Jak se gen, který se skládá z řetězce DNA ukryté v buněčné jádro, vědět, kdy je třeba vyjádřit? Jak tento gen způsobuje produkci řetězce aminokyselin nazývaných protein? Jak různé typy buněk vědí, které typy proteinů musí vyrábět? Odpovědi na tyto otázky spočívají ve studiu genové exprese., Proto tato kolekce nebo článků začíná tím, že ukazuje, jak klidné, dobře hlídané řetězec DNA je vyjádřena aby se RNA, a jak messenger RNA se překládá z nukleové kyseliny kódování kódovací bílkoviny tvoří bílkoviny. Po cestě, sada článků také zkoumá povahu genetického kódu, jak byly předpovězeny prvky kódu, a jak byly určeny skutečné kodony.
dále se obracíme na regulaci genů. Geny nemohou ovládat organismus samy o sobě; spíše musí interagovat s prostředím organismu a reagovat na něj., Některé geny jsou konstitutivní nebo vždy „zapnuté“ bez ohledu na podmínky prostředí. Takové geny patří mezi nejdůležitější prvky genomu buňky a řídí schopnost DNA replikovat, vyjadřovat se a opravovat se. Tyto geny také řídí syntézu bílkovin a většinu centrálního metabolismu organismu. Naproti tomu regulované geny jsou potřebné pouze příležitostně-ale jak se tyto geny zapnou „on“a “ off“? Jaké specifické molekuly kontrolují, když jsou vyjádřeny?
ukazuje se, že regulace těchto genů se liší mezi prokaryoty a eukaryoty., U prokaryot je většina regulačních proteinů negativní, a proto vypíná geny. Zde se buňky spoléhají na vazbu protein–malá molekula, ve které ligand nebo malá molekula signalizuje stav buňky a zda je nutná genová exprese. Represorový nebo aktivátorový protein se váže poblíž svého regulačního cíle: gen. Některé regulační proteiny musí mít ligand připojený k nim, aby se mohly vázat, zatímco jiné se nemohou vázat, když jsou připojeny k ligandu. U prokaryot je většina regulačních proteinů specifická pro jeden gen, i když existuje několik proteinů, které působí šířeji., Například, některé represory se váží blízko začátku výroby mRNA pro celý operon, nebo shluk koregulovaných genů. Navíc, některé repressors mají jemné ladění systém známý jako útlum, který používá mRNA struktura zastavit oba přepis a překlad v závislosti na koncentraci operon je end-produktu enzymů. (V eukaryotách neexistuje přesný ekvivalent útlumu, protože transkripce se vyskytuje v jádru a překlad se vyskytuje v cytoplazmě, což znemožňuje tento druh koordinovaného účinku.,) Další vrstva prokaryotické regulace ovlivňuje strukturu RNA polymerázy, která zapíná velké skupiny genů. Zde se sigma faktor RNA polymerázy několikrát mění, aby se vytvořily spory odolné vůči teplu a vysychání. Zde se články o prokaryotické regulaci ponoří do každého z těchto témat, což v mnoha případech vede k primární literatuře.
u eukaryot jsou buněčné buněčné rozdíly určeny expresí různých sad genů., Například, nediferencované oplodněné vajíčko vypadá a působí zcela odlišné od kožní buňka, neuron, či svalové buňky, protože rozdíly v genech každá buňka vyjadřuje. Rakovinová buňka se ze stejného důvodu liší od normální buňky: vyjadřuje různé geny. (Pomocí analýzy microarray mohou vědci tyto rozdíly použít k diagnostice a výběru vhodné léčby rakoviny.) Je zajímavé, že u eukaryot je výchozí stav genové exprese „vypnutý“ spíše než „zapnutý“, jako u prokaryot. Proč tomu tak je?, Tajemství spočívá v chromatinu nebo komplexu proteinů DNA a histonu nalezených v buněčném jádru. Histony patří mezi nejvíce evolučně konzervované proteiny známé; jsou životně důležité pro blaho eukaryot a brook little change. Když je specifický gen pevně vázán histonem, je tento gen „vypnutý“.“Ale jak se tedy eukaryotickým genům podaří uniknout tomuto umlčení? Zde přichází do hry Kód histone., Tento kód zahrnuje modifikace pozitivně nabitých aminokyselin histonů k vytvoření některých domén, ve kterých je DNA otevřenější a jiné, ve kterých je velmi pevně vázána. Methylace DNA je jeden mechanismus, který se zdá být koordinován s modifikacemi histonu, zejména ty, které vedou k umlčení genové exprese. Malé nekódující RNA, jako je RNAi, mohou být také zapojeny do regulačních procesů, které tvoří „Tichý“ chromatin., Na druhou stranu, když jsou ocasy molekul histonu acetylovány na specifických místech, mají tyto molekuly menší interakci s DNA, čímž ji ponechávají otevřenější. Regulace otevírání těchto domén je ve výzkumu horkým tématem. Například vědci nyní vědí, že komplexy proteinů nazývané komplexy remodelace chromatinu používají ATP k přebalení DNA v otevřenějších konfiguracích. Vědci také zjistili, že je možné, aby buňky udržovaly stejné vzorce histonového kódu a methylace DNA prostřednictvím mnoha buněčných divizí., Tato perzistence bez spoléhání se na základní párování se nazývá epigenetika a existuje hojný důkaz, že epigenetické změny způsobují mnoho lidských onemocnění.
