Genuttrykk

Genuttrykk , også uttrykk eller kort uttrykt , betegner i vid forstand hvordan den genetiske informasjonen - av et gen (seksjon av DNA ) - uttrykkes og fremstår, dvs. hvordan genotypen til en organisme eller en celle uttrykkes som en fenotype . I en snevrere forstand forstås genekspresjon som biosyntese av proteiner (se proteinbiosyntese ) på grunnlag av den genetiske informasjonen sammen med alle de foregående prosessene som er nødvendige for dette, og begynner med transkripsjonen som syntesen av RNA .

Det forskjellige genuttrykket er for eksempel en årsak til den litt forskjellige fenotypen hos (genetisk identiske) identiske tvillinger; når det gjelder genetisk forskjellige individer, er forskjellene i fenotypen, i tillegg til modifikasjonen , basert på forskjeller i genomet . De tidsmessige og romlige forskjellene i genuttrykk kalles spatiotemporal genuttrykk .

fremgangsmåte

Den transkripsjon er syntesen av RNA av RNA polymeraser til DNA-templetten. RNA-strengene som koder for proteiner kalles messenger RNA (mRNA). I eukaryoter oppstår disse i cellekjernen fra det primære kjernefysiske transkriptet gjennom RNA-prosessering . I tillegg til mulig RNA-interferens og mulig RNA-redigering, inkluderer dette skjøting og tilsetning av en hettekonstruksjon og en poly (A) hale før kjerneneksporten. Følgende oversettelse er syntesen av et protein av ribosomer i cytoplasmaet ved bruk av tilstedeværende mRNA. Den basesekvensen av mRNA blir uttrykt ved hjelp av overførings RNA (tRNA) omregnet til den kodede aminosyresekvensen av polypeptidet som produseres, som ved proteinfolding de native tredimensjonale proteinstruktur vinner. Som regel blir proteiner modifisert posttranslasjonalt .

Generelle, så vel som celle- og utviklingsspesifikke transkripsjonsfaktorer som binder DNA, regulerer transkripsjon. Forutsetningen for dette er tilgjengeligheten til Loci . Siden DNA ikke er naken, men pakket, pakket og brettet, kan et gen være utilgjengelig på grunn av den tette kromatinstrukturen ( heterokromatin ) eller mer eller mindre trukket fra transkripsjon på grunn av endringer i kromatinproteiner. På denne måten er transkripsjonsregulering av genekspresjon også mulig epigenetisk .

Faktorer etter transkripsjon inkluderer stabiliteten til mRNA, dens lokalisering og nedbrytning, de translasjonelle initieringen og forlengelsen på ribosomene og tilgjengeligheten av (lastet) tRNA, mens stabiliteten til dannede proteiner, deres interaksjoner og eventuelle prosesser som blir matet tilbake gjennom det. Påvirk deretter genuttrykk posttranslasjonalt.

regulering

Generelt kan genuttrykk reguleres på forskjellige nivåer. Ovennevnte prinsipper kan samhandle med hverandre - spesielt når det gjelder eukaryoter - og dermed danne enda mer komplekse reguleringsmekanismer i samspillet mellom genetikk og epigenetikk .

Noen gener er ikke underlagt noen slik regulering og uttrykkes konsekvent og konsekvent uavhengig av celletype , celletrinn og vekstbetingelser. Disse genene uttrykkes konstitutivt , inkludert mange husholdningsgener . De konstituerende enzymene de koder opprettholder de grunnleggende funksjonene til en celle.

analyse

Et stort antall molekylærbiologiske eksperimenter gjør det mulig å undersøke uttrykket, dvs. den relative eller absolutte mengden RNA i en celle, et vev eller et utviklingsstadium. Disse inkluderer Northern blot- analyse, kvantitativ revers transkriptase polymerasekjedereaksjon (qRT-PCR), RNase-beskyttelsesanalyse og in situ hybridisering . Disse metodene brukes til å oppdage en eller få transkripsjoner. In situ-hybridisering med radioaktive , digoksigenin-merkede eller fluorescerende antisense RNA- prøver gjør det mulig å undersøke romlig distribusjon av transkripsjoner. Hvis man har til hensikt å bestemme et stort spektrum, eller alle RNA i en prøve, snakker man om transkriptomikk . Dette inkluderer DNA-chip teknologi (synonymt med DNA microarray ), som et stort antall tidligere identifiserte transkripsjoner kan kvantifiseres parallelt med. Med den serielle analysen av genekspresjon (SAGE, fra engelsk Serial Analysis of Gene Expression ) er det en effektiv metode for identifisering av korte cDNA- fragmenter, såkalte tagger , som ble oppnådd fra mRNA- molekyler ved hjelp av enzymet revers transkriptase . Det siste alternativet er "total transcriptome shotgun sequencing", også kjent som RNA-Seq , som stiller høye krav til bioinformatisk analyse.

Spesifikke antistoffer , som brukes i forskjellige immunanalyser , kreves for påvisning av kjente proteiner . Western blot- analyse tillater utsagn om den relative mengden og størrelsen på proteinene som skal undersøkes. Den enzymbundne immunosorbentanalysen (ELISA) og radioimmunanalysen er egnet for kvantitative undersøkelser . Protein mikroarrays , også kalt biochips , er utviklet for høy gjennomstrømning . De tillater parallellanalyse av et stort antall proteiner i en liten mengde biologisk prøