2) транскрипция (+)
3) сплайсинг
4) трансляция
Экспрессия гена начинается с транскрипции — синтеза молекулы РНК на матрице ДНК. РНК-полимераза распознаёт промотор, локально расплетает двойную спираль ДНК и присоединяет рибонуклеотиды по принципу комплементарности, формируя цепь РНК в направлении 5′→3′. Для белок-кодирующих генов у эукариот основным продуктом является первичный транскрипт — пре-мРНК; для генов некодирующих РНК транскрипция может быть конечным этапом образования функциональной молекулы.
Репликация обеспечивает удвоение генетического материала перед делением клетки и не относится непосредственно к экспрессии конкретного гена. После транскрипции пре-мРНК подвергается процессингу: кэпированию 5′-конца, полиаденилированию 3′-конца и сплайсингу, при котором удаляются интроны и соединяются экзоны. Затем зрелая мРНК направляется в цитоплазму, где на рибосомах происходит трансляция — синтез полипептидной цепи по последовательности кодонов мРНК.
| Процесс | Матрица и продукт | Основной механизм | Роль в реализации генетической информации |
|---|---|---|---|
| Репликация | ДНК → ДНК | Синтез комплементарных цепей ДНК ДНК-полимеразой | Удвоение генома перед клеточным делением; не является этапом экспрессии гена |
| Транскрипция | ДНК → первичная РНК | Работа РНК-полимеразы после распознавания промотора | Первичное считывание информации гена; первый этап экспрессии |
| Кэпирование и полиаденилирование | Пре-мРНК → модифицированная мРНК | Формирование 5′-кэпа и поли-А-последовательности | Защита РНК, участие в экспорте из ядра и инициации трансляции |
| Сплайсинг | Пре-мРНК → зрелая мРНК | Удаление интронов и сшивание экзонов сплайсосомой | Создание корректной матрицы для синтеза белка; альтернативный сплайсинг расширяет разнообразие белков |
| Трансляция | мРНК → полипептид | Считывание кодонов рибосомой с участием тРНК | Синтез белка на основе последовательности зрелой мРНК |
| Посттрансляционная модификация | Полипептид → функциональный белок | Фолдинг, протеолиз, фосфорилирование, гликозилирование и другие изменения | Формирование пространственной структуры, активности и внутриклеточной локализации белка |
Нарушения транскрипции или регуляции активности промоторов могут приводить к недостаточной либо избыточной экспрессии генов и лежать в основе наследственных заболеваний. Изменения сайтов сплайсинга способны вызывать пропуск экзона, включение интронной последовательности или образование патологической мРНК. В молекулярно-генетической диагностике такие дефекты выявляют, в частности, методами анализа РНК, транскриптов и секвенирования соответствующих регуляторных областей.