การถอดรหัสพันธุกรรมคือกระบวนการจำลองส่วนหนึ่งของดีเอ็นเอไปเป็นอาร์เอ็นเอเพื่อจุดประสงค์ในการแสดงออกของยีนบางส่วนของดีเอ็นเอจะถูกถอดรหัสเป็นโมเลกุลอาร์เอ็นเอที่สามารถเข้ารหัสโปรตีน ได้ เรียกว่าอาร์เอ็นเอส่งสาร (mRNA) ส่วนอื่นๆ ของดีเอ็นเอจะถูกถอดรหัสเป็นโมเลกุลอาร์เอ็นเอที่เรียกว่าอาร์เอ็นเอที่ไม่เข้ารหัส (ncRNA)

ทั้ง DNA และ RNA เป็นกรดนิวคลีอิกซึ่งประกอบด้วยลำดับนิวคลีโอไทด์ ในระหว่างกระบวนการถอดรหัส ลำดับ DNA จะถูกอ่านโดยเอนไซม์ RNA polymeraseซึ่งจะสร้างสาย RNA ที่เสริมกัน เรียกว่าสารถอดรหัสหลัก (primary transcript )

ในวิทยาไวรัสคำว่าการถอดรหัสจะใช้เมื่ออ้างถึงการสังเคราะห์ mRNA จากโมเลกุล RNA ของไวรัส จีโนมของไวรัสRNA หลายชนิด^{[ a ]}ประกอบด้วย RNA ที่มีทิศทางลบซึ่งทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับ RNA ผู้ส่งสารของไวรัสที่มีทิศทางบวก ซึ่งเป็นขั้นตอนที่จำเป็นในการสังเคราะห์โปรตีนของไวรัสที่จำเป็นสำหรับการจำลองแบบของไวรัสกระบวนการนี้ถูกเร่งปฏิกิริยาโดย RNA โพลีเมอเร สที่ขึ้นอยู่กับ RNA ของไวรัส ^{[ 1 ]}

หน่วยการถอดรหัส DNA ที่เข้ารหัสโปรตีนอาจประกอบด้วยทั้งลำดับการเข้ารหัสซึ่งจะถูกแปลเป็นโปรตีน และลำดับควบคุมซึ่งกำกับและควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนนั้น ลำดับควบคุมที่อยู่ก่อน ( ต้นน้ำ ) ลำดับการเข้ารหัสเรียกว่าบริเวณที่ไม่ถูกแปลห้าไพรม์ (5'UTR) ลำดับที่อยู่หลัง ( ปลายน้ำ ) ลำดับการเข้ารหัสเรียกว่าบริเวณที่ไม่ถูกแปลสามไพรม์ (3'UTR) ^{[ 2 ]}

ตรงกันข้ามกับการจำลองแบบ DNAการถอดรหัสส่งผลให้เกิด RNA เสริมที่มีนิวคลีโอไทด์ยูราซิล (U) ในทุกกรณีที่ไทมีน (T) จะปรากฏใน DNA เสริม^{[ 3 ]}

มีเพียงสาย DNA เส้นเดียวจากสองเส้นเท่านั้นที่ทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการถอดรหัส สาย DNA แอนติ เซนส์ จะถูกอ่านโดย RNA โพลีเมอเรสจากปลาย 3' ไปยังปลาย 5' ในระหว่างการถอดรหัส (3' → 5') RNA ที่เสริมกันจะถูกสร้างขึ้นในทิศทางตรงกันข้าม ในทิศทาง 5' → 3' โดยตรงกับลำดับของสายเซนส์ ยกเว้นการเปลี่ยนยูราซิลเป็นไทมีน ทิศทางนี้เป็นเพราะ RNA โพลีเมอเรสสามารถเพิ่มนิวคลีโอไทด์ได้เฉพาะที่ปลาย 3' ของสาย mRNA ที่กำลังเติบโตเท่านั้น การใช้สาย DNA 3' → 5' เพียงอย่างเดียวนี้ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้Okazaki fragmentsที่พบในการจำลองแบบ DNA ^{[ 2 ]}นอกจากนี้ยังทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้RNA primerเพื่อเริ่มต้นการสังเคราะห์ RNA เช่นเดียวกับในกรณีของการจำลองแบบ DNA

สาย DNA ที่ไม่ใช่แม่แบบ (สายเซนส์) เรียกว่าสายการเข้ารหัสเนื่องจากลำดับของมันเหมือนกับทรานสคริปต์ RNA ที่สร้างขึ้นใหม่ (ยกเว้นการแทนที่ยูราซิลด้วยไทมีน) นี่คือสายที่ใช้ตามธรรมเนียมเมื่อนำเสนอลำดับ DNA ^{[ 4 ]}

การถอดรหัสมีกลไกการตรวจสอบความถูกต้องอยู่บ้าง แต่มีจำนวนน้อยกว่าและมีประสิทธิภาพน้อยกว่าการควบคุมการคัดลอก DNA ส่งผลให้การถอดรหัสมีความแม่นยำในการคัดลอกต่ำกว่าการจำลองแบบ DNA ^{[ 5 ]}

การถอดรหัสแบ่งออกเป็นการเริ่มต้นการหลุดออกจากโปรโมเตอร์การยืดออกและการสิ้นสุด^{[ 6 ]}

การเตรียมการถอดรหัสในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมถูกควบคุมโดยองค์ประกอบควบคุมแบบซิส หลายอย่าง รวมถึงโปรโมเตอร์หลักและองค์ประกอบที่อยู่ใกล้โปรโมเตอร์ซึ่งตั้งอยู่ใกล้กับตำแหน่งเริ่มต้นการถอดรหัสของยีน โปรโมเตอร์หลักที่รวมกับปัจจัยการถอดรหัสทั่วไปนั้นเพียงพอที่จะชี้นำการเริ่มต้นการถอดรหัส แต่โดยทั่วไปจะมีกิจกรรมพื้นฐานต่ำ^{[ 7 ]} โมดูลควบคุมแบบซิส ที่สำคัญอื่นๆ จะอยู่บริเวณดีเอ็นเอที่อยู่ห่างจากตำแหน่งเริ่มต้นการถอดรหัส ซึ่งรวมถึงตัวเร่งตัวยับยั้งตัวกั้นและองค์ประกอบเชื่อมโยง^{[ 8 ]}ในบรรดาองค์ประกอบเหล่านี้ ตัวเร่งและปัจจัยการถอดรหัส ที่เกี่ยวข้อง มีบทบาทสำคัญในการเริ่มต้นการถอดรหัสยีน^{[ 9 ]}ตัวเร่งที่อยู่บริเวณดีเอ็นเอที่อยู่ห่างจากโปรโมเตอร์ของยีนสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อการถอดรหัสยีน โดยบางยีนอาจมีการถอดรหัสเพิ่มขึ้นถึง 100 เท่าเนื่องจากตัวเร่งที่ถูกกระตุ้น^{[ 10 ]}

