prime ke 5-prime. Enzim penutup direkrut ke CTD terfosforilasi. Tutup melindungi transkrip dari 5-prime eksonuklease, meningkatkan translasi dengan mengikat eIF4E, dan memfasilitasi ekspor nuklir. Tutup juga penting untuk penyambungan dan poliadenilasi yang efisien.
Penyambungan RNA
Sebagian besar gen eukariot mengandung intron yang harus dihilangkan dari pre-mRNA. Penyambungan dikatalisis oleh spliceosom, kompleks dinamis dari lima snRNP dan banyak protein. Reaksi melibatkan dua langkah transesterifikasi. Pertama, hidroksil 2-prime dari adenosin titik cabang menyerang situs sambatan 5-prime, membentuk intermediet lariat. Kedua, hidroksil 3-prime bebas dari ekson 5-prime menyerang situs sambatan 3-prime, menggabungkan ekson dan melepaskan intron lariat.
Penyambungan alternatif memungkinkan satu gen menghasilkan beberapa varian mRNA. Lebih dari 95% gen manusia mengalami penyambungan alternatif, sangat memperluas proteom. Penyambungan diatur oleh sekuens enhancer dan silencer yang mengikat protein SR dan hnRNP.
Pemrosesan 3-Prime
Pre-mRNA dibelah di situs poliadenilasi, dan ekor poli-A dari 100 hingga 250 residu adenin ditambahkan oleh poli-A polimerase. Faktor spesifisitas pembelahan dan poliadenilasi mengenali sinyal poliadenilasi AAUAAA, sementara faktor stimulasi pembelahan mengikat elemen kaya GU di hilir. Faktor pembelahan I dan II melakukan pembelahan endonukleolitik. Poly-A binding protein melapisi ekor, melindungi mRNA dari degradasi dan mempromosikan translasi.
