Транскрипция – бұл ДНҚ –дан аРНҚ – ға генетикалық ақпаратты көшіру процессі, РНҚ-полимераза көмегімен ядрода өтеді. ДНҚ-ның екі тізбегі қызметіне байланысты ерекшеленеді. Бірінші тізбек – кодтаушы немесе мағыналы, екінші тізбек – матрицалық (ақпараттық). Тек матрицалық тізбек транскрипцияланады.
ДНҚ транскрипциясы инициация, элонгация және терминации сатыларынан тұратын ДНҚ екі тізбегінің бірінен РНҚ молекуласы синтезделетін матрицалық үдеріс.
Эукариоттардың РНҚ-полимеразасы өздігінен транскрипцияны инициациялай алмайды, оған жалпы транскрипциялық фактор-ақуызы (ЖТФ) қажет. Ол РНК-полимеразаны ТАТА-бокспен байланыстырады және бұл кешен (РНҚП+ЖТФ) транскрипцияның басталу нүктесіне қарай жылжиды.
Транскрипция үдерісіне арнайы фермент РНҚ-полимеразамен қатар көптеген инициациялық, элонгациялық және терминациялық реттеуші ақуыз факторлары да қатысады. Мұндай ақуыздар транскрипцияның басталу және аяқталу үдерісін және алғашқы өнімнің деңгейінің реттелуін қамтамасыз ететін гендердің реттеуші қатарларымен байланыс түзеді.
Эукариоттар транскрипциясының ерекшелігі де сол активті емес ядролық РНҚ түзіледі және постранскрипциялық модификация-процессингті (пісіп-жетілу) жүргізу болып табылады. Процессинг үдерісінде жүреді:
1. «кэп»- 51ұшына–метилденген гуанозиннің қосылуы
2. полиадениннің- 31 полиадениндік «құйрықтың»жалғануы
3. сплайсинг- интрондардың қырқылуы және экзондардың тігілуі
Посттранскрипциялық модификация
Транскрипцияның алғашқа өнімі немесе ядролық РНҚ, цитоплазмалық РНҚ қарағанда активті емес (жетілмеген) және одан әлде қайда ұзын болады. Жетілмеген ядролық РНҚ құрамында ақпараты бар, кодталатын қатарлардан (экзондардан) және ішінде ақпараты жоқ немесе кодталмайтын қатардан (интрондар) тұрады.
Транскрипцияның алғашқа өнімі а-РНҚ, гетерогенді ядролық РНҚ (гя РНҚ) деп аталады немесе про- а-РНҚ, онда 500 - 50000 нуклеотидтер қатары болады.
Ары қарай РНҚ өзгеріске ұшырап, жетілген функциональды активті а-РНҚ молекуласы (ақуыз биосинтезі жүретін жерге), цитоплазмаға шығуы керек. Бұл үдеріс «процессинг» термині ретінде белгілі
Гя-РНҚ әртүрлі өзгерістерге ұшырауы мүмкін:
Алғашқы әрбір геннің РНҚ транскрипты толықтай процессингке ұшырамайды, тек ядролық РНҚ біраз ғана (25%) бөлігі жетілгена-РНҚ айналады. Қалған 75% ядрода жойылады. Сонымен тек барлық РНҚ тек 5% ғана цитоплазмаға өтеді.
Ядролық РНҚ жетілген функциональды активтіа-РНҚ айналуы және цитоплазмаға немесе процессингте іске асады:
1. Ядролық РНҚ-ның цитоплазмаға өтіп, жетілген, функциональды активті а-РНҚ-ға айналуы немесе процессинг мына әрекеттерді қамти жүреді:
1. «Қалпақ» жалғану немесе «кэп» жалғану. «Кэп» жалғану үдерісі пре-а-РНҚ-ның 51 – ұшына метилденген гуанозиннің жалғануы. Мұны 7 метилгуанин (7-МеГ немесе m7Г) деп атайды, ол 5/ – 5/ арасындаға сирек байланысты түзеді.
«Кэп» жалғану РНК – полимераза II транскрипцияның инициация сайтынан ажырауына дейін және нуклеотидтердің қырқылуы мен сплайсинг үдерісінің басталуына дейін басталады. Кейде «Кэп» жалғану нуклеотидтердің қант молекуласының қосымша метилденуі 5/-ұшына (7-Мег-5/-РРР-5/), рибозаның 3/ ұшының Г немесе А метилденуі моно- және трифосфаттануына сай келеді.
«Қалпақ» жалғанудың биологиялық маңызы «сар»-қалпақ а-РНҚ –ны нуклеаза ферменттерінің бұзу әрекетінен қорғайды, сонымен қатар ақуыздың биосинтезіне қатынасатын факторлардың а-РНҚ-ны танып байланысуына көмектеседі. Мұндай 7-МеГ-«қалпақ» гистонды белоктардың а-РНҚ-да болмайды.
2. Полиадениндік «құйрықтың» жалғануы, а-РНҚ-ның 3/ұшына поли-А-фрагменттің жалғауы екі кезеңнен тұрады:
а) эндонуклеаза ферменті пре-а-РНҚ-ны (бірінші реттік транскриптті) белгілі учаскеде кеседі.
б) пре-а-РНҚ-ның кесілгеннен кейінгі түзілген 31 ұшына полиаденилдік фрагмент («құйрық») жалғанады. Бұл үшін арнайы фермент –поли-(А)-полимераза қатынасып субстрат ретінде АТФ-ты пайдаланады, процестің өзін полиаденилдену деп атайды. Жалғанған полиаденилдік фрагмент шамамен 200-ге жуық нуклеотидтен тұрады. Әдетте полиаденилдену пре-а-РНҚ-ның 30% қамти жүрсе, жетілген а-РНҚ тізбегінің -70% жуығын қамтиды.
Барлық жоғары сатыдағы эукариоттарда (ашытқы саңырауқұлағынан басқа) поли-А-фрагменті жалғанатын сайттан жоғары, солға қарай 11-30 нуклеотидтік арақашықтықтағы учаскеде ААУАААА –жүйесі орналасқан. Бұл жүйе нуклеаза ферментінің кесіп ажыратуға арналған сигналы болуы мүмкін делінеді.
Көптеген а-РНҚ гистонды ақуыздары 31ұшында полиаденилдену жүрмейді яғни процессинг поли – А жалғанусыз өтеді.
Процессинг кіші ядролық РНҚ У (У7 snRNA) 57 жұп негіздер экстенсивті комплементарлы жұптасуы гяРНҚ гистонды ақуыздарымен байланысы арқалы іске асырылады.
интронның қырқылуын және РНҚ-ың қалған фрагменттерінің, кодтаушы қатардың немесе экзондардың тігілуінен жетілген функциональдық активті а-РНҚ молекуласының түзілуін бақылайтын үдеріс.
Сплайсеосомалар – осы ақуыз кешеніне қатысатыны белгілі. Сплайсинг үдерісіне ферменттік қызмет атқаратын бірқатар белоктар қатынасады:
1. энергия көзі ретінде қызмет атқаратын белоктар АТФ-азалар;
2. РНҚ-геликазалар – сплайсинг барысында түзілген қосарлана ширатылған РНҚ-РНҚ тізбектерді тарқатуды және кіші ядролық РНҚ-лар арасындағы РНҚ-РНҚ-лық (мысалы, мя РНК 4- мя РНК 6) өзара әрекеттесулерді бұзу арқылы ДНҚ молекулаларының арасында жаңа байланыстардың түзілуін қамтамасыз ететін ферменттер.
Олай болса, сплайсинг күрделі үдеріс, оның реакциялары рибонуклеотидтік ірі кешенде, бірнеше РНҚ молекулалары және ондаған белоктардың қатынасуымен жүреді.
Альтернативтік сплайсинг Ядролық а-РНҚ процессингінің негізгі ерекшеліктерінің бірі-гетерогендік ядролық РНҚ молекуласының біреуінен процессинг нәтижесінде, құрылымы мен қызметі әр түрлі бірнеше, жетілген, функциональды активті а-РНҚ молекулаларын түзуі мүмкін.