เอนแฮนเซอร์คือบริเวณของจีโนมที่เป็นองค์ประกอบควบคุมยีนหลัก เอนแฮนเซอร์ควบคุมโปรแกรมการถอดรหัสยีนเฉพาะชนิดของเซลล์ โดยส่วนใหญ่มักจะวนเป็นวงผ่านระยะทางไกลๆ เพื่อเข้ามาอยู่ใกล้กับโปรโมเตอร์ของยีนเป้าหมาย^{[ 11 ]}แม้ว่าจะมีบริเวณดีเอ็นเอของเอนแฮนเซอร์หลายแสนแห่ง^{[ 12 ]}แต่สำหรับเนื้อเยื่อชนิดใดชนิดหนึ่ง จะมีเพียงเอนแฮนเซอร์เฉพาะบางชนิดเท่านั้นที่เข้ามาอยู่ใกล้กับโปรโมเตอร์ที่พวกมันควบคุม ในการศึกษาเซลล์ประสาทคอร์เทกซ์ของสมอง พบว่ามีวงวน 24,937 วงที่นำเอนแฮนเซอร์มายังโปรโมเตอร์เป้าหมาย^{[ 10 ]}เอนแฮนเซอร์หลายตัว แต่ละตัวมักจะอยู่ห่างจากยีนเป้าหมายหลายหมื่นหรือหลายแสนนิวคลีโอไทด์ จะวนเป็นวงไปยังโปรโมเตอร์ของยีนเป้าหมายและสามารถประสานงานกันเพื่อควบคุมการถอดรหัสของยีนเป้าหมายร่วมกัน^{[ 11 ]}

ภาพประกอบแผนผังในส่วนนี้แสดงให้เห็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่วนรอบเข้ามาใกล้โปรโมเตอร์ของยีนเป้าหมาย วงวนนี้ได้รับการทำให้เสถียรโดยไดเมอร์ของโปรตีนเชื่อมต่อ (เช่น ไดเมอร์ของCTCFหรือYY1 ) โดยสมาชิกตัวหนึ่งของไดเมอร์ยึดติดกับโมทีฟการจับบนตัวเร่งปฏิกิริยา และสมาชิกอีกตัวหนึ่งยึดติดกับโมทีฟการจับบนโปรโมเตอร์ (แสดงด้วยเส้นหยักสีแดงในภาพประกอบ) ^{[ 13 ]}ปัจจัยการถอดรหัสเฉพาะหน้าที่ของเซลล์หลายชนิด (มีปัจจัยการถอดรหัสประมาณ 1,600 ชนิดในเซลล์มนุษย์^{[ 14 ]} ) โดยทั่วไปจะจับกับโมทีฟเฉพาะบนตัวเร่งปฏิกิริยา^{[ 15 ]}และการรวมกันเล็กน้อยของปัจจัยการถอดรหัสที่จับกับตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ เมื่อถูกนำมาใกล้กับโปรโมเตอร์โดยวงวน DNA จะควบคุมระดับการถอดรหัสของยีนเป้าหมายตัวกลาง (คอมเพล็กซ์ที่มักประกอบด้วยโปรตีนประมาณ 26 ตัวในโครงสร้างที่มีปฏิสัมพันธ์กัน) สื่อสารสัญญาณควบคุมจากปัจจัยการถอดรหัสที่จับกับ DNA ของเอนแฮนเซอร์โดยตรงไปยังเอนไซม์ RNA polymerase II (pol II) ที่จับกับโปรโมเตอร์^{[ 16 ]}

เมื่อตัวเร่งปฏิกิริยาทำงาน โดยทั่วไปจะมีการถอดรหัสจากสาย DNA ทั้งสองสายด้วยเอนไซม์ RNA polymerase ที่ทำงานในสองทิศทางที่แตกต่างกัน ทำให้เกิดRNA ตัวเร่งปฏิกิริยา (eRNA) สองตัว ดังแสดงในรูป^{[ 17 ]}ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ทำงานอาจถูกจับโดยปัจจัยการถอดรหัสที่ไม่ทำงาน การฟอสฟอริเลชันของปัจจัยการถอดรหัสอาจทำให้มันทำงาน และปัจจัยการถอดรหัสที่ทำงานแล้วนั้นอาจกระตุ้นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มันจับอยู่ (ดูดาวสีแดงเล็กๆ ที่แสดงถึงการฟอสฟอริเลชันของปัจจัยการถอดรหัสที่จับกับตัวเร่งปฏิกิริยาในภาพประกอบ) ^{[ 18 ]}ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำงานแล้วจะเริ่มการถอดรหัส RNA ของมันก่อนที่จะกระตุ้นการถอดรหัส RNA ผู้ส่งสารจากยีนเป้าหมาย^{[ 19 ]}

การควบคุมการถอดรหัสที่โปรโมเตอร์ประมาณ 60% ยังถูกควบคุมโดยการเมทิลเลชันของไซโตซีนภายในไดนิวคลีโอไทด์ CpG (โดยที่ไซโตซีน 5' ตามด้วยกัวนีน 3' หรือไซต์ CpG ) 5-เมทิลไซโตซีน (5-mC) เป็น รูปแบบ เมทิลเลชันของเบสไซโตซีน ใน ดีเอ็นเอ (ดูรูป) 5-mC เป็น เครื่องหมาย เอพิเจเนติกที่พบได้ส่วนใหญ่ภายในไซต์ CpG ไดนิวคลีโอไทด์ CpG ประมาณ 28 ล้านตัวเกิดขึ้นในจีโนมของมนุษย์^{[ 20 ]}ในเนื้อเยื่อส่วนใหญ่ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม โดยเฉลี่ย 70% ถึง 80% ของไซโตซีน CpG จะถูกเมทิลเลชัน (ก่อตัวเป็น 5-เมทิลCpG หรือ 5-mCpG) ^{[ 21 ]}อย่างไรก็ตาม ไซโตซีนที่ไม่ถูกเมทิลเลชันภายในลำดับ 5'ไซโตซีน-กัวนีน 3' มักเกิดขึ้นเป็นกลุ่ม เรียกว่าเกาะ CpGที่โปรโมเตอร์ที่ทำงานอยู่ ประมาณ 60% ของลำดับโปรโมเตอร์มีเกาะ CpG ในขณะที่ลำดับเอนแฮนเซอร์มีเกาะ CpG เพียงประมาณ 6% เท่านั้น^{[ 22 ]}เกาะ CpG ประกอบเป็นลำดับควบคุม เนื่องจากหากเกาะ CpG ถูกเมทิลเลชันในโปรโมเตอร์ของยีน จะสามารถลดหรือระงับการถอดรหัสยีนได้^{[ 23 ]}

การเมทิลเลชันของ DNAควบคุมการถอดรหัสยีนผ่านการโต้ตอบกับโปรตีนโดเมนจับเมทิล (MBD) เช่น MeCP2, MBD1 และ MBD2 โปรตีน MBD เหล่านี้ จับกับเกาะ CpGที่ มีการเมทิลเลชันสูงได้อย่างแข็งแรงที่สุด ^{[ 24 ]}โปรตีน MBD เหล่านี้มีทั้งโดเมนจับเมทิล-CpG และโดเมนยับยั้งการถอดรหัส^{[ 24 ]}พวกมันจับกับ DNA ที่มีการเมทิลเลชันและนำทางหรือชี้นำโปรตีนคอมเพล็กซ์ที่มีกิจกรรมการปรับโครงสร้างโครมาตินและ/หรือการดัดแปลงฮิสโตนไปยังเกาะ CpG ที่มีการเมทิลเลชัน โปรตีน MBD โดยทั่วไปจะยับยั้งโครมาตินเฉพาะที่ เช่น โดยการเร่งปฏิกิริยาการนำเครื่องหมายฮิสโตนที่ยับยั้งเข้ามา หรือสร้างสภาพแวดล้อมโครมาตินที่ยับยั้งโดยรวมผ่านการปรับโครงสร้างนิวคลีโอโซมและการจัดระเบียบโครมาตินใหม่^{[ 24 ]}

ดังที่กล่าวไว้ในส่วนก่อนหน้าปัจจัยการถอดรหัสเป็นโปรตีนที่จับกับลำดับ DNA เฉพาะเพื่อควบคุมการแสดงออกของยีน ลำดับการจับของปัจจัยการถอดรหัสใน DNA มักมีความยาวประมาณ 10 หรือ 11 นิวคลีโอไทด์ ดังที่สรุปไว้ในปี 2009 Vaquerizas และคณะระบุว่ามีปัจจัยการถอดรหัสที่แตกต่างกันประมาณ 1,400 ชนิดที่เข้ารหัสอยู่ในจีโนมของมนุษย์โดยยีนที่ประกอบขึ้นเป็นประมาณ 6% ของยีนที่เข้ารหัสโปรตีนทั้งหมดของมนุษย์^{[ 25 ]}ประมาณ 94% ของตำแหน่งการจับของปัจจัยการถอดรหัส (TFBSs) ที่เกี่ยวข้องกับยีนที่ตอบสนองต่อสัญญาณเกิดขึ้นในตัวเร่งปฏิกิริยา ในขณะที่ TFBSs ดังกล่าวเพียงประมาณ 6% เกิดขึ้นในตัวส่งเสริม^{[ 15 ]}

โปรตีน EGR1เป็นปัจจัยการถอดรหัสเฉพาะที่สำคัญต่อการควบคุมการเมทิลเลชันของเกาะ CpG ตำแหน่งการจับของปัจจัยการถอดรหัสEGR1 มักจะอยู่ในลำดับตัวเร่งหรือตัวส่งเสริม ^{[ 26 ]}มีตำแหน่งการจับของ EGR1 ประมาณ 12,000 ตำแหน่งในจีโนมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และประมาณครึ่งหนึ่งของตำแหน่งการจับของ EGR1 อยู่ในตัวส่งเสริมและอีกครึ่งหนึ่งอยู่ในตัวเร่ง^{[ 26 ]}การจับของ EGR1 กับตำแหน่งการจับ DNA เป้าหมายนั้นไม่ไวต่อการเมทิลเลชันของไซโตซีนใน DNA ^{[ 26 ]}

แม้ว่าจะตรวจพบโปรตีนปัจจัยการถอดรหัส EGR1 ในปริมาณเล็กน้อยในเซลล์ที่ไม่ได้รับการกระตุ้น แต่การแปล ยีน EGR1เป็นโปรตีนหนึ่งชั่วโมงหลังจากได้รับการกระตุ้นจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก^{[ 27 ]}การผลิตโปรตีนปัจจัยการถอดรหัส EGR1 ในเซลล์ประเภทต่างๆ สามารถกระตุ้นได้ด้วยปัจจัยการเจริญเติบโต สารสื่อประสาท ฮอร์โมน ความเครียด และการบาดเจ็บ^{[ 27 ]}ในสมอง เมื่อเซลล์ประสาทถูกกระตุ้น โปรตีน EGR1 จะถูกควบคุมให้เพิ่มขึ้นและจับกับ (ดึงดูด) เอนไซม์ TET1 ที่มีอยู่ก่อนแล้ว ซึ่งผลิตในปริมาณมากในเซลล์ประสาทเอนไซม์ TETสามารถเร่งปฏิกิริยาการกำจัดหมู่เมทิลของ 5-เมทิลไซโตซีน เมื่อปัจจัยการถอดรหัส EGR1 นำเอนไซม์ TET1 ไปยังตำแหน่งการจับ EGR1 ในโปรโมเตอร์ เอนไซม์ TET สามารถกำจัดหมู่เมทิลออกจากเกาะ CpG ที่ถูกเมทิลที่โปรโมเตอร์เหล่านั้นได้ เมื่อกำจัดหมู่เมทิลแล้ว โปรโมเตอร์เหล่านี้ก็สามารถเริ่มต้นการถอดรหัสของยีนเป้าหมายได้ ยีนหลายร้อยตัวในเซลล์ประสาทมีการแสดงออกที่แตกต่างกันหลังจากการกระตุ้นเซลล์ประสาทผ่านการชักจูง TET1 ของ EGR1 ไปยังลำดับควบคุมที่มีการเติมหมู่เมทิลในโปรโมเตอร์ของพวกมัน^{[ 26 ]}

การเมทิลเลชันของโปรโมเตอร์ยังเปลี่ยนแปลงไปตามสัญญาณด้วยเอนไซม์เมทิลทรานสเฟอเรสของดีเอ็นเอ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม 3 ชนิด (DNMT1, DNMT3A และ DNMT3B) ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการเพิ่มหมู่เมทิลให้กับไซโตซีนในดีเอ็นเอ ในขณะที่ DNMT1 เป็นเมทิลทรานสเฟอเรสที่ทำหน้าที่บำรุงรักษา DNMT3A และ DNMT3B สามารถทำการเมทิลเลชันใหม่ได้ นอกจากนี้ยังมีโปรตีนไอโซฟอร์มสอง ชนิด ที่ผลิตจาก ยีน DNMT3Aได้แก่ โปรตีนเมทิลทรานสเฟอเรสดีเอ็นเอ DNMT3A1 และ DNMT3A2 ^{[ 28 ]}

ไอโซฟอร์มการต่อเชื่อม DNMT3A2 มีพฤติกรรมเหมือนผลิตภัณฑ์ของยีนระยะเริ่มต้นแบบคลาสสิก และตัวอย่างเช่น มันถูกผลิตขึ้นอย่างแข็งแกร่งและชั่วคราวหลังจากการกระตุ้นเซลล์ประสาท^{[ 29 ]}ตำแหน่งที่ไอโซฟอร์ม DNA เมทิลทรานสเฟอเรส DNMT3A2 จับและเพิ่มกลุ่มเมทิลให้กับไซโตซีนนั้นดูเหมือนจะถูกกำหนดโดยการดัดแปลงหลังการแปลของฮิสโตน^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]}

