hvordan ved et gen, der består af en streng DNA skjult i en celles kerne, hvornår det skal udtrykke sig? Hvordan forårsager dette gen produktionen af en streng aminosyrer kaldet et protein? Hvordan ved forskellige typer celler, hvilke typer proteiner de skal fremstille? Svarene på sådanne spørgsmål ligger i undersøgelsen af genekspression., Således begynder denne samling eller artikler med at vise, hvordan en stille, godt beskyttet DNA-streng udtrykkes for at fremstille RNA, og hvordan messenger RNA oversættes fra nukleinsyrekodning til proteinkodning for at danne et protein. Undervejs undersøger artikelsættet også arten af den genetiske kode, hvordan kodeelementerne blev forudsagt, og hvordan de faktiske kodoner blev bestemt.
dernæst vender vi os til reguleringen af gener. Gener kan ikke styre en organisme alene; snarere skal de interagere med og reagere på organismens miljø., Nogle gener er konstitutive, eller Altid “på”, uanset miljøforhold. Sådanne gener er blandt de vigtigste elementer i en celles genom, og de styrer DNA ‘ ets evne til at replikere, udtrykke sig og reparere sig selv. Disse gener styrer også proteinsyntese og meget af en organismes centrale metabolisme. I modsætning hertil er regulerede gener kun nødvendige lejlighedsvis-men hvordan bliver disse gener tændt “og” slukket”? Hvilke specifikke molekyler kontrollerer, når de udtrykkes?
det viser sig, at reguleringen af sådanne gener adskiller sig mellem prokaryoter og eukaryoter., For prokaryoter er de fleste regulatoriske proteiner negative og slukker derfor gener. Her er cellerne afhængige af protein-lille molekylbinding, hvor et ligand eller et lille molekyle signalerer cellens tilstand, og om genekspression er nødvendig. Repressor-eller aktivatorproteinet binder nær dets regulatoriske mål: genet. Nogle regulatoriske proteiner skal have en ligand knyttet til dem for at kunne binde, mens andre ikke er i stand til at binde, når de er fastgjort til en ligand. I prokaryoter er de fleste regulatoriske proteiner specifikke for et gen, selvom der er et par proteiner, der virker mere bredt., For eksempel binder nogle undertrykkere nær starten af mRNA-produktionen for en hel operon eller klynge af coregulerede gener. Desuden har nogle undertrykkere et finjusteringssystem kendt som dæmpning, der bruger mRNA-struktur til at stoppe både transkription og oversættelse afhængigt af koncentrationen af en operons slutprodukten .ymer. (I eukaryoter er der ingen nøjagtig ækvivalent af dæmpning, fordi transkription forekommer i kernen, og translation forekommer i cytoplasmaet, hvilket gør denne form for koordineret effekt umulig.,) Endnu et lag af prokaryotisk regulering påvirker strukturen af RNA-polymerase, som tænder for store grupper af gener. Her ændres Sigma-faktoren for RNA-polymerase flere gange for at producere varme – og tørringsresistente sporer. Her dykker artiklerne om prokaryotisk regulering ind i hvert af disse emner, hvilket i mange tilfælde fører til primær litteratur.
for eukaryoter bestemmes cellecelleforskelle ved ekspression af forskellige sæt gener., For eksempel ser et udifferentieret befrugtet æg ud og virker helt anderledes end en hudcelle, en neuron eller en muskelcelle på grund af forskelle i de gener, hver celle udtrykker. En kræftcelle virker forskellig fra en normal celle af samme grund: den udtrykker forskellige gener. (Ved hjælp af mikroarray-analyse kan forskere bruge sådanne forskelle til at hjælpe med diagnose og udvælgelse af passende kræftbehandling.) Interessant, i eukaryoter er standardtilstanden for genekspression” off “snarere end” on ” som i prokaryoter. Hvorfor er det tilfældet?, Hemmeligheden ligger i kromatin eller komplekset af DNA-og histonproteiner, der findes i den cellulære kerne. Histonerne er blandt de mest evolutionært bevarede proteiner, der er kendt; de er afgørende for velvære af eukaryoter og Bæk lille ændring. Når et specifikt gen er tæt bundet med histon, at genet er ” slukket.”Men hvordan klarer eukaryote gener at undslippe denne lyddæmpning? Det er her histonekoden kommer i spil., Denne kode inkluderer modifikationer af histonernes positivt ladede aminosyrer for at skabe nogle domæner, hvor DNA er mere åbent og andre, hvor det er meget tæt bundet. DNA-methylering er en mekanisme, der ser ud til at være koordineret med histonmodifikationer, især dem, der fører til silencing af genekspression. Små noncoding RNA ‘ er som RNAi kan også være involveret i de reguleringsprocesser, der danner “stille” kromatin., På den anden side, når halerne af histonmolekyler acetyleres på bestemte steder, har disse molekyler mindre interaktion med DNA, hvilket efterlader det mere åbent. Reguleringen af åbningen af sådanne domæner er et varmt emne i forskning. For eksempel ved forskere nu, at komplekser af proteiner kaldet chromatin-ombygningskomplekser bruger ATP til at ompakke DNA i mere åbne konfigurationer. Forskere har også fastslået, at det er muligt for celler at opretholde den samme histonkode og DNA-methyleringsmønstre gennem mange celledelinger., Denne vedholdenhed uden afhængighed af baseparring kaldes epigenetik, og der er rigeligt bevis for, at epigenetiske ændringer forårsager mange menneskelige sygdomme.
