hur vet en gen, som består av en sträng DNA gömd i en cells kärna, när den ska uttrycka sig? Hur orsakar denna gen produktionen av en sträng aminosyror som kallas ett protein? Hur vet olika typer av celler vilka typer av proteiner de måste tillverka? Svaren på sådana frågor ligger i studien av genuttryck., Således börjar denna samling eller artiklar genom att visa hur en tyst, välbevakad sträng av DNA uttrycks för att göra RNA, och hur messenger RNA översätts från nukleinsyrakodning till proteinkodning för att bilda ett protein. Längs vägen undersöker artikeluppsättningen också arten av den genetiska koden, hur kodelementen förutspåddes och hur de faktiska kodonerna bestämdes.
därefter vänder vi oss till reglering av gener. Gener kan inte kontrollera en organism på egen hand; snarare måste de interagera med och reagera på organismens miljö., Vissa gener är konstitutiva, eller alltid ”på”, oavsett miljöförhållanden. Sådana gener är bland de viktigaste elementen i en Cells genom, och de kontrollerar DNA: s förmåga att replikera, uttrycka sig och reparera sig själv. Dessa gener kontrollerar också proteinsyntes och mycket av en organisms centrala metabolism. Däremot behövs reglerade gener endast ibland-men hur blir dessa gener ”på” och ”av”? Vilka specifika molekyler kontrollerar när de uttrycks?
det visar sig att regleringen av sådana gener skiljer sig mellan prokaryoter och eukaryoter., För prokaryoter är de flesta reglerande proteiner negativa och stänger därför av gener. Här är cellerna beroende av protein-liten molekylbindning, där en ligand eller liten molekyl signalerar cellens tillstånd och om genuttryck behövs. Repressorn eller aktivatorproteinet binder nära sitt reglerande mål: genen. Vissa reglerande proteiner måste ha en ligand fäst vid dem för att kunna binda, medan andra inte kan binda när de är kopplade till en ligand. I prokaryoter är de flesta reglerande proteiner specifika för en gen, även om det finns några proteiner som verkar mer allmänt., Till exempel binder vissa förtryckare nära starten av mRNA-produktionen för en hel operon eller kluster av koregulerade gener. Dessutom har vissa dämpare ett finjusteringssystem som kallas dämpning, som använder mRNA-struktur för att stoppa både transkription och översättning beroende på koncentrationen av en operons slutproduktenzymer. (I eukaryoter finns det ingen exakt motsvarighet till dämpning, eftersom transkription sker i kärnan och översättning sker i cytoplasman, vilket gör denna typ av samordnad effekt omöjlig.,) Ännu ett lager av prokaryotisk reglering påverkar strukturen av RNA-polymeras, vilket slår på stora grupper av gener. Här förändras sigma-faktorn för RNA-polymeras flera gånger för att producera värme-och uttorkningsresistenta sporer. Här dyker artiklarna om prokaryotisk reglering i vart och ett av dessa ämnen, vilket leder till primär litteratur i många fall.
för eukaryoter bestäms cellcellskillnader genom uttryck av olika uppsättningar gener., Till exempel ser ett odifferentierat befruktat ägg ut och verkar helt annorlunda än en hudcell, en neuron eller en muskelcell på grund av skillnader i de gener som varje cell uttrycker. En cancercell verkar annorlunda än en vanlig cell av samma anledning: den uttrycker olika gener. (Med hjälp av mikroarrayanalys kan forskare använda sådana skillnader för att hjälpa till med diagnos och val av lämplig cancerbehandling.) Intressant, i eukaryoter är standardtillståndet för genuttryck ” av ”snarare än ”på”, som i prokaryoter. Varför är det så?, Hemligheten ligger i kromatin, eller komplexet av DNA och histonproteiner som finns inom cellkärnan. Histonerna är bland de mest evolutionärt bevarade proteinerna som är kända. de är avgörande för eukaryoternas välbefinnande och brook little change. När en specifik gen är tätt bunden med Histon, är den genen ” av.”Men hur lyckas då eukaryotiska gener undkomma denna ljuddämpning? Det är här histonkoden kommer in i bilden., Denna kod innehåller modifieringar av histonernas positivt laddade aminosyror för att skapa vissa domäner där DNA är mer öppet och andra där det är mycket tätt bundet. DNA-metylering är en mekanism som verkar samordnas med Histon modifieringar, särskilt de som leder till tystning av genuttryck. Små icke-kodande RNA som RNAi kan också vara involverade i de regulatoriska processer som bildar ”tyst” kromatin., Å andra sidan, när svansarna av histonmolekyler är acetylerade på specifika platser, har dessa molekyler mindre interaktion med DNA, vilket lämnar det mer öppet. Regleringen av öppnandet av sådana domäner är ett hett ämne i forskning. Till exempel vet forskare nu att komplex av proteiner som kallas kromatin remodeling-komplex använder ATP för att ompaketera DNA i mer öppna konfigurationer. Forskare har också bestämt att det är möjligt för celler att behålla samma histonkod och DNA-metyleringsmönster genom många cellavdelningar., Denna uthållighet utan att förlita sig på basparning kallas epigenetik, och det finns rikliga bevis för att epigenetiska förändringar orsakar många mänskliga sjukdomar.
