Panoramica

La trascrizione è il processo di sintesi dell'RNA da una sequenza di DNA mediante polimerasi dell'RNA. È il primo passo nella produzione di una proteina da una sequenza genica. Inoltre, molte altre proteine e sequenze regolatorie sono coinvolte nella corretta sintesi dell'RNA messaggero (mRNA). La regolazione della trascrizione è responsabile della differenziazione di tutti i diversi tipi di cellule e spesso della corretta risposta cellulare ai segnali ambientali.

La trascrizione può produrre diversi tipi di molecole di RNA

Negli eucarioti, il DNA viene prima trascritto in un RNA primario, o pre-mRNA, che può essere ulteriormente trasformato in un mRNA maturo per fungere da modello per la sintesi delle proteine. In procarioti come i batteri, tuttavia, la traduzione dell'RNA in polipeptidi può iniziare mentre la trascrizione è ancora in corso, poiché l'RNA può essere rapidamente degradato. La trascrizione può anche produrre diverse tipo di molecole di RNA che non codificano per proteine, come microRNA, RNA di trasferimento (tRNA) e RNA ribosomico (rRNA), che contribuiscono alla sintesi proteica.

La regolazione della trascrizione è fondamentale per lo sviluppo

Con poche eccezioni, tutte le cellule del corpo umano hanno le stesse informazioni genetiche in loro, dai neuroni nel cervello alle cellule muscolari nel cuore. Quindi, come fanno le cellule ad assumere forme e funzioni così diverse? In larga misura, la risposta sta nella regolazione della trascrizione durante lo sviluppo dell'organismo. In particolare, la regolazione trascrizionale svolge un ruolo centrale nella differenziazione cellulare, il processo di produzione di cellule specializzate, come le cellule muscolari, da cellule precursori meno specializzate. Per produrre cellule specializzate, alcuni geni devono essere accesi e altri disattivati nelle cellule precursori.

Questo processo di differenziazione cellulare è orchestrato da proteine che legano il DNA chiamate fattori di trascrizione che controllano il livello di trascrizione dei geni che possono determinare il destino cellulare. Ad esempio, all'inizio dello sviluppo dei vertebrati, le cellule nello strato di ectodermi dell'embrione in via di sviluppo ricevono diversi segnali di induzione da proteine come BMP, WNT e SHH. Questi segnali attivano i fattori di trascrizione che attivano o disattivano una serie di geni. In questo modo, la regolazione trascrizionale determina se le cellule ectodermi diventano cellule della pelle o cellule del sistema nervoso.

Rispondere all'ambiente richiede spesso cambiamenti trascrizionali

Gli ambienti sono raramente stabili per lunghi periodi. Si considerino, ad esempio, le variazioni di temperatura, precipitazioni e disponibilità di cibo a cui una pianta è esposta da un giorno all'altro e talvolta di ora in ora. Per funzionare correttamente, i singoli organismi devono rispondere a tali cambiamenti ambientali regolando i tratti chiave, come i loro tassi di crescita, l'immunità o il comportamento. Questi aggiustamenti spesso richiedono un aumento o una diminuzione del livello di trascrizione di un gran numero di geni. Ad esempio, quando sono esposte a condizioni di siccità, le piante di arabidopsis thaliana regolano rapidamente la trascrizione di centinaia di geni al fine di aumentare la crescita delle radici e quindi raccogliere quanta più acqua possibile dal suolo.