Überblick

Die Transkription ist der Prozess der RNA-Synthese aus einer DNA-Sequenz durch RNA-Polymerase. Es ist der erste Schritt zur Herstellung eines Proteins aus einer Gensequenz. Zusätzlich sind viele andere Proteine und regulatorische Sequenzen an der korrekten Synthese von Boten-RNA (mRNA) beteiligt. Die Regulation der Transkription ist für die Differenzierung aller verschiedenen Zelltypen und oft auch für die richtige zelluläre Antwort auf Umweltsignale verantwortlich.

Transkription kann verschiedene Arten von RNA-Molekülen produzieren

Bei Eukaryoten wird die DNA zunächst in eine primäre RNA, oder prä-mRNA, transkribiert. Diese wird dann zu einer fertigen mRNA weiter prozessiert, um als Vorlage für die Synthese von Proteinen zu dienen. Bei Prokaryoten, wie z.B. Bakterien, kann die Übersetzung der RNA in Polypeptide jedoch schon während der Transkription beginnen, da die RNA schnell abgebaut werden kann. Die Transkription kann auch verschiedene Arten von RNA-Molekülen produzieren, die nicht für Proteine kodieren. Beispiele sind microRNA, Transfer-RNA (tRNA) und ribosomale RNA (rRNA), die alle zur Proteinsynthese beitragen.

Die Regulierung der Transkription ist für die Entwicklung bedeutend

Mit wenigen Ausnahmen tragen alle Zellen des menschlichen Körpers die gleiche genetische Information in sich. Das reicht von den Nervenzellen im Gehirn bis zu den Muskelzellen im Herz. Wie also nehmen Zellen so unterschiedliche Formen und Funktionen an? Die Antwort liegt zu einem großen Teil in der Regulation der Transkription während der Entwicklung des Organismus. Konkret spielt die Transkriptionsregulation bei der zellulären Differenzierung eine zentrale Rolle. Das ist der Prozess der Herstellung spezialisierter Zellen, wie z.B. Muskelzellen, aus weniger spezialisierten Vorläuferzellen. Um spezialisierte Zellen zu produzieren, müssen einige Gene in den Vorläuferzellen an- und andere abgeschaltet werden.

Dieser Prozess der zellulären Differenzierung wird von DNA-bindenden Proteinen, den sogenannten Transkriptionsfaktoren, gesteuert. Sie steuern das Niveau der Transkription von Genen, die das zelluläre Schicksal bestimmen können. Zum Beispiel erhalten Zellen in der Ektoderm-Schicht des sich entwickelnden Embryos schon früh während der Entwicklung der Wirbeltiere verschiedene Induktionssignale von Proteinen wie BMP, WNT und SHH. Diese Signale aktivieren Transkriptionsfaktoren, die eine Vielzahl von Genen an- oder abschalten. Auf diese Weise bestimmt die Transkriptionsregulation, ob Ektodermzellen zu Hautzellen oder Zellen des Nervensystems werden.

Antworten auf Umweltsignale erfordern oft Transkriptionsänderungen

Umgebungen sind selten über lange Zeiträume stabil. Denken Sie zum Beispiel an die Veränderungen der Temperatur, des Niederschlags und der Nahrungsverfügbarkeit, denen eine Pflanze von Tag zu Tag, manchmal auch von Stunde zu Stunde, ausgesetzt ist. Um richtig zu funktionieren, müssen einzelne Organismen auf solche Umweltveränderungen reagieren, indem sie wichtige Eigenschaften wie Wachstumsraten, Immunität oder Verhalten anpassen. Diese Anpassungen erfordern oft eine Erhöhung oder Verringerung der Transkription einer großen Anzahl von Genen. Wenn sie beispielsweise Dürrebedingungen ausgesetzt sind, passen Pflanzen wie die Arabidopsis thaliana schnell die Transkription von Hunderten von Genen an, um das Wurzelwachstum zu steigern, um damit so viel Wasser wie möglich aus dem Boden schöpfen zu können.