ในทางกลับกัน การกระตุ้นระบบประสาททำให้เกิดการเสื่อมสภาพของ DNMT3A1 พร้อมกับการลดลงของเมทิลเลชั่นของโปรโมเตอร์เป้าหมายที่ได้รับการประเมินอย่างน้อยหนึ่งตัว^{[ 33 ]}

องค์ประกอบลำดับควบคุม (สีเหลือง) ที่จุดเริ่มต้นของยีนที่เข้ารหัสโปรตีนของยูคาริโอต อาจอยู่เหนือกรอบการอ่านแบบเปิด (ORF สีแดง) ทันที หรืออยู่ห่างออกไปหลายกิโลเบส (ต้นน้ำหรือปลายน้ำ) บริเวณโปรโมเตอร์และเอนแฮนเซอร์จะเพิ่มการถอดรหัส (และไซเลนเซอร์จะลดระดับ) จาก DNA ไปเป็น mRNA จากนั้นบริเวณที่ไม่ถูกแปล 5' และ 3' ของ mRNA นั้น (UTR สีน้ำเงิน) จะควบคุมการแปลไปเป็นผลิตภัณฑ์โปรตีนขั้นสุดท้าย^{[ 34 ]}

ระหว่างการเริ่มต้นการถอดรหัส โปรตีน (ครึ่งวงกลมสีเทาเข้ม) ที่จับกับ DNA สามารถถูกนำมาอยู่ใกล้กันได้ เนื่องจาก DNA ที่อยู่ระหว่างกลางสามารถวนกลับมาที่ตัวเองได้ ด้วยวิธีนี้ กลไกการถอดรหัสพื้นฐานสามารถโต้ตอบกับตัวกระตุ้นและตัวยับยั้งที่อยู่ห่างไกลออกไปหลายกิโลเบสทั้งต้นน้ำหรือปลายน้ำของกรอบการอ่านแบบเปิด^{[ 34 ]}

การถอดรหัสเริ่มต้นด้วย RNA polymerase และปัจจัยการถอดรหัสทั่วไป หนึ่งตัวหรือมากกว่านั้นจับกับลำดับ โปรโมเตอร์ DNA เพื่อสร้างคอมเพล็กซ์ปิด RNA polymerase-promoter ในคอมเพล็กซ์ปิด DNA โปรโมเตอร์ยังคงเป็นสายคู่โดยสมบูรณ์^{[ 6 ]}

RNA polymerase โดยได้รับความช่วยเหลือจากปัจจัยการถอดรหัสทั่วไปหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น จะคลายเกลียว DNA ประมาณ 14 คู่เบสเพื่อสร้างคอมเพล็กซ์แบบเปิดระหว่าง RNA polymerase และโปรโมเตอร์ ในคอมเพล็กซ์แบบเปิด DNA ของโปรโมเตอร์จะถูกคลายเกลียวบางส่วนและกลายเป็นสายเดี่ยว DNA สายเดี่ยวที่เปิดเผยนี้เรียกว่า " ฟองการถอดรหัส " ^{[ 6 ]}

RNA polymerase โดยได้รับความช่วยเหลือจากปัจจัยการถอดรหัสทั่วไปหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น จะเลือกไซต์เริ่มต้นการถอดรหัสในฟองการถอดรหัส จับกับNTP เริ่มต้น และNTP ที่ขยาย (หรือ ไพรเมอร์ RNA สั้นและ NTP ที่ขยาย) ที่เสริมกับลำดับไซต์เริ่มต้นการถอดรหัส และเร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ RNA เริ่มต้น^{[ 6 ]}

ในแบคทีเรียเอนไซม์แกนกลางของ RNA polymerase ประกอบด้วยหน่วยย่อย 5 หน่วย ได้แก่ หน่วยย่อย α 2 หน่วย หน่วยย่อย β 1 หน่วย หน่วยย่อย β' 1 หน่วย และหน่วยย่อย ω 1 หน่วย มันจับกับปัจจัยการถอดรหัสเพียงตัวเดียวที่เรียกว่าปัจจัยซิกมาและรวมกันเป็น RNA polymerase holoenzyme แตกต่างจากในยูคาริโอต นิวคลีโอไทด์เริ่มต้นของ mRNA แบคทีเรียที่เกิดขึ้นใหม่จะไม่ถูกปิดด้วยนิวคลีโอไทด์กัวนีนที่ดัดแปลง แต่จะมี 5′ triphosphate (5′-PPP) ซึ่งสามารถใช้สำหรับการทำแผนที่ตำแหน่งเริ่มต้นการถอดรหัสทั่วทั้งจีโนม^{[ 35 ]}

ในอาร์เคียและยูคาริโอต RNA polymerase ประกอบด้วยซับยูนิตที่มีลักษณะคล้ายคลึงกับซับยูนิต RNA polymerase ของแบคทีเรียทั้งห้าตัว รวมทั้งซับยูนิตที่มีลักษณะเฉพาะ แทนที่จะใช้ปัจจัยซิกมาเพียงตัวเดียว จำเป็นต้องมีปัจจัยการถอดรหัสทั่วไปหลายตัวเพื่อเริ่มต้นการถอดรหัส^{[ 6 ]}อาร์เคียมีปัจจัยการถอดรหัสทั่วไปสามตัว ได้แก่TBP , TFBและTFEในยูคาริโอตRNA polymerase IIต้องการปัจจัยการถอดรหัสทั่วไปหกตัว ได้แก่TFIIA , TFIIB ( ออร์โธล็อกของ TFB ในอาร์เคีย), TFIID (ปัจจัยหลายซับยูนิตซึ่งซับยูนิตหลักTBPเป็นออร์โธล็อกของ TBP ในอาร์เคีย), TFIIE ( ออร์โธล็อกของ TFE ในอาร์เคีย), TFIIFและTFIIHซับยูนิต TBP ของ TFIID เป็นตัวแรกที่จับกับ DNA ในขณะที่ TFIIH เป็นส่วนประกอบสุดท้ายที่ถูกดึงเข้ามา ในอาร์เคียและยูคาริโอต คอมเพล็กซ์ปิดของ RNA โพลีเมอเรส-โปรโมเตอร์ มักเรียกว่า " คอมเพล็กซ์ก่อนการเริ่มต้น " ^{[ 36 ]}

การเริ่มต้นการถอดรหัสจะถูกควบคุมโดยโปรตีนเพิ่มเติมที่เรียกว่าตัวกระตุ้นและตัวยับยั้งและในบางกรณีตัวกระตุ้น ร่วม หรือตัวยับยั้ง ร่วมที่เกี่ยวข้อง ซึ่งปรับเปลี่ยนการก่อตัวและการทำงานของคอมเพล็กซ์การเริ่มต้นการถอดรหัส^{[ 6 ]}

