Hoe weet een gen, dat bestaat uit een DNA-streng verborgen in de celkern, wanneer het zich moet uitdrukken? Hoe veroorzaakt dit gen de productie van een reeks aminozuren, een eiwit genaamd? Hoe weten verschillende soorten cellen welke soorten eiwitten ze moeten produceren? De antwoorden op dergelijke vragen liggen in de studie van genexpressie., Aldus, begint deze verzameling of artikelen door te tonen hoe een stille, goed bewaakte reeks van DNA wordt uitgedrukt om RNA te maken, en hoe het boodschappersRNA van nucleic zure codage aan eiwit codage wordt vertaald om een proteã ne te vormen. Gaandeweg onderzoekt de Artikelset ook de aard van de genetische code, hoe de elementen van code werden voorspeld en hoe de werkelijke codons werden bepaald.vervolgens richten we ons op de regulatie van genen. Genen kunnen een organisme niet zelf controleren; ze moeten in wisselwerking staan met en reageren op de omgeving van het organisme., Sommige genen zijn constitutief, of altijd “aan”, ongeacht de omgevingsomstandigheden. Dergelijke genen behoren tot de belangrijkste elementen van het genoom van een cel, en zij controleren het vermogen van DNA om zich te vermenigvuldigen, uit te drukken en zichzelf te herstellen. Deze genen controleren ook de eiwitsynthese en een groot deel van het centrale metabolisme van een organisme. In tegenstelling, gereguleerde genen zijn slechts af en toe nodig — maar hoe worden deze genen ingeschakeld “aan” en “uit”? Welke specifieke moleculen controleren wanneer ze worden uitgedrukt?het blijkt dat de regulatie van dergelijke genen verschilt tussen prokaryoten en eukaryoten., Voor prokaryotes, zijn de meeste regelgevende proteã nen negatief en zetten daarom genen uit. Hier, baseren de cellen zich op eiwit–kleine molecuulband, waarin een ligand of een kleine molecuul de staat van de cel signaleert en of genuitdrukking nodig is. De repressor of activator eiwit bindt in de buurt van zijn regulerende doel: het gen. Sommige regelgevende proteã nen moeten ligand in bijlage aan hen hebben om te kunnen binden, terwijl anderen niet kunnen binden wanneer in bijlage aan ligand. In prokaryotes, zijn de meeste regelgevende proteã nen specifiek aan één gen, hoewel er een paar proteã nen zijn die breder handelen., Bijvoorbeeld, binden sommige onderdrukkers dichtbij het begin van mRNA-productie voor een volledig operon, of cluster van coregulated genen. Voorts hebben sommige onderdrukkers een “fine-tuning” systeem dat als verzwakking wordt bekend, dat mRNA-structuur gebruikt om zowel transcriptie Als vertaling te stoppen afhankelijk van de concentratie van de enzymen van het eindproduct van een operon. (In eukaryotes is er geen exact equivalent van verzwakking, omdat transcriptie in de kern voorkomt en vertaling in het cytoplasma, waardoor dit soort gecoördineerd effect onmogelijk is.,) Nog een andere laag van prokaryotic verordening beà nvloedt de structuur van de polymerase van RNA, die grote groepen genen aanzet. Hier verandert de sigma-factor van RNA-polymerase meerdere malen om hittebestendige sporen te produceren. Hier, de artikelen over prokaryotic regelgeving verdiepen in elk van deze onderwerpen, leidt tot primaire literatuur in veel gevallen.
voor eukaryoten worden cel-cel verschillen bepaald door expressie van verschillende sets van genen., Bijvoorbeeld, een ongedifferentieerde bevruchte eicel kijkt en handelt heel anders dan een huidcel, een neuron, of een spiercel vanwege verschillen in de genen die elke cel uitdrukt. Een kankercel handelt anders dan een normale cel om dezelfde reden: het drukt verschillende genen uit. (Gebruikend microarray analyse, kunnen de wetenschappers dergelijke verschillen gebruiken om in diagnose en selectie van aangewezen kankerbehandeling bij te staan.) Interessant, in eukaryotes, is de standaardstaat van genuitdrukking “uit” eerder dan “aan,” zoals in prokaryotes. Waarom is dit het geval?, Het geheim ligt in chromatine, of het complex van DNA en histone proteã nen die binnen de cellulaire kern worden gevonden. De histonen behoren tot de meest evolutionarily bewaarde bekende proteã nen; zij zijn essentieel voor het welzijn van eukaryotes en Beek weinig verandering. Wanneer een specifiek gen strak gebonden is met histone, is dat gen ” off.”Maar hoe slagen eukaryotische genen er dan in om aan dit tot zwijgen brengen te ontsnappen? Dit is waar de histone code in het spel komt., Deze code omvat wijzigingen van de positief geladen aminozuren van histones om sommige domeinen te creëren waarin DNA meer open is en anderen waarin het zeer strak is gebonden. Methylation van DNA is één mechanisme dat met histone wijzigingen schijnt te worden gecoördineerd, in het bijzonder die die tot het tot zwijgen brengen van genuitdrukking leiden. Kleine noncoding RNAs zoals RNAi kan ook bij de regelgevende processen worden betrokken die “stil” chromatin vormen., Aan de andere kant, wanneer de staarten van histone molecules op specifieke plaatsen geacetyleerd zijn, hebben deze molecules minder interactie met DNA, waardoor het opener wordt gelaten. De regulering van de opening van dergelijke domeinen is een hot topic in het onderzoek. Bijvoorbeeld, weten de onderzoekers nu dat de complexen van proteã nen genoemd chromatin het remodelleren complexen ATP gebruiken om DNA in meer open configuraties opnieuw te verpakken. De wetenschappers hebben ook bepaald dat het voor cellen mogelijk is om dezelfde histoncode en methylatiepatronen van DNA door vele celafdelingen te handhaven., Deze persistentie zonder vertrouwen op basis het in paren rangschikken wordt genoemd epigenetics, en er is overvloedig bewijsmateriaal dat epigenetic veranderingen vele menselijke ziekten veroorzaken.