for at transskription kan forekomme, skal området omkring en potentiel transkriptions zoneone afvikles. Dette er en kompleks proces, der kræver koordinering af histonmodifikationer, transkriptionsfaktorbinding og andre kromatinombygningsaktiviteter. Når DNA ‘ et er åbent, er specifikke DNA-sekvenser derefter tilgængelige for specifikke proteiner at binde., Mange af disse proteiner er aktivatorer, mens andre er undertrykkere; i eukaryoter kaldes alle sådanne proteiner ofte transkriptionsfaktorer (TFs). Hver TF har et specifikt DNA-bindende domæne, der genkender et 6-10 baseparmotiv i DNA ‘ et, såvel som et effektordomæne. I reagensglasset kan forskere finde et fodaftryk af en TF, hvis det protein binder til dets matchende motiv i et stykke DNA. De kan også se, om TF-binding bremser migrationen af DNA i gelelektroforese.,
for en aktiverende TF rekrutterer effektordomænet RNA-polymerase II, den eukaryote mRNA-producerende polymerase, til at begynde transkription af det tilsvarende gen. Nogle aktiverende TFs tænder endda flere gener på .n gang. Alle TF ‘ er binder til promotorerne lige opstrøms for eukaryote gener, svarende til bakterielle regulatoriske proteiner. Imidlertid binder de også i regioner, der kaldes forstærkere, som kan orienteres fremad eller bagud og placeres opstrøms eller nedstrøms eller endda i intronerne i et gen, og aktiverer stadig genekspression., Fordi mange gener, der er coregulated, at studere genekspression på tværs af hele genomet via microarrays eller massivt parallel bestemmelse giver efterforskerne at se, hvilke grupper af gener, der er coregulated under differentiering, kræft og andre stater, og-processer.
De fleste eukaryoter gør også brug af små noncoding RNA ‘ er til at regulere genekspression. For eksempel finder en .ymet Dicer dobbeltstrengede regioner af RNA og udskærer korte stykker, der kan tjene i en regulerende rolle. Argonaute er et andet en .ym, der er vigtigt i reguleringen af små NONCODING RNA–afhængige systemer., Her finder vi en indledende artikel om disse RNA’ er, men mere indhold er nødvendigt; kontakt redaktørerne, hvis du er interesseret i at bidrage.
prægning er endnu en proces involveret i eukaryotisk genregulering; denne proces involverer silencing af en af de to alleler af et gen for en celles hele levetid. Prægning påvirker et mindretal af gener, men flere vigtige vækstregulatorer er inkluderet. For nogle gener er moderkopien altid tavs, mens for forskellige gener er faderkopien altid tavs., De epigenetiske mærker, der placeres på disse gener under dannelse af æg eller sæd, kopieres trofast ind i hver efterfølgende celle og påvirker derved disse gener gennem hele organismens liv.
endnu en mekanisme, der får nogle gener til at blive tavs for en organismes hele levetid, er INAC-inaktivering. Hos kvindelige pattedyr er for eksempel en af de to kopier af Chromos-kromosomet lukket og komprimeret meget., Denne lukkeproces kræver transkription, deltagelse af to ikke-kodende RNA ‘er (hvoraf den ene dækker det inaktive Chromos-kromosom) og deltagelse af et DNA-bindende protein kaldet CTCF. Da den mulige rolle, som regulatoriske Noncoding RNA ‘ er spiller i denne proces, undersøges, vil flere oplysninger om INAC-inaktivering uden tvivl blive opdaget.