หลังจากสังเคราะห์พันธะแรกแล้ว RNA polymerase จะต้องหลุดออกจากโปรโมเตอร์ ในช่วงเวลานี้มีแนวโน้มที่จะปล่อย RNA transcript และสร้าง transcript ที่สั้นลง ซึ่งเรียกว่าการเริ่มต้นที่ไม่สมบูรณ์และเป็นเรื่องปกติสำหรับทั้งยูคาริโอตและโปรคาริโอต^{[ 37 ]}การเริ่มต้นที่ไม่สมบูรณ์จะเกิดขึ้นต่อไปจนกว่าจะมีการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ RNA ที่มีความยาวตามเกณฑ์ประมาณ 10 นิวคลีโอไทด์ ณ จุดนั้น การหลุดออกจากโปรโมเตอร์จะเกิดขึ้นและคอมเพล็กซ์การยืดตัวของการถอดรหัสจะถูกสร้างขึ้น

ในเชิงกลไก การหลุดออกจากโปรโมเตอร์เกิดขึ้นผ่านการบิดงอของ DNAซึ่งให้พลังงานที่จำเป็นในการทำลายปฏิสัมพันธ์ระหว่าง RNA polymerase holoenzyme และโปรโมเตอร์^{[ 38 ]}

ในแบคทีเรีย ในอดีตเชื่อกันว่าปัจจัยซิกมาจะถูกปล่อยออกมาอย่างแน่นอนหลังจากการกำจัดโปรโมเตอร์เกิดขึ้น ทฤษฎีนี้รู้จักกันในชื่อแบบจำลองการปล่อยแบบบังคับอย่างไรก็ตาม ข้อมูลในภายหลังแสดงให้เห็นว่าเมื่อและหลังจากการกำจัดโปรโมเตอร์ ปัจจัยซิกมาจะถูกปล่อยออกมาตามแบบจำลองสุ่มที่เรียกว่า แบบจำลองการปล่อย แบบสุ่ม^{[ 39 ]}

ในยูคาริโอต ที่โปรโมเตอร์ที่ขึ้นอยู่กับ RNA polymerase II เมื่อโปรโมเตอร์ถูกกำจัด TFIIH จะฟอสโฟรีเลตซีรีน 5 บนโดเมนปลายคาร์บอกซีของ RNA polymerase II ซึ่งนำไปสู่การดึงดูดเอนไซม์แคปปิ้ง (CE) ^{[ 40 ] [ 41 ]}กลไกที่แน่นอนว่า CE กระตุ้นการกำจัดโปรโมเตอร์ในยูคาริโอตได้อย่างไรยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด

สาย DNA สายหนึ่ง ซึ่งเป็นสายแม่แบบ (หรือสายที่ไม่เข้ารหัส) ถูกใช้เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์ RNA เมื่อการถอดรหัสดำเนินไป RNA polymerase จะเคลื่อนที่ไปตามสายแม่แบบและใช้การจับคู่เบสที่เสริมกันกับแม่แบบ DNA เพื่อสร้างสำเนา RNA (ซึ่งจะยาวขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่) แม้ว่า RNA polymerase จะเคลื่อนที่ไปตามสายแม่แบบจาก 3' → 5' แต่สายที่เข้ารหัส (สายที่ไม่เข้ารหัส) และ RNA ที่สร้างขึ้นใหม่ก็สามารถใช้เป็นจุดอ้างอิงได้เช่นกัน ดังนั้นการถอดรหัสจึงสามารถอธิบายได้ว่าเกิดขึ้นจาก 5' → 3' ซึ่งจะสร้างโมเลกุล RNA จาก 5' → 3' ซึ่งเป็นสำเนาที่แน่นอนของสายที่เข้ารหัส (ยกเว้นว่าไทมีนถูกแทนที่ด้วยยูราซิลและนิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยน้ำตาลไรโบส (5 คาร์บอน) ในขณะที่ DNA มีดีออกซีไรโบส (อะตอมออกซิเจนน้อยกว่าหนึ่งอะตอม) ในโครงสร้างน้ำตาลฟอสเฟต) ^{[ 3 ]}

การถอดรหัส mRNA สามารถเกี่ยวข้องกับพอลิเมอเรส RNA หลายตัวบนแม่แบบ DNA เดียว และการถอดรหัสหลายรอบ (การขยาย mRNA เฉพาะ) ดังนั้นจึงสามารถผลิตโมเลกุล mRNA จำนวนมากได้อย่างรวดเร็วจากสำเนายีนเพียงชุดเดียว อัตราการยืดตัวที่เป็นลักษณะเฉพาะในโปรคาริโอตและยูคาริโอตอยู่ที่ประมาณ 10–100 นิวคลีโอไทด์/วินาที^{[ 42 ]}อย่างไรก็ตาม ในยูคาริ โอต นิว คลีโอโซมทำหน้าที่เป็นอุปสรรคสำคัญต่อพอลิเมอเรสที่ถอดรหัสในระหว่างการยืดตัวของการถอดรหัส^{[ 43 ] [ 44 ]}ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ การหยุดชั่วคราวที่เกิดจากนิวคลีโอโซมสามารถควบคุมได้โดยปัจจัยการยืดตัวของการถอดรหัส เช่น TFIIS ^{[ 44 ]}

กระบวนการยืดสายยังเกี่ยวข้องกับกลไกการตรวจสอบความถูกต้องที่สามารถแทนที่เบสที่ถูกรวมเข้าไปอย่างไม่ถูกต้อง ในยูคาริโอต กระบวนการนี้อาจสอดคล้องกับการหยุดชั่วคราวสั้นๆ ระหว่างการถอดรหัส ซึ่งช่วยให้ปัจจัยการแก้ไข RNA ที่เหมาะสมสามารถจับตัวได้ การหยุดชั่วคราวเหล่านี้อาจเกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติจากเอนไซม์ RNA polymerase หรือเนื่องจากโครงสร้างของโครมาติน

การแตกของสายคู่ในบริเวณที่มีการถอดรหัสอย่างแข็งขันของ DNA จะได้รับการซ่อมแซมโดยการรวมตัวกันแบบโฮโมโลจัสในช่วงระยะ S และ G2 ของวงจรเซลล์^{[ 45 ] [ 46 ]}เนื่องจากการถอดรหัสช่วยเพิ่มการเข้าถึงของ DNA ต่อสารเคมีภายนอกและเมตาบอไลต์ภายในที่สามารถก่อให้เกิดความเสียหายจากการรวมตัวกัน การรวมตัวกันแบบโฮโมโลจัสของลำดับ DNA เฉพาะอาจถูกกระตุ้นอย่างมากโดยการถอดรหัส^{[ 47 ]}

