Trascrizione: dal DNA all'mRNA, passo per passo

L’informazione contenuta nel DNA non viene usata direttamente per costruire le proteine: prima viene copiata in una molecola intermedia, l’RNA messaggero. Questo passaggio si chiama trascrizione ed è il primo stadio dell’espressione genica, quello che traduce un gene dalla «memoria» stabile del DNA a un messaggio mobile e usa-e-getta.

Vediamo che cosa distingue l’RNA dal DNA, come l’RNA polimerasi legge un gene a partire dal promotore, le tre fasi della trascrizione e come l’RNA appena trascritto viene maturato prima di diventare mRNA pronto.

RNA e DNA: le differenze chiave

L’RNA assomiglia al DNA ma ha tre differenze fondamentali. È quasi sempre a singolo filamento, contiene lo zucchero ribosio al posto del desossiribosio e usa la base uracile (U) al posto della timina (T). Per il resto l’appaiamento segue le stesse regole: durante la trascrizione l’adenina del DNA stampo viene letta producendo uracile nell’RNA, mentre G e C restano complementari come sempre.

DNA (A T G C) → mRNA (A U G C)  ·  nel RNA U sostituisce T

Esistono diversi tipi di RNA. L’RNA messaggero (mRNA) porta l’informazione per costruire una proteina; l’RNA transfer (tRNA) e l’RNA ribosomiale (rRNA) partecipano alla sintesi proteica. Qui ci concentriamo sull’mRNA, il prodotto della trascrizione dei geni codificanti.

L’RNA polimerasi e il promotore

L’enzima che esegue la trascrizione è l’RNA polimerasi. A differenza della DNA polimerasi, non ha bisogno di un innesco: può iniziare la sintesi da zero. Anch’essa lavora in direzione 5’→3′, aggiungendo ribonucleotidi complementari al filamento stampo.

Per sapere dove cominciare, l’RNA polimerasi riconosce una sequenza specifica del DNA chiamata promotore, posta appena prima del gene. Il promotore funziona come un segnale di «inizio qui» e indica anche quale dei due filamenti va usato come stampo e in che direzione procedere. Negli organismi superiori, fattori di trascrizione specifici aiutano la polimerasi a riconoscere e legare il promotore, regolando così quali geni vengono accesi.

Le tre fasi: inizio, allungamento, terminazione

La trascrizione procede in tre fasi. Nell’inizio, l’RNA polimerasi si lega al promotore e apre localmente la doppia elica. Nell’allungamento, l’enzima percorre il filamento stampo e aggiunge ribonucleotidi complementari, allungando la catena di RNA; dietro di sé, la doppia elica di DNA si richiude. Nella terminazione, raggiunta una sequenza di stop, la polimerasi si stacca e l’RNA viene rilasciato.

Il risultato è una molecola di RNA la cui sequenza è complementare al filamento stampo e quindi identica (a parte U al posto di T) al filamento codificante del gene. Negli organismi semplici come i batteri questo RNA è già pronto per essere tradotto; negli eucarioti, invece, deve ancora essere maturato.

La maturazione dell’RNA: splicing, cappuccio e coda

Negli eucarioti l’RNA appena trascritto (trascritto primario) subisce tre modifiche prima di lasciare il nucleo. Al suo inizio viene aggiunto un cappuccio (cap) in 5′, che lo protegge e ne favorisce la traduzione; alla fine viene aggiunta una coda di poli-A, che ne aumenta la stabilità. Infine avviene lo splicing: le regioni non codificanti del gene, gli introni, vengono tagliate via, e le regioni codificanti, gli esoni, vengono unite tra loro.

Lo splicing è particolarmente importante perché, scegliendo quali esoni unire (splicing alternativo), un singolo gene può dare origine a più proteine diverse. Al termine della maturazione si ottiene l’mRNA maturo, pronto per essere esportato nel citoplasma e tradotto in proteina.

RNA e DNA a confronto

Le principali differenze tra le due molecole, utili per non confonderle:

Riconoscere queste differenze aiuta a seguire il flusso dell’informazione: il DNA conserva, l’RNA trasmette e mette in opera. Vale la pena sottolineare un’asimmetria di stabilità: il DNA è una molecola robusta e duratura, adatta a custodire l’informazione per tutta la vita della cellula, mentre l’RNA messaggero è deliberatamente effimero, viene degradato dopo poco tempo e questo permette alla cellula di regolare in modo rapido e reversibile quanto di una certa proteina produrre. Trascrivere un gene non è quindi un atto definitivo, ma una decisione momentanea che la cellula prende e ritira di continuo a seconda delle sue necessità.

Vedi anche. Quali geni vengono trascritti, e quando, dipende dalla regolazione dell’espressione genica (modello dell’operone lac).

Domande frequenti

Che cos’è la trascrizione?

È il processo con cui l’informazione di un gene viene copiata dal DNA in una molecola di RNA. È il primo passo dell’espressione genica: produce l’RNA messaggero che servirà poi da stampo per la sintesi delle proteine.

Qual è la differenza principale tra DNA e RNA?

L’RNA è di norma a singolo filamento, contiene ribosio al posto del desossiribosio e usa l’uracile (U) al posto della timina (T). Durante la trascrizione, dove il DNA stampo presenta adenina, nell’RNA si inserisce uracile.

A che cosa serve il promotore?

È la sequenza di DNA che indica all’RNA polimerasi dove iniziare a trascrivere, quale filamento usare come stampo e in che direzione procedere. È anche un punto chiave di regolazione: i fattori di trascrizione vi si legano per accendere o spegnere i geni.

Che cos’è lo splicing?

È la fase della maturazione in cui dall’RNA trascritto vengono rimossi gli introni (regioni non codificanti) e uniti gli esoni (regioni codificanti). Grazie allo splicing alternativo, un solo gene può produrre più proteine diverse.

Perché negli eucarioti l’RNA viene maturato?

Perché il trascritto primario non è ancora pronto per la traduzione. La maturazione aggiunge un cappuccio in 5′ e una coda di poli-A che proteggono e stabilizzano l’mRNA, e rimuove gli introni con lo splicing. Solo l’mRNA maturo viene esportato nel citoplasma.