aby došlo k transkripci, musí být oblast kolem potenciální transkripční zóny odvíjena. Jedná se o složitý proces vyžadující koordinaci modifikací histonu, vazby transkripčního faktoru a dalších aktivit remodelace chromatinu. Jakmile je DNA otevřená, specifické sekvence DNA jsou pak přístupné pro specifické proteiny vázat., Mnoho z těchto proteinů jsou aktivátory, zatímco jiné jsou represory; v eukaryotách se všechny tyto proteiny často nazývají transkripční faktory (TFs). Každý TF má specifickou DNA vazebnou doménu, která rozpoznává 6-10 base-pair motiv v DNA, stejně jako efektorové domény. Ve zkumavce mohou vědci najít stopu TF, pokud se tento protein váže na svůj odpovídající motiv v kusu DNA. Mohou také zjistit, zda vazba TF zpomaluje migraci DNA v gelové elektroforéze.,
Pro aktivaci TF, efektorové domény rekruty RNA polymerázy II, eukaryotické mRNA produkující polymerázy, pro zahájení transkripce příslušného genu. Některé aktivující TFs dokonce zapínají více genů najednou. Všechny TFs se váží na promotory těsně před eukaryotickými geny, podobně jako bakteriální regulační proteiny. Nicméně, oni také vázat na regiony, tzv. stimulátory, které mohou být orientovány dopředu nebo dozadu a nachází se po proudu nebo proti proudu, nebo dokonce v intronů z genů, a stále aktivaci genové exprese., Protože mnoho genů jsou coregulated, studium genové exprese celého genomu pomocí microarrays nebo masivně paralelní sekvenování umožňuje vyšetřovatelé zjistit, které skupiny genů jsou coregulated během diferenciace, rakoviny, a dalších státech a procesů.
většina eukaryot také využívá malé nekódující RNA k regulaci genové exprese. Například enzym Dicer najde dvojvláknové oblasti RNA a vyřízne krátké kousky, které mohou sloužit v regulační roli. Argonaute je další enzym, který je důležitý při regulaci malých nekódujících RNA závislých systémů., Zde jsme offfer úvodní článek o těchto RNAs, ale je zapotřebí více obsahu; obraťte se prosím na editory, pokud máte zájem přispět.
Imprinting je další proces, který se podílí na regulaci eukaryotických genů; tento proces zahrnuje umlčení jedné ze dvou alel genu po celou dobu života buňky. Imprinting ovlivňuje menšinu genů, ale je zahrnuto několik důležitých regulátorů růstu. U některých genů je mateřská kopie vždy umlčena, zatímco u různých genů je otcovská kopie vždy umlčena., Epigenetické značky umístěné na těchto genech během tvorby vajíček nebo spermií jsou věrně kopírovány do každé následující buňky, což ovlivňuje tyto geny po celou dobu života organismu.
dalším mechanismem, který způsobuje umlčení některých genů po celou dobu života organismu, je inaktivace X. Například u samic savců je jedna ze dvou kopií chromozomu X vypnuta a značně zhutněna., Tento uzavírací proces vyžaduje přepis, účast dvou noncoding RNAs (z nichž jeden kabáty neaktivní chromozom X), a účasti DNA-binding protein zvaný CTCF. Jako možnou roli regulační noncoding RNAs v tomto procesu je zkoumána, více informací o X inaktivace bude pochyb o tom, být objeven.