การถอดรหัสพันธุกรรม

การคัดลอกข้อมูลในยีน DNA ไปเป็น RNA ซึ่งเป็นขั้นตอนแรกในการแสดงออกของยีนและเป็นจุดที่มีการควบคุมส่วนใหญ่เกิดขึ้น

Definition

การถอดรหัสพันธุกรรมคือการสังเคราะห์โมเลกุล RNA โดยเอนไซม์โดยใช้ DNA สายหนึ่งเป็นแม่แบบ ดำเนินการโดย RNA polymerase และสร้าง messenger, ribosomal, transfer และ RNA อื่นๆ ที่มาจากข้อมูลที่เข้ารหัสในยีน

Scope

ขอบเขตนี้ครอบคลุมการสังเคราะห์ RNA ที่ขึ้นกับ DNA ตั้งแต่การเริ่มต้นจนถึงการสิ้นสุด รวมถึง RNA polymerase, การจดจำโปรโมเตอร์และปัจจัยที่เลือกจุดเริ่มต้นของการถอดรหัส, ขั้นตอนการยืดสาย, การทำให้ primary transcript กลายเป็น RNA ที่ทำงานได้, และสัญญาณที่หยุดการสังเคราะห์ โดยถือว่าการถอดรหัสเป็นกลไกและจุดควบคุม การแปลรหัสที่เกิดขึ้นภายหลังและตรรกะที่กว้างขึ้นของเครือข่ายการควบคุมจะครอบคลุมในส่วนที่เกี่ยวข้อง

Sub-topics

• Promoters and Transcription Factors
• RNA Polymerase and Transcription Initiation
• RNA Processing and Splicing
• Transcription Termination

Core questions

• RNA polymerase ค้นหายีนและเริ่มการสังเคราะห์ในตำแหน่งที่ถูกต้องได้อย่างไร?
• ใช้สายใดเป็นแม่แบบและ RNA ถูกสร้างขึ้นอย่างไร?
• primary transcript ถูกประมวลผลให้เป็น RNA ที่สมบูรณ์และทำงานได้อย่างไร?
• เซลล์รู้ได้อย่างไรว่าจะหยุดการถอดรหัสที่ใด?

Key theories

หลักการกลาง — DNA ไปสู่ RNA

ข้อมูลลำดับไหลจาก DNA ไปสู่ RNA โดยการถอดรหัส กำหนดให้ RNA เป็นตัวกลางที่นำข้อความทางพันธุกรรมไปสู่การสังเคราะห์โปรตีน ดังที่ Crick ได้กล่าวไว้ในหลักการกลาง

การสังเคราะห์สายเดี่ยวที่กำกับโดยแม่แบบ

RNA polymerase อ่าน DNA หนึ่งสายและสังเคราะห์ RNA ที่เสริมกันในทิศทาง 5'→3' โดยไม่มีไพรเมอร์ โดยถอดรหัสหน่วยที่กำหนดไว้แทนที่จะคัดลอกโครโมโซมทั้งหมด

Mechanisms

การถอดรหัสพันธุกรรมดำเนินไปสามขั้นตอน ในการเริ่มต้น RNA polymerase ซึ่งถูกนำทางโดยลำดับโปรโมเตอร์และ (ในยูคาริโอต) ปัจจัยการถอดรหัสทั่วไป จะจับและแยก DNA เพื่อสร้าง open complex และเริ่มการสังเคราะห์ RNA ในการยืดสาย โพลีเมอเรสจะเคลื่อนที่ไปตามแม่แบบ ขยาย RNA และรักษาสภาวะ transcription bubble ไว้ ในการสิ้นสุด สัญญาณเฉพาะจะปล่อยโพลีเมอเรสและ transcript ที่สมบูรณ์ ในยูคาริโอต primary transcript จะถูกประมวลผลเพิ่มเติม — การเติมแคป, การตัดต่อ, และการเติม polyadenylation — เพื่อให้ได้ RNA ที่สมบูรณ์

Clinical relevance

เนื่องจากการถอดรหัสพันธุกรรมเป็นจุดควบคุมหลักของการแสดงออกของยีน ส่วนประกอบและตัวควบคุมจึงเป็นเป้าหมายของยาที่แพร่หลายและมีการควบคุมที่ผิดปกติในหลายโรค ซึ่งนำเสนอในฐานะความสำคัญมากกว่าคำแนะนำทางคลินิก

History

การค้นพบ messenger RNA และ RNA polymerase ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ได้กำหนดให้การถอดรหัสเป็นขั้นตอนที่แตกต่างกัน การกล่าวซ้ำหลักการกลางของ Crick ในปี 1970 ได้กำหนดตำแหน่งของการถอดรหัสในการไหลของข้อมูลทางพันธุกรรม และงานโครงสร้างเกี่ยวกับ RNA polymerase ในภายหลังได้ให้รายละเอียดกลไกที่สอนกันในปัจจุบันว่าเป็นมาตรฐาน

Key figures

• Francis Crick
• Roger Kornberg
• Robert Roeder

Seminal works

• crick1970
• watson2013

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างการถอดรหัสและการจำลองแบบคืออะไร?

การจำลองแบบคัดลอกจีโนมทั้งหมดลงใน DNA สำหรับการแบ่งเซลล์ ในขณะที่การถอดรหัสคัดลอกยีนแต่ละยีนลงใน RNA เป็นขั้นตอนแรกของการแสดงออกของยีนเหล่านั้น

โมเลกุล DNA ทั้งหมดถูกถอดรหัสพร้อมกันหรือไม่?

ไม่ การถอดรหัสจะกระทำกับหน่วยการถอดรหัสที่กำหนดไว้ โดยเริ่มที่โปรโมเตอร์และสิ้นสุดที่สัญญาณการสิ้นสุด ดังนั้นจะมีเพียงบางส่วนที่ถูกคัดลอกเป็น RNA ในเวลาใดเวลาหนึ่ง