för att transkription ska inträffa måste området runt en prospektiv transkriptionszon avlindas. Detta är en komplex process som kräver samordning av histon modifieringar, transkription faktor bindande och andra kromatin remodeling aktiviteter. När DNA: t är öppet är specifika DNA-sekvenser sedan tillgängliga för specifika proteiner att binda., Många av dessa proteiner är aktivatorer, medan andra är förtryckare; i eukaryoter kallas alla sådana proteiner ofta transkriptionsfaktorer (TFs). Varje TF har en specifik DNA-bindande domän som känner igen ett 6-10-basparmotiv i DNA, liksom en effektordomän. I provröret kan forskare hitta ett fotavtryck av en TF om det proteinet binder till sitt matchande motiv i en bit DNA. De kan också se om TF-bindningen saktar migreringen av DNA i gelelektrofores.,
för en aktiverande TF rekryterar effektordomänen RNA-polymeras II, eukaryotiskt mRNA-producerande polymeras, för att påbörja transkription av motsvarande gen. Vissa aktiverande TFs slår även på flera gener samtidigt. Alla TFs binder till promotorerna strax uppströms av eukaryota gener, liknande bakteriereglerande proteiner. De binder emellertid också vid regioner som kallas förstärkare, som kan orienteras framåt eller bakåt och ligger uppströms eller nedströms eller till och med i en gens introner och aktiverar fortfarande genuttryck., Eftersom många gener är koregulerade, studerar genuttryck över hela genomet via mikroarrays eller massivt parallell sekvensering tillåter utredare att se vilka grupper av gener som samregleras under differentiering, cancer och andra tillstånd och processer.
de flesta eukaryoter använder sig också av små icke-kodande RNA för att reglera genuttryck. Till exempel hittar enzymet Dicer dubbelsträngade regioner av RNA och skär ut korta bitar som kan fungera i en reglerande roll. Argonaute är ett annat enzym som är viktigt vid reglering av små icke–kodande RNA-beroende system., Här offfer vi en inledande artikel om dessa rna, men mer innehåll behövs; kontakta redaktörerna om du är intresserad av att bidra.
Imprinting är ännu en process som är involverad i eukaryotisk genreglering; denna process innebär tystnaden av en av de två alleler av en gen för en Cells hela livslängd. Imprinting påverkar en minoritet av gener, men flera viktiga tillväxtregulatorer ingår. För vissa gener tystas moderns kopia alltid, medan för olika gener tystas alltid Faderns kopia., De epigenetiska märkena som placeras på dessa gener under ägg-eller spermbildning kopieras troget in i varje efterföljande cell, vilket påverkar dessa gener under hela organismens liv.
En annan mekanism som gör att vissa gener tystas för en organisms hela livstid är X-inaktivering. Hos kvinnliga däggdjur stängs exempelvis en av de två kopiorna av X-kromosomen av och komprimeras kraftigt., Denna avstängningsprocess kräver transkription, deltagande av två icke-kodande RNA (varav en täcker den inaktiva X-kromosomen) och deltagande av ett DNA-bindande protein som kallas CTCF. Eftersom den möjliga rollen för reglerande icke-kodande RNA i denna process undersöks, kommer mer information om X-inaktivering utan tvekan att upptäckas.