Ciclo di Trascrizione Eucariotica
Il ciclo di trascrizione negli eucarioti, specificamente quello mediato dall’RNA-polimerasi 2, richiede un’articolata coordinazione spaziotemporale e modificazioni post-traduzionali per superare l’ingombro dei nucleosomi e consentire la transizione tra le diverse fasi del processo.
Le Fasi della Trascrizione di Classe 2
1. Complesso di Pre-inizio (PIC)
Poiché l’RNA-polimerasi 2 è incapace di riconoscere autonomamente le sequenze del promotore, l’inizio del ciclo richiede l’assemblaggio ordinato sul DNA dei fattori generali di trascrizione (GTF). Questo complesso multiproteico recluta l’RNA-polimerasi 2 sul promotore, costituendo il complesso di pre-inizio. In questa fase il DNA è ancora integro a doppio filamento (complesso chiuso).
- Nota di approfondimento: Per l’analisi della composizione molecolare dei singoli fattori generali (TFIIA/B/D/E/F/H) e dei saggi sperimentali storici, si veda la nota di dettaglio Complesso di Pre-inizio.
2. Formazione della Bolla di Trascrizione
Il passaggio da complesso chiuso a complesso aperto avviene grazie all’azione di un’elicasi (subunità enzimatica integrata in TFIIH), che consuma ATP per denaturare localmente la doppia elica del DNA, esponendo il filamento stampo e formando la bolla di trascrizione (complesso aperto).
3. Trascrizione Abortiva e Inizio Lento
Una volta aperto il DNA, la polimerasi inizia a sintetizzare i primi nucleotidi dell’RNA. Tuttavia, in questa prima fase l’enzima è trattenuto stabilmente presso il promotore dalle forti interazioni fisiche con i fattori generali di trascrizione e con il complesso del Mediatore. Questo causa un inizio lento, caratterizzato da ripetuti cicli di sintesi e rilascio di corti frammenti abortivi di RNA.
4. Transizione all’Allungamento (Promoter Clearance)
Per consentire alla polimerasi di svincolarsi dal promotore e procedere speditamente lungo il gene, interviene l’attività chinasica di TFIIH:
- Fosforilazione del CTD: La subunità chinasica di TFIIH fosforila i residui amminoacidici (serine e treonine) della coda carbossiterminale (CTD) della subunità maggiore dell’RNA-polimerasi 2.
- Effetto della carica elettrica e distacco: L’accumulo di gruppi fosfato conferisce alla coda CTD una forte carica netta negativa. Questa repulsione elettrostatica compromette e rompe le interazioni deboli stabilite con il complesso del Mediatore e con i fattori di inizio.
- Fuga dal Promotore: L’enzima si distacca fisicamente dal promotore avviando la fase di allungamento attivo. Durante questo passaggio (promoter clearance), tutti i fattori generali si dissociano, ad eccezione di TFIID, che rimane ancorato al promotore. Questo garantisce un’elevata efficienza cellulare, permettendo l’avvio immediato di un nuovo round trascrizionale ad opera di un’altra polimerasi senza dover riaprire la cromatina.
5. Allungamento
Durante l’allungamento, la polimerasi si muove lungo lo stampo di DNA con elevata processività. Sulla sua coda CTD fosforilata si trova legata stabilmente la proteina CPSF (Cleavage and Polyadenylation Specificity Factor), che viaggia solidalmente all’enzima.
6. Terminazione (Sfratto Molecolare)
Il meccanismo di terminazione è regolato dallo spostamento di CPSF e dall’azione di una esonucleasi:
- Riconoscimento del Segnale PoliA: Quando l’RNA polimerasi trascrive la sequenza di poliadenilazione sul DNA, questa compare sul trascritto nascente di RNA.
- Trasferimento di CPSF: La proteina CPSF, altamente affine alla sequenza di poliadenilazione dell’RNA, si sgancia dalla coda CTD e si trasferisce sul filamento di RNA.
- Taglio del Trascritto: La perdita del legame con CPSF causa un cambiamento conformazionale che rallenta sensibilmente la marcia dell’RNA polimerasi. Nel frattempo, CPSF recluta sul filamento di RNA un’esonucleasi che effettua un taglio netto sull’RNA da dopo la sequenza PoliA, liberando il trascritto maturo.
- Inseguimento ed Evizione (“Sfratto”): La porzione residua di RNA, rimasta ancora agganciata all’RNA polimerasi, inizia ad essere degradata dall’esonucleasi a monte (in direzione 5’ 3’). Poiché la polimerasi ora avanza lentamente, l’esonucleasi la insegue e la raggiunge rapidamente. Una volta penetrata all’interno del canale dell’enzima, l’esonucleasi degrada l’ultimo segmento di RNA stampo, annullando l’affinità della polimerasi per il DNA e causandone lo sgancio (evizione).
- Defosforilazione: La coda CTD della polimerasi libera viene defosforilata da specifiche fosfatasi, ripristinando lo stato non fosforilato necessario per poter interagire nuovamente con il Mediatore e partecipare ad un nuovo complesso di pre-inizio.
(Sezione espansa con: sbobina 15)
Regolazione in Contesto Cromatinico
A differenza degli esperimenti condotti in provetta su DNA nudo, all’interno del nucleo cellulare il DNA eucariotico è strettamente organizzato e condensato nei nucleosomi sotto forma di cromatina.
- Effetto repressivo: La cromatina condensata è termodinamicamente repressiva; l’ingombro sterico dei nucleosomi impedisce l’aggancio diretto dei fattori generali di trascrizione e dell’RNA polimerasi.
- Fattori di rimodellamento: Per consentire l’avvio della trascrizione, devono intervenire fattori trascrizionali specifici (attivatori e complessi rimodellatori della cromatina) capaci di allentare l’avvolgimento del DNA sugli istoni e rimuovere localmente l’inibizione nucleosomica. Solo dopo che la cromatina è stata resa accessibile, i fattori generali di trascrizione possono assemblarsi sul promotore per avviare il ciclo di trascrizione.
🔗 Collegamenti
- RNA Polimerasi Eucariotiche — ⬆ causa
- Promotore — 🔗 stesso meccanismo / stessa via
- Trascrizione — 📋 fa parte di
- Regolazione della Trascrizione — 🔗 stesso meccanismo / stessa via
- Complesso di Pre-inizio — 📋 fa parte di
- Coda CTD e Mediatore — 🔗 stesso meccanismo / stessa via
- Enhancer, Silencer e Isolatori — 🔗 stesso meccanismo / stessa via