voor transcriptie moet het gebied rond een potentiële transcriptiezone worden afgewikkeld. Dit is een complex proces dat de coördinatie van histone wijzigingen, de band van de transcriptiefactor en andere chromatin het remodelleren activiteiten vereist. Zodra DNA open is, zijn de specifieke opeenvolgingen van DNA dan toegankelijk voor specifieke proteã nen om te binden., Veel van deze proteã nen zijn activators, terwijl anderen onderdrukkers zijn; in eukaryotes, worden al dergelijke proteã nen vaak transcriptiefactoren (TFS) genoemd. Elke TF heeft een specifiek bindend domein van DNA dat een 6-10 basis-paarmotief in het DNA, evenals een effectordomein erkent. In de reageerbuis, kunnen de wetenschappers een voetafdruk van een tf vinden als die proteã ne aan zijn passende motief in een stuk DNA bindt. Zij kunnen ook zien of de band van TF de migratie van DNA in gelelektroforese vertraagt.,
voor een activerende TF rekruteert het effectordomein RNA-polymerase II, de eukaryotische mRNA-producerende polymerase, om de transcriptie van het corresponderende gen te beginnen. Sommige activerende TFs zetten zelfs meerdere genen tegelijk aan. Alle TFs binden bij de promotors enkel stroomopwaarts van eukaryotic genen, gelijkend op bacteriële regelgevende proteã nen. Nochtans, binden zij ook bij gebieden genoemd versterkers, die vooruit of achteruit kunnen worden georiënteerd en stroomopwaarts of stroomafwaarts of zelfs in de introns van een gen worden gevestigd, en genuitdrukking nog activeren., Omdat vele genen coregulated zijn, staat het bestuderen van genuitdrukking over het gehele genoom via microarrays of massaal het parallelle rangschikken onderzoekers toe om te zien welke groepen genen tijdens differentiatie, kanker, en andere staten en processen worden coregulated.
De meeste eukaryotes maken ook gebruik van kleine noncoding RNAs om genuitdrukking te regelen. Bijvoorbeeld, vindt de enzym Dicer double-stranded gebieden van RNA en snijdt korte stukken uit die in een regelgevende rol kunnen dienen. Argonaute is een ander enzym dat belangrijk is in de regulering van kleine noncoding RNA–afhankelijke systemen., Hier bieden we een inleidende artikel over deze RNAs, maar meer inhoud is nodig; neem contact op met de redactie als u geïnteresseerd bent in het bijdragen.het inprenten is nog een ander proces dat betrokken is bij eukaryotische genregulatie; dit proces omvat het tot zwijgen brengen van een van de twee allelen van een gen gedurende de gehele levensduur van een cel. Het inprenten beà nvloedt een minderheid van genen, maar verscheidene belangrijke de groeiregelgevers zijn inbegrepen. Voor sommige genen wordt de moederkopie altijd tot zwijgen gebracht, terwijl voor andere genen de vaderlijke kopie altijd tot zwijgen wordt gebracht., De epigenetische kenmerken die tijdens de vorming van eicellen of sperma op deze genen worden aangebracht, worden getrouw in elke volgende cel gekopieerd, waardoor deze genen gedurende het hele leven van het organisme worden beïnvloed.een ander mechanisme dat ervoor zorgt dat sommige genen gedurende de hele levensduur van een organisme tot zwijgen worden gebracht, is X-inactivatie. In vrouwelijke zoogdieren, bijvoorbeeld, wordt één van de twee exemplaren van het chromosoom van X gesloten en sterk gecomprimeerd., Dit sluitingsproces vereist transcriptie, de deelname van twee noncoding RNAs (waarvan één het inactieve chromosoom van X bedekt), en de deelname van een DNA-bindende proteã ne genoemd CTCF. Aangezien de mogelijke rol van regelgevende noncoding RNAs in dit proces wordt onderzocht, zal meer informatie betreffende x inactivering zonder twijfel worden ontdekt.