แบคทีเรียใช้กลยุทธ์สองแบบที่แตกต่างกันสำหรับการยุติการถอดรหัส – การยุติแบบไม่ขึ้นกับ Rho และการยุติแบบขึ้นกับ Rho ในการยุติการถอดรหัสแบบไม่ขึ้นกับ Rhoการถอดรหัส RNA จะหยุดลงเมื่อโมเลกุล RNA ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ก่อตัวเป็นห่วงแฮร์พิน ที่อุดมไปด้วย GC ตามด้วย U จำนวนมาก เมื่อแฮร์พินก่อตัวขึ้น ความเครียดทางกลจะทำลายพันธะ rU-dA ที่อ่อนแอ ซึ่งตอนนี้เติมเต็มไฮบริด DNA–RNA แล้ว สิ่งนี้จะดึงทรานสคริปต์โพลี-U ออกจากไซต์ที่ใช้งานของ RNA โพลีเมอเรส ทำให้การถอดรหัสยุติลง ในการยุติแบบขึ้นกับ Rho Rhoซึ่งเป็นปัจจัยโปรตีน จะทำให้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างแม่แบบและ mRNA ไม่เสถียร จึงปล่อย mRNA ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่จากคอมเพล็กซ์การยืดตัว^{[ 48 ]}

การยุติการถอดรหัสในยูคาริโอตยังไม่เป็นที่เข้าใจดีเท่าในแบคทีเรีย แต่เกี่ยวข้องกับการตัดแยกทรานสคริปต์ใหม่ตามด้วยการเติมอะดีนีนที่ปลาย 3' ใหม่โดยไม่ขึ้นกับแม่แบบ ในกระบวนการที่เรียกว่าโพลีอะดีนีเลชัน^{[ 49 ]}

นอกเหนือจากการยุติโดยลำดับเทอร์มิเนเตอร์ (ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของยีน ) การถอดรหัสอาจจำเป็นต้องยุติลงเมื่อพบกับสภาวะต่างๆ เช่น ความเสียหายของ DNA หรือส้อมการจำลอง แบบที่ทำงาน อยู่ ในแบคทีเรียMfd ATPase สามารถกำจัด RNA polymerase ที่หยุดชะงักอยู่ที่รอยโรคโดยการงัดแคลมป์ของมันออก นอกจากนี้ยังดึงดูด กลไก การซ่อมแซมการตัดนิวคลีโอ ไทด์ เพื่อซ่อมแซมรอยโรค มีการเสนอว่า Mfd ยังช่วยแก้ไขความขัดแย้งระหว่างการจำลองแบบ DNA และการถอดรหัสอีกด้วย^{[ 50 ]}ในยูคาริโอต ATPase TTF2ช่วยยับยั้งการทำงานของ RNAP I และ II ในระหว่างไมโทซิสป้องกันข้อผิดพลาดในการแยกโครโมโซม^{[ 51 ]}ในอาร์เคีย มีการเสนอว่า Eta ATPase มีบทบาทที่คล้ายกัน^{[ 52 ]}

ความเสียหายของจีโนมเกิดขึ้นบ่อยครั้ง โดยคาดว่ามีความเสียหายของ DNA เกิดขึ้นในแต่ละเซลล์ทุกวันตั้งแต่หลายหมื่นถึงหลายแสนครั้ง^{[ 53 ]} กระบวนการถอดรหัสเป็นแหล่งที่มาหลักของความเสียหายของ DNA เนื่องจากมีการสร้างตัวกลาง DNA สายเดี่ยวที่อ่อนแอต่อความเสียหาย^{[ 53 ]}การควบคุมการถอดรหัสโดยกระบวนการที่ใช้การซ่อมแซมการตัดฐานและ/หรือโทโปไอโซเมอเรสเพื่อตัดและปรับโครงสร้างจีโนมยังเพิ่มความเปราะบางของ DNA ต่อความเสียหายอีกด้วย^{[ 53 ]}

เอนไซม์ RNA polymerase มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในทุกขั้นตอน รวมถึงการเปลี่ยนแปลงหลังการถอดรหัสใน RNA ด้วย

ดังที่แสดงในภาพด้านขวา เห็นได้ชัดว่า CTD (C Terminal Domain) เป็นหางที่เปลี่ยนรูปร่าง หางนี้จะถูกใช้เป็นตัวกลางในการตัดต่อ ปิดปลาย และเติมโพลีอะดีนีนดังที่แสดงในภาพด้านซ้าย^{[ 54 ]}

สารยับยั้งการถอดรหัสสามารถใช้เป็นยาปฏิชีวนะต่อต้านแบคทีเรียก่อโรค ( ยาต้านแบคทีเรีย ) และเชื้อรา ( ยาต้านเชื้อรา ) ได้ ตัวอย่างเช่น ไรแฟมพิซินซึ่งยับยั้ง การถอดรหัส DNA ของแบคทีเรีย เป็น mRNA โดยการยับยั้ง DNA-dependent RNA polymeraseโดยการจับกับหน่วยย่อยเบตา ในขณะที่8-ไฮดรอกซีควิโนลีนเป็นสารยับยั้งการถอดรหัสต้านเชื้อรา^{[ 55 ]}ผลกระทบของการเมทิลเลชั่นของฮิสโตนอาจช่วยยับยั้งการทำงานของการถอดรหัสได้เช่นกัน ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพสูง เช่น ทริปโทไลด์ ซึ่งยับยั้งการถอดรหัสของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมผ่านการยับยั้งหน่วยย่อย XPB ของปัจจัยการถอดรหัสทั่วไป TFIIH ได้รับการรายงานเมื่อเร็ว ๆ นี้ว่าเป็นสารประกอบกลูโคสสำหรับการกำหนดเป้าหมายเซลล์มะเร็งที่มีภาวะขาดออกซิเจนด้วยการผลิตตัวขนส่งกลูโคสที่เพิ่มขึ้น^{[ 56 ]}

ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง โปรโมเตอร์ของยีนส่วนใหญ่มีเกาะ CpG ที่มี ไซต์ CpGจำนวนมาก^{[ 57 ]} เมื่อไซต์ CpG ของโปรโมเตอร์ของยีนจำนวนมากถูกเมทิลเลชัน ยีนนั้นก็จะถูกยับยั้ง (ปิดการทำงาน) ^{[ 58 ]} มะเร็งลำไส้ใหญ่และทวารหนักมักมีการกลายพันธุ์ ที่เป็นตัวขับเคลื่อน 3 ถึง 6 ตัว และการกลายพันธุ์ แบบร่วมเดินทางหรือแบบผู้โดยสาร33 ถึง 66 ตัว ^{[ 59 ]}อย่างไรก็ตาม การยับยั้งการถอดรหัส (การปิดการทำงาน) อาจมีความสำคัญมากกว่าการกลายพันธุ์ในการทำให้เกิดการลุกลามไปสู่มะเร็ง ตัวอย่างเช่น ในมะเร็งลำไส้ใหญ่และทวารหนัก ยีนประมาณ 600 ถึง 800 ยีนถูกยับยั้งการถอดรหัสโดยการเมทิลเลชันของเกาะ CpG (ดูการควบคุมการถอดรหัสในมะเร็ง ) การยับยั้งการถอดรหัสในมะเร็งยังสามารถเกิดขึ้นได้จาก กลไก ทางพันธุกรรม อื่นๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงการผลิตไมโครอาร์เอ็นเอ^{[ 60 ]}ในมะเร็งเต้านม การยับยั้งการถอดรหัสของBRCA1อาจเกิดขึ้นบ่อยกว่าโดยไมโครอาร์เอ็นเอ-182 ที่ผลิตมากเกินไป มากกว่าโดยไฮเปอร์เมทิลเลชันของโปรโมเตอร์ BRCA1 (ดูการแสดงออกของ BRCA1 ต่ำในมะเร็งเต้านมและมะเร็งรังไข่ )

หน่วยการถอดรหัสที่ทำงานอยู่จะรวมกลุ่มกันในนิวเคลียส ในบริเวณเฉพาะที่เรียกว่าโรงงานการถอดรหัสหรือยูโครมาตินบริเวณดังกล่าวสามารถมองเห็นได้โดยการปล่อยให้พอลิเมอเรสที่ทำงานอยู่ขยายการถอดรหัสในสารตั้งต้นที่มีแท็ก (Br-UTP หรือ Br-U) และติดฉลากภูมิคุ้มกันให้กับ RNA ที่เกิดขึ้นใหม่ที่มีแท็ก โรงงานการถอดรหัสยังสามารถระบุตำแหน่งได้โดยใช้การผสมแบบฟลูออเรสเซนต์ในแหล่งกำเนิดหรือทำเครื่องหมายโดยแอนติบอดีที่มุ่งเป้าไปที่พอลิเมอเรส มีโรงงานประมาณ 10,000 แห่งในนิวเคลียสของเซลล์ HeLaซึ่งในจำนวนนี้มีโรงงานพอลิเมอเรส II ประมาณ 8,000 แห่งและโรงงานพอลิเมอเรส III ประมาณ 2,000 แห่ง โรงงานพอลิเมอเรส II แต่ละแห่งมีพอลิเมอเรสประมาณ 8 ตัว เนื่องจากหน่วยการถอดรหัสที่ทำงานอยู่ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับพอลิเมอเรสเพียงตัวเดียว โรงงานแต่ละแห่งจึงมักมีหน่วยการถอดรหัสที่แตกต่างกันประมาณ 8 หน่วย หน่วยเหล่านี้อาจเชื่อมโยงกันผ่านโปรโมเตอร์และ/หรือตัวเร่งปฏิกิริยา โดยมีลูปก่อตัวเป็น "เมฆ" รอบปัจจัย^{[ 61 ]}

ฟรองซัวส์ จาคอบและฌาคส์ โมโนด์เป็นผู้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับโมเลกุลที่ช่วยให้สารพันธุกรรมกลายเป็นโปรตีนได้เป็นครั้งแรกเซเวโร โอชัวได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี 1959 จากการพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ RNA ในหลอดทดลองโดยใช้ เอนไซม์โพลีนิวคลีโอไทด์ ฟอสโฟริเลสซึ่งเป็นประโยชน์ในการถอดรหัสพันธุกรรมการสังเคราะห์ RNA โดย เอนไซม์ RNA โพลีเมอเรสได้รับการยืนยันในหลอดทดลองโดยห้องปฏิบัติการหลายแห่งภายในปี 1965 อย่างไรก็ตาม RNA ที่สังเคราะห์โดยเอนไซม์เหล่านี้มีคุณสมบัติที่บ่งชี้ว่าอาจมีปัจจัยเพิ่มเติมที่จำเป็นต่อการยุติการถอดรหัสอย่างถูกต้อง

Roger D. Kornbergได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ประจำปี 2006 "จากการศึกษาพื้นฐานระดับโมเลกุลของการถอดรหัสยูคาริโอต " ^{[ 62 ]}

การถอดเสียงสามารถวัดและตรวจจับได้ด้วยวิธีต่างๆ ดังนี้:

• การทดสอบการถอดรหัส G-Less Cassette : วัดความแข็งแรงของโปรโมเตอร์
• การทดสอบ การถอดรหัสแบบ Run-off : ระบุตำแหน่งเริ่มต้นการถอดรหัส (TSS)
• การทดสอบ Nuclear run-on assay: วัดปริมาณสัมพัทธ์ของทรานสคริปต์ที่เกิดขึ้นใหม่
• KAS-seq : วัด DNA สายเดี่ยวที่สร้างโดย RNA polymerase สามารถทำงานได้กับเซลล์ 1,000 เซลล์^{[ 63 ]}
• การทดสอบการป้องกัน RNaseและChIP-ChipของRNAP : ตรวจจับตำแหน่งการถอดรหัสที่ทำงานอยู่
• RT-PCR : เป็นการวัดปริมาณสัมบูรณ์ของ RNA ทั้งหมดหรือ RNA ในนิวเคลียส ซึ่งอาจแตกต่างจากอัตราการถอดรหัสได้
• ไมโครอาร์เรย์ดีเอ็นเอ : วัดปริมาณสัมพัทธ์ของระดับ RNA ทั้งหมดหรือ RNA ในนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม ค่าเหล่านี้อาจแตกต่างจากอัตราการถอดรหัส
• การไฮบริดไดเซชันในแหล่งกำเนิด (In situ hybridization ): ตรวจจับการมีอยู่ของทรานสคริปต์
• การติดแท็ก MS2 : โดยการรวมลูปก้าน RNA เช่น MS2 เข้าไปในยีน ลูปเหล่านี้จะถูกรวมเข้ากับ RNA ที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ จากนั้นสามารถตรวจจับลูปก้านได้โดยใช้การรวมกันของ GFP และโปรตีนเปลือก MS2 ซึ่งมีความสัมพันธ์สูงและปฏิสัมพันธ์เฉพาะลำดับกับลูปก้าน MS2 การดึงดูด GFP ไปยังตำแหน่งของการถอดรหัสจะมองเห็นได้เป็นจุดเรืองแสงจุดเดียว วิธีการใหม่นี้ได้เปิดเผยว่าการถอดรหัสเกิดขึ้นเป็นช่วงๆ หรือเป็นพัลส์ที่ไม่ต่อเนื่อง (ดูการระเบิดของการถอดรหัส ) ยกเว้นเทคนิคในแหล่งกำเนิด วิธีการอื่นๆ ส่วนใหญ่ให้ค่าเฉลี่ยของประชากรเซลล์ และไม่สามารถตรวจจับคุณสมบัติพื้นฐานของยีนนี้ได้^{[ 64 ]}
• นอร์เทิร์นบลอต : วิธีการแบบดั้งเดิม และก่อนการมาถึงของRNA-Seqถือเป็นวิธีการเชิงปริมาณที่แม่นยำที่สุด
• RNA-Seq : เป็นเทคนิคการจัดลำดับดีเอ็นเอรุ่นใหม่ที่ใช้ในการจัดลำดับจีโนม ทั้งหมด ซึ่งช่วยให้สามารถวัดปริมาณ RNA สัมพัทธ์ รวมถึงตรวจจับความแปรผันเพิ่มเติม เช่น ยีนลูกผสม การแก้ไขหลังการถอดรหัส และตำแหน่งการเชื่อมต่อใหม่ ๆ
• การวิเคราะห์ลำดับ RNA จากเซลล์เดี่ยว (Single cell RNA-Seq) : ขยายและอ่านลำดับจีโนมบางส่วนจากเซลล์ที่แยกออกมา ทำให้สามารถวิเคราะห์ RNA ในเนื้อเยื่อ ตัวอ่อน และมะเร็งได้อย่างละเอียด

