Genexpression

Genexpression ist der Prozess, durch den die vererbbare Information in einem Gen, die Sequenz von DNA-Basenpaaren, in ein funktionelles Genprodukt, wie Protein oder RNA, umgewandelt wird. Die Grundidee ist, dass DNA in RNA transkribiert wird, die dann in Proteine übersetzt wird. Proteine machen viele der Strukturen und alle Enzyme in einer Zelle oder einem Organismus aus.

Mehrere Schritte im Genexpressionsprozess können moduliert (abgestimmt) werden. Dazu gehören sowohl die Transkription und  Übersetzungen als auch der endgültige gefaltete Zustand eines Proteins. Die Genregulation schaltet Gene an und aus und steuert so die Zelldifferenzierung und die Morphogenese. Die Genregulation kann auch als Grundlage für evolutionäre Veränderungen dienen: Die Kontrolle von Zeitpunkt, Ort und Menge der Genexpression kann einen tiefgreifenden Einfluss auf die Entwicklung des Organismus haben.

Die Expression eines Gens kann in verschiedenen Geweben sehr unterschiedlich sein. Dies nennt man Pleiotropismus, ein in der Genetik weit verbreitetes Phänomen.

Diagramm, das zeigt, in welchen Stadien der Expression des DNA-mRNA-Proteinweges kontrolliert werden kann
Diagramm, das zeigt, in welchen Stadien der Expression des DNA-mRNA-Proteinweges kontrolliert werden kann

Verwandte Seiten

Gen-Regulierung

Aufwärtsregulierung und Abwärtsregulierung

Die Hochregulation erhöht die Expression eines oder mehrerer Gene und infolgedessen das/die von diesen Genen kodierte(n) Protein(e). Abwärtsregulierung ist ein Prozess, der zu einer verminderten Gen- und Proteinexpression führt.

Induktion vs. Repression

Die Genregulation kann wie folgt zusammengefasst werden:

  • Induzierbare Systeme: Ein induzierbares System ist ausgeschaltet, es sei denn, es liegt ein Molekül (ein so genannter Induktor) vor, das die Genexpression ermöglicht.
  • Repressible Systeme: Ein repressives System ist eingeschaltet, außer in Gegenwart eines Moleküls (genannt Corepressor), das die Genaktivität unterdrückt. Das Molekül soll die Expression unterdrücken.

Regulatorische RNAs

Es gibt eine Reihe von RNAs, die Gene regulieren, das heißt, sie regulieren die Geschwindigkeit, mit der Gene transkribiert oder translatiert werden. Nachfolgend zwei wichtige Beispiele

miRNA

Mikro-RNAs (miRNA) wirken, indem sie sich mit einem Enzym verbinden und die mRNA (Messenger-RNA) blockieren oder ihren Abbau beschleunigen. Dies wird als RNA-Interferenz bezeichnet.

siRNA

Kleine störende RNAs (manchmal auch als Silencing-RNAs bezeichnet) stören die Expression eines bestimmten Gens. Es handelt sich um recht kleine (20/25 Nukleotide) doppelsträngige Moleküle. Ihre Entdeckung hat einen Schub in der biomedizinischen Forschung und Arzneimittelentwicklung ausgelöst.

Die Struktur eines eukaryotischen Protein-kodierenden Gens.
Die Struktur eines eukaryotischen Protein-kodierenden Gens.

Epigenetik

In der Biologie ist die Epigenetik die Untersuchung von vererbten Veränderungen des Phänotyps (Aussehen) oder der Genexpression, die durch andere Mechanismen als Veränderungen in der zugrunde liegenden DNA-Sequenz verursacht werden.

Diese Veränderungen können durch Zellteilungen für den Rest des Lebens des Individuums bestehen bleiben und auch über mehrere Generationen andauern. Es gibt jedoch keine Veränderung in der zugrunde liegenden DNA-Sequenz des Organismus. Stattdessen bewirken nicht-genetische Faktoren, dass sich die Gene des Organismus anders verhalten (sich anders ausdrücken).

Das beste Beispiel für epigenetische Veränderungen in der Biologie der Eukaryoten ist der Prozess der zellulären Differenzierung. Während der Morphogenese werden aus totipotenten Stammzellen die verschiedenen Zelllinien des Embryos, die wiederum zu vollständig differenzierten Zellen werden. Mit anderen Worten: Eine einzige befruchtete Eizelle - die Zygote - teilt sich und entwickelt sich. Die Tochterzellen verwandeln sich in die vielen Zelltypen des reifen Embryos. Dazu gehören Neuronen, Muskelzellen, Epithel, Blutgefässe und so weiter. Dies geschieht, indem einige Gene aktiviert und andere gehemmt werden.

Epigenetische Veränderungen sind langfristig und überleben in der Regel den Prozess der Zellteilung (Mitose). Veränderungen treten im Chromatin auf, das eine Kombination aus der DNA und den sie umgebenden Histonproteinen im Chromosom ist. Die Einzelheiten, wie dies geschieht, werden noch ausgearbeitet, aber es ist ziemlich sicher, dass die Umhüllung von DNA und Histon ein Schlüsselmerkmal ist.


AlegsaOnline.com - 2020 / 2021 - License CC3