hogyan tudja egy gén, amely egy sejtmagban rejtett DNS-sorozatból áll, mikor kell kifejeznie magát? Hogyan okozza ez a gén egy fehérje nevű aminosav-sorozat termelését? Hogyan tudják a különböző típusú sejtek, hogy milyen típusú fehérjéket kell gyártaniuk? Az ilyen kérdésekre adott válaszok a génexpresszió tanulmányozásában rejlenek., Így, ez a gyűjtemény, vagy a cikk azzal kezdődik, hogy megmutatja, hogy egy csendes, jól őrzött string DNS-t fejezik ki, hogy RNS, valamint, hogy a messenger RNS fordították a nukleinsav-kódolás, hogy a fehérjét kódoló alkotnak egy fehérje. Az út során a cikkkészlet megvizsgálja a genetikai kód természetét, a kód elemeinek előrejelzését, valamint a tényleges kodonok meghatározását.
ezután a gének szabályozásához fordulunk. A gének önmagukban nem képesek irányítani egy szervezetet; inkább kölcsönhatásba kell lépniük a szervezet környezetével, és reagálniuk kell a szervezetre., Egyes gének alkotmányosak, vagy mindig “be vannak kapcsolva”, függetlenül a környezeti feltételektől. Ezek a gének a sejt genomjának legfontosabb elemei közé tartoznak, és szabályozzák a DNS replikációs, expressziós és önmagát javító képességét. Ezek a gének szabályozzák a fehérjeszintézist és a szervezet központi anyagcseréjének nagy részét is. Ezzel szemben a szabályozott génekre csak alkalmanként van szükség — de hogyan kapcsolják be ezeket a géneket “be” vagy “ki”? Milyen specifikus molekulák szabályozzák őket, amikor expresszálódnak?
kiderül, hogy az ilyen gének szabályozása különbözik a prokarióták és az eukarióták között., A prokarióták esetében a legtöbb szabályozó fehérje negatív, ezért kapcsolja ki a géneket. Itt a sejtek a fehérje–kis molekula kötődésre támaszkodnak, amelyben egy ligandum vagy kis molekula jelzi a sejt állapotát, és szükség van-e gén expresszióra. A represszor vagy aktivátor fehérje a szabályozási cél közelében kötődik: a gén. Egyes szabályozó fehérjéknek egy ligandummal kell rendelkezniük ahhoz, hogy kötődjenek, míg mások nem képesek kötődni, ha egy ligandumhoz kapcsolódnak. A prokariótákban a legtöbb szabályozó fehérje egy génre jellemző, bár van néhány fehérje, amely szélesebb körben működik., Például egyes kompresszorok az mRNS-termelés kezdete közelében kötődnek egy teljes operonhoz, vagy a koregulált gének klaszteréhez. Ezenkívül egyes kompresszoroknak van egy finomhangoló rendszere, amelyet csillapításnak neveznek, amely mRNS struktúrát használ mind a transzkripció, mind a fordítás megállítására, az operon végtermék enzimjeinek koncentrációjától függően. (Az eukariótákban a csillapításnak nincs pontos megfelelője, mivel a transzkripció a magban történik, a fordítás pedig a citoplazmában történik, így ez a fajta összehangolt hatás lehetetlenné válik.,) A prokarióta szabályozás újabb rétege befolyásolja az RNS polimeráz szerkezetét, amely nagy géncsoportokat kapcsol be. Itt az RNS polimeráz sigma faktora többször is megváltozik, hogy hő – és száradásálló spórákat termeljen. Itt a prokarióta szabályozásról szóló cikkek mindegyik témába belemerülnek, ami sok esetben elsődleges irodalomhoz vezet.
az eukarióták esetében a sejt-sejt különbségeket különböző génkészletek expressziója határozza meg., Például egy differenciálatlan megtermékenyített petesejt úgy néz ki, és úgy viselkedik, egészen más, mint egy bőrsejt, egy neuron, vagy egy izomsejt, mert a különbségek a gének minden sejt kifejezi. A rákos sejt ugyanazon okból különbözik a normál sejttől: különböző géneket fejez ki. (A mikroarray analízis segítségével a tudósok felhasználhatják ezeket a különbségeket a megfelelő rákkezelés diagnózisának és kiválasztásának elősegítésére.) Érdekes módon az eukariótákban a génexpresszió alapértelmezett állapota “ki”, nem pedig “be”, mint a prokariótákban. Miért ez a helyzet?, A titok a kromatinban vagy a sejtmagban található DNS-és hisztonfehérjék komplexében rejlik. A hisztonok a leginkább evolúciós szempontból konzervált fehérjék közé tartoznak, amelyek létfontosságúak az eukarióták jólétéhez és a kis változásokhoz. Amikor egy adott gén szorosan kötődik a hisztonhoz, az a gén “ki van kapcsolva.”De hogyan sikerül az eukarióta géneknek elkerülni ezt a hangtompítást? Ez az, ahol a histone kód jön szóba., Ez a kód magában foglalja a hisztonok pozitív töltésű aminosavainak módosítását, hogy olyan doméneket hozzon létre, amelyekben a DNS nyitottabb, mások pedig nagyon szorosan össze vannak kötve. A DNS-metiláció egy olyan mechanizmus, amely úgy tűnik, hogy össze van hangolva a hiszton módosításokkal, különösen azokkal, amelyek a gén expressziójának elhallgattatásához vezetnek. A “csendes” kromatint alkotó szabályozási folyamatokban kis kódolatlan RNS-ek, például az RNAi is részt vehetnek., Másrészt, amikor a hisztonmolekulák farka meghatározott helyeken acetilálódik, ezeknek a molekuláknak kevesebb kölcsönhatása van a DNS-vel, ezáltal nyitva marad. Az ilyen területek megnyitásának szabályozása forró téma a kutatásban. Például a kutatók most már tudják, hogy a kromatin-átalakító komplexeknek nevezett fehérjék komplexei az ATP-t használják a DNS újracsomagolására nyitottabb konfigurációkban. A tudósok azt is megállapították, hogy a sejtek számos sejtosztódáson keresztül képesek ugyanazt a hiszton-kódot és DNS-metilációs mintát fenntartani., Ezt a kitartást az alappárosítás nélkül epigenetikának nevezik, és bőséges bizonyíték van arra, hogy az epigenetikai változások sok emberi betegséget okoznak.
a transzkripció előfordulásához a prospektív transzkripciós zóna körüli területet le kell tekerni. Ez egy összetett folyamat, amely a hisztonmódosítások, a transzkripciós faktorkötések és más kromatin-átalakítási tevékenységek összehangolását igényli. Miután a DNS nyitva van, a specifikus DNS-szekvenciák hozzáférhetők a specifikus fehérjék kötéséhez., Ezek közül a fehérjék közül sok aktivátor, míg mások represszorok; eukariótákban az összes ilyen fehérjét gyakran transzkripciós tényezőknek (TFS) nevezik. Minden TF-nek van egy specifikus DNS-kötő doménje, amely felismeri a DNS-ben egy 6-10 bázispár motívumot, valamint egy effektor domént. A kémcsőben a tudósok megtalálhatják a TF lábnyomát, ha ez a fehérje egy DNS-darabban kötődik a megfelelő motívumhoz. Azt is láthatják, hogy a TF kötés lassítja-e a DNS migrációját a gél elektroforézisben.,
egy aktiváló TF esetén az effektor domain RNS polimeráz II-t, az eukarióta mRNS-termelő polimerázt toboroz, hogy megkezdje a megfelelő gén transzkripcióját. Néhány aktiváló TFs egyszerre több gént is bekapcsolhat. Minden TFs kötődnek a promoterek csak upstream eukarióta gének, hasonló bakteriális szabályozó fehérjék. Ugyanakkor kötődnek az úgynevezett Enhancer-ekhez is, amelyek előre vagy hátra orientálhatók, felfelé vagy lefelé, vagy akár egy gén intronjaiban helyezkednek el, és még mindig aktiválják a gén expresszióját., Mert sok a gének coregulated, tanulás génexpresszió az egész genom keresztül microarrays vagy masszívan párhuzamos szekvenálás lehetővé teszi, hogy a nyomozók, hogy melyik csoportok gének coregulated során a differenciálás, a rák, valamint más tagállamok, valamint a folyamatok.
A legtöbb eukarióta kis kódolatlan RNS-t is használ a génexpresszió szabályozására. Például a Dicer enzim kettős szálú RNS-régiókat talál, és kivágja azokat a rövid darabokat, amelyek szabályozási szerepet tölthetnek be. Az Argonaute egy másik enzim, amely fontos a kis nem kódoló RNS–függő rendszerek szabályozásában., Itt bemutatunk egy bevezető cikket ezekről az RNAs-ról, de több tartalomra van szükség; kérjük, vegye fel a kapcsolatot a szerkesztőkkel, ha érdekli a hozzájárulás.
az Imprinting egy újabb folyamat, amely részt vesz az eukarióta génszabályozásban; ez a folyamat magában foglalja a gén két alléljának egyikét a sejt teljes élettartamára. A lenyomat a gének egy kisebb részét érinti, de számos fontos növekedési szabályozó is szerepel. Egyes gének esetében az anyai példányt mindig elhallgattatják, míg a különböző gének esetében az apai példányt mindig elhallgattatják., A tojás-vagy spermiumképződés során ezekre a génekre helyezett epigenetikai jeleket hűen másolják minden egyes későbbi sejtbe, ezáltal befolyásolják ezeket a géneket a szervezet egész életében.
még egy másik mechanizmus, amely bizonyos géneket elnémít egy szervezet teljes élettartama alatt, az X inaktiváció. A nőstény emlősökben például az X-kromoszóma két példányának egyikét kikapcsolják, és nagymértékben tömörítik., Ez az elzárási folyamat transzkripciót igényel, két nem kódoló RNS részvételét (amelyek közül az egyik az inaktív X kromoszómát fedi le), valamint egy DNS-kötő fehérje, a CTCF részvételét. Mivel a szabályozási kódolatlan RNS-ek lehetséges szerepét ebben a folyamatban vizsgálják, az X inaktivációval kapcsolatos további információk kétségtelenül felfedezhetők.