ไวรัสบางชนิด(เช่นHIVซึ่งเป็นสาเหตุของโรคเอดส์ ) มีความสามารถในการถอดรหัส RNA เป็น DNA HIV มีจีโนม RNA ที่ถูกถอดรหัสย้อนกลับเป็น DNA DNA ที่ได้สามารถรวมเข้ากับจีโนม DNA ของเซลล์เจ้าบ้านได้ เอนไซม์หลักที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์ DNA จากแม่แบบ RNA เรียกว่ารีเวิร์สทรานสคริปเทส^{[ 65 ]}

ในกรณีของ HIV เอนไซม์รีเวอร์สทรานสคริปเทสมีหน้าที่สังเคราะห์ สาย DNA เสริม (cDNA) เข้ากับจีโนม RNA ของไวรัส จากนั้นเอนไซม์ไรโบนิวคลีเอส Hจะย่อยสาย RNA และรีเวอร์สทรานสคริปเทสจะสังเคราะห์สาย DNA เสริมเพื่อสร้างโครงสร้าง DNA แบบเกลียวคู่ (cDNA) cDNA จะถูกรวมเข้ากับจีโนมของเซลล์เจ้าบ้านโดยเอนไซม์อินทิเกรสซึ่งทำให้เซลล์เจ้าบ้านสร้างโปรตีนไวรัสที่ประกอบกันเป็นอนุภาคไวรัสใหม่ ใน HIV หลังจากนั้น เซลล์เจ้าบ้านจะเกิดการตายของเซลล์ตามโปรแกรม หรืออะพอพโทซิสของเซลล์ T [ ^{66 ] อย่างไรก็ตาม}ในเรโทรไวรัสอื่นๆ เซลล์เจ้าบ้านยังคงสภาพสมบูรณ์ในขณะที่ไวรัสแตกหน่อออกจากเซลล์

เซลล์ยูคาริโอติกบางชนิดมีเอนไซม์ที่มีกิจกรรมการถอดรหัสย้อนกลับที่เรียกว่าเทโลเมอเรสเทโลเมอเรสจะนำแม่แบบ RNA ไปสังเคราะห์เป็นเทโลเมียร์ ซึ่ง เป็นลำดับ DNA ที่ซ้ำกัน ไปยังปลายโครโมโซมแบบเส้นตรง ความสำคัญของเทโลเมอเรสคือ ทุกครั้งที่โครโมโซมแบบเส้นตรงถูกจำลองขึ้น มันจะสั้นลง ด้วยเทโลเมียร์ที่ปลายโครโมโซม การสั้นลงนี้จะกำจัดลำดับที่ซ้ำกันซึ่งไม่จำเป็นออกไป แทนที่จะเป็นลำดับ DNA ที่เข้ารหัสโปรตีนซึ่งอยู่ไกลออกไปจากปลายโครโมโซม

เทโลเมอเรสมักถูกกระตุ้นในเซลล์มะเร็งเพื่อให้เซลล์มะเร็งสามารถจำลองจีโนมของตนได้อย่างไม่จำกัดโดยไม่สูญเสียลำดับดีเอ็นเอที่เข้ารหัสโปรตีนที่สำคัญ การกระตุ้นเทโลเมอเรสอาจเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการที่ทำให้เซลล์มะเร็งกลายเป็นอมตะ ปัจจัยที่ทำให้มะเร็งเป็นอมตะผ่านการยืดเทโลเมียร์เนื่องจากเทโลเมอเรสได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเกิดขึ้นใน 90% ของเนื้องอกที่ก่อให้เกิดมะเร็งทั้งหมดในร่างกายโดยอีก 10% ที่เหลือใช้เส้นทางการบำรุงรักษาเทโลเมียร์ทางเลือกที่เรียกว่า ALT หรือการยืดเทโลเมียร์ทางเลือก^{[ 67 ]}

• ชีวิต
• เซลล์ (ชีววิทยา)
• การแบ่งเซลล์
• ดีบีทีเอสเอส
• ยีน
• การควบคุมยีน
• เอพิเจเนติกส์
• จีโนม
• การควบคุมยีน
• อาร์เอ็นเอที่ไม่เข้ารหัสแบบยาว
• เอ็มอาร์เอ็นเอที่ผิดพลาด
• การตัดต่อยีน (Splicing) – กระบวนการกำจัดอินทรอน ออก จากสารตั้งต้นของอาร์เอ็นเอส่งสาร ( pre-mRNA ) เพื่อสร้างอาร์เอ็นเอส่งสาร ( mRNA )
• ทรานสคริปโตมิกส์
• การแปล (ชีววิทยา)

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับการถอดรหัสพันธุกรรม (พันธุศาสตร์ )

• การจำลองแบบโต้ตอบด้วยภาษา Java เกี่ยวกับการเริ่มต้นการถอดรหัส เก็บถาวรเมื่อวันที่ 22 กรกฎาคม 2554 ที่Wayback MachineจากCenter for Models of Life เก็บถาวรเมื่อวันที่ 9 สิงหาคม 2554 ที่Wayback Machineณ สถาบัน Niels Bohr
• การจำลองแบบโต้ตอบด้วยภาษา Java เกี่ยวกับการรบกวนการถอดรหัส—เกมการครอบงำของโปรโมเตอร์ในไวรัสแบคทีเรียเก็บถาวรเมื่อ 2011-08-26 ที่Wayback MachineจากCenter for Models of Life เก็บถาวรเมื่อ 2011-08-09 ที่Wayback Machineที่สถาบัน Niels Bohr
• ชุดภาพเคลื่อนไหวเซลล์เสมือนจริง แนะนำการถอดเสียง เก็บถาวรเมื่อ 14 เมษายน 2021 ที่Wayback Machine