Бұл құбылыс альтернативтік сплайсинг деп аталады. Оның мәні:
интрондары қырқылып түскеннен кейінгі а-РНҚ-ғы қалған экзондар бір-бірімен түрлі үйлесімдермен, түрліше ретпен жалғануы мүмкін;
пре-а-РНҚ-дағы нуклеотидтер жүйесі бір жағдайда интронды құраса, екінші жағдайда экзон болуы мүмкін:
Көптеген ізашар аРНҚ гендерінің құрамында ондаған, одан да көп экзондар болады. Экзондардың көп болуы алуан түрлі жетілген а-РНҚ-ның түзілуіне мүмкіндік береді.
Альтернативтік сплайсинг барлық жасушаларда байқалатын құбылыс. Бұл құбылыстың нәтижесінде түрлі мүшелер мен ұлпаларда онтогенездің түрлі кезеңдерінде арнайы қызмет атқаратын алуан түрлі ақуыздың синтезделуін қамтамасыз етеді.
Альтернативтік сплайсинг құбылысы арнайы белоктардың активтілігіне негізделген. Бұл белоктар пре-а-РНҚ молекуласындағы интрондары бар учаскелерімен немесе экзон-интрон шекараларымен байланысып бір интрондардың қырқылуын тежеп, екінші бір интрондардың алып тасталуына жағдай туғызады. Альтернативтік сплайсингтің мысалы ретінде дрозофиланың Broad-Complex генін алайық. Бұл ген дәрнәсілдің ересек шыбынға айналуын қамтамасыз етеді. Шыбынның түрленіп дамуы осы геннің анықтауымен түзілетін экдизон гормонымен бақыланады. Геннің ұзындығы 120 мың жұп нуклеотидке шамалас. Бұл гендегі 10 экзонның түрлі үйлесімдер құрып орналасуына байланысты 15 түрлі а-РНҚ синтезделеді. А-РНҚ-лардың әрқайсысы нақты жасушалар тобында транскрипцияланады, және осы экзондардың саны мен үйлесім түрлері әр жасуша типінде түрліше болып ауытқиды.
Эукариоттар генінің экзон-интрондық құрылымы альтернативтік сплайсингтың болуын ғана емес, сонымен қатар интрондардан ерекше кіші ядролық РНҚ-лардың түзілуін қамтамасыз етеді. Мұндай кіші ядролық РНҚ-лар рибосомалардың түзілуіне қатынасады.
Сонымен қатар ферменттер тәрізді әрекет жасайтын РНҚ-лар да болады. Оларды рибозимдер деп атайды. Рибозимдер кірпікшелі қарапайымдылар-Tetrahymena-ға жүргізілген тәжірибелер барысында ашылған (Th.Cech,1982). Рибозимдер тек басқа РНҚ молекулаларына әсер етіп, про-а-РНҚ процессингін қамтамасыз етеді.
А-РНҚ-ның екі типін ажыратады:
1. моноцистрондық а-РНҚ-ДНҚ-ның бір цистронына комплементарлы кодондары бар тізбек, бұл а-РНҚ-лардың ең көп бөлігін құрайды.
2. полицистрондық а-РНҚ-ДНҚ-ның бірнеше аралас цистрондарына сай ақпараты бар тізбек.
Мысалы, гистиндік белоктың метаболизміне 10-ға жуық арнайы ферменттер қатынасады. Осы 10 ферменттің синтезі жайлы ақпарат бір ғана полицистрондық а-РНҚ-молекуласында жазылған.Прокариоттар мен эукариоттардың ақпараттық РНҚ-ның өмір сүру ұзақтығы түрліше. Көпшілік прокариоттық а-РНҚ небәрі бірнеше минут қана өмір сүреді. (E.Coli –2 мин), ал эукариоттарда 1-4 сағат. Бірақ про-және эукариоттарда нуклеаза ферменттернің әсеріне тұрақты, ұзақ өмір сүретін а-РНҚ кездеседі. Мысалы Bacillus cerus бактериясының а-РНҚ-сы жасушада 6 сағатқа дейін тіршілігін жоймайды.
Сүтқоректілердің жетілмеген эритроциттеріндегі (ретикулоциттер) а-РНҚ алдымен ядроларда синтезделіп, соңынан цитоплазмаға өтеді. Эритроциттердің дамуының соңғы кезеңдерінде ядролары бұзылады, бірақ олардың а-РНҚ-сы тіршілігін жалғастырып гемоглобиннің глобиндік тізбектерінің түзілуіне қатынасады. Сондай-ақ сирек жағдайда, жұмыртқа жасушаларындағы және өсімдік тұқымдарындағы а-РНҚ бірнеше айлар, кейде жылдар бойы тіршілігін сақтауға қабілетті келеді.
Эукариоттық жасушаларда а-РНҚ-ның мұндай біршама тұрақтылығы кейбір белоктарға байланысты іске асырылады.
Бірқатар ғалымдар (Spirin, Beltisina, Leman, 1965; Perry, Kelley, 1968); и Henshaw, 1968 кейбір эукариоттық жасушаларда а-РНҚ цитоплазмаға шықпай, белоктармен байланысқан күйде ядрода қалып қоятынын дәлелдеп көрсеткен. а-РНҚ-ақуыз кешенін Спирин «информосома» деген жаңа терминмен атауды ұсынды. Информосомалар жасушалар тіршілігінде трансляция үдерісі кідірген, не тоқтап қалған жағдайда іске қосылады. Мысалы, ұрықтың дамуында гендер активтілігі органогенездің соңғы кезеңдерінде көріне бастайды, сондықтан а-РНҚ информосомалар түрінде болып қызмет атқарады.
Информосоманың ақуыздары а-РНҚ-ны рибонуклеаза ферменттерінің әсерінен қорғайды. Сонымен қатар бұл белоктар трансляция кезінде ақуыз биосинтезін бақылап дұрыс жүруін қамтамасыз етеді.
Ашытқы саңырауқұлағынан бастап омыртқалыларға дейінгі барлық эукариоттарда сплайсинг механизмінің ұқсас болуы гетерогендік ядролық РНҚ-ларының және басқа да компонентерінің құрылысы мен қасиеттерінің ұқсастығы сплайсинг құбылысының тірі ағзалар эволюциясының ерте кезеңдерінде байқалып қалыптасқанын көрсетеді. Геннің экзон интрондық құрылымы да ертеректегі феномен болып табылады.
Мысалы, глюкозаның метаболизміне қатысатын глицеральдегид –3– фосфатдегидрогеназы генінде ядролық және өсімдіктің хлоропластық ДНҚ бірдей бөлігінде 5 интроны болады. Хлоропластар эволюцияда бактериялардың оқшауланған ядросы бар эукариоттық жасушалармен симбиозды тіршілік етуінен шыққан деп санайды.
Сондықтанда бұл интрондар арғы тегі эукариоттар мен оқшауланған ядросы жоқ прокариоттарда (бактерияларда) болған.
Кіші ядролық РНҚ цитоплазмаға шыққаннан кейін 5/- ұшы химиялық модификация ұшырағаннан кейін ғана активтенеді.
Қайта түзілген химиялық топты, метилденген гуанинді (Г) ақуыздар таниды. Бұл ақуыздар құрамында білгілі бір аминқышқылдардың реті болады. Олар кіші ядролық РНҚ ақуыз кешендерінің цитоплазмадан ядроға өтуін қамтамасыз етеді. Мұнда цитоплазмада про- а-РНҚпроцессингіне және де басқада РНҚ типтерінің түзілуіне қатысады деген сөз.
Ядролық РНҚ қайта түзілуі тек процессингпен ғана шектелмейді. Структуралық-функциональдық ядролық РНҚ қайта түзілуінде түзетулерде жүреді.
Түзетулер РНҚ нуклеотидтердің азоттық негіздерінің химиялық модификациясы кезінде жүреді (мысалы, аденозиннің инозинге айналуында). Осындай модификация кезінде сол кодонның және сол кодонмен анықталатын аминқышқылдарының мағанасы өзгереді. Сонымен қатар а-РНҚ қатарына уридилды (У) нуклеотидтер де пайда болуы мүмкін.
Сондай ядролық РНҚ химиялық модификациясының нәтижесінде цитоплазмада ДНҚ молекуласында (генде) жоқ триплетпен кодталған аминқышқылы синтезделеді.
ТФ әсер ету механизмі
Осы негізде ТФ-дың үш класы бөлінеді:
