Ekspresja genu

Ekspresja genu jest procesem, w którym informacja dziedziczna zawarta w genie, sekwencja par zasad DNA, jest przekształcana w funkcjonalny produkt genu, taki jak białko lub RNA. Podstawową ideą jest to, że DNA jest transkrybowane na RNA, które następnie jest tłumaczone na białka. Białka tworzą wiele struktur i wszystkie enzymy w komórce lub organizmie.

Kilka etapów w procesie ekspresji genów może być modulowanych (dostrajanych). Dotyczy to zarówno transkrypcji, jak i  translacji, a także końcowego, złożonego stanu białka. Regulacja genów włącza i wyłącza geny, a więc kontroluje różnicowanie się komórek i morfogenezę. Regulacja genów może również służyć jako podstawa zmian ewolucyjnych: kontrola czasu, miejsca i ilości ekspresji genów może mieć głęboki wpływ na rozwój organizmu.

Ekspresja danego genu może być bardzo różna w różnych tkankach. Nazywa się to plejotropizmem, zjawiskiem szeroko rozpowszechnionym w genetyce.

Schemat pokazujący, na jakich etapach ścieżki DNA-mRNA-białko można kontrolować ekspresję
Schemat pokazujący, na jakich etapach ścieżki DNA-mRNA-białko można kontrolować ekspresję

Epigenetyka

W biologii, epigenetyka jest badanie dziedzicznych zmian w fenotypie (wygląd) lub ekspresji genów spowodowanych przez mechanizmy inne niż zmiany w podstawowej sekwencji DNA.

Zmiany te mogą pozostać w wyniku podziałów komórkowych przez resztę życia osobnika, a także mogą trwać przez wiele pokoleń. Nie ma jednak zmiany w podstawowej sekwencji DNA organizmu. Zamiast tego, czynniki niegenetyczne powodują, że geny organizmu zachowują się (wyrażają się) inaczej.

Najlepszym przykładem zmian epigenetycznych w biologii eukariotów jest proces różnicowania się komórek. Podczas morfogenezy totipotencjalne komórki macierzyste przekształcają się w różne linie komórkowe zarodka, które z kolei stają się komórkami w pełni zróżnicowanymi. Innymi słowy, pojedyncza zapłodniona komórka jajowa - zygota - dzieli się i rozwija. Komórki córki zmieniają się w wiele typów komórek dojrzałego embrionu. Należą do nich neurony, komórki mięśniowe, nabłonek, naczynia krwionośne i tak dalej. Dzieje się to poprzez aktywację niektórych genów i hamowanie innych.

Zmiany epigenetyczne są długotrwałe i zwykle przeżywają proces podziału komórki (mitozę). Zmiany zachodzą w chromatynie, która jest połączeniem DNA i otaczających go białek histonowych w chromosomie. Szczegóły tego, jak to się dzieje, są nadal opracowywane, ale jest dość pewne, że kluczową cechą jest owijanie się DNA i histonów.

Regulacja genów

Up-regulation and down-regulation

Regulacja w górę zwiększa ekspresję jednego lub więcej genów, a w rezultacie białka (białek) kodowanego przez te geny. Down-regulacja jest procesem prowadzącym do obniżenia ekspresji genów i białek.

Indukcja a represja

Regulacja genów może być podsumowana jako:

  • Systemy indukowalne: system indukowalny jest wyłączony, jeśli nie ma obecności jakiejś cząsteczki (zwanej induktorem), która pozwala na ekspresję genu.
  • Systemy represyjne: system represyjny jest włączony z wyjątkiem obecności pewnej cząsteczki (zwanej corepressorem), która tłumi aktywność genu. Mówi się, że cząsteczka ta represjonuje ekspresję.

Regulacyjne RNA

Istnieje wiele RNA, które regulują geny, to znaczy regulują szybkość, z jaką geny są transkrybowane lub tłumaczone. Oto dwa ważne przykłady

miRNA

Mikro RNA (miRNA) działa poprzez przyłączanie się do enzymu i blokowanie mRNA (messenger RNA) lub przyspieszanie jego rozpadu. Nazywa się to interferencją RNA.

siRNA

Małe interferujące RNA (czasami nazywane wyciszającymi RNA) zakłócają ekspresję specyficznego genu. Są to dość małe (20/25 nukleotydów) dwuniciowe cząsteczki. Ich odkrycie spowodowało gwałtowny rozwój badań biomedycznych i opracowywania leków.

Struktura eukariotycznego genu kodującego białko.
Struktura eukariotycznego genu kodującego białko.

Powiązane strony


AlegsaOnline.com - 2020 / 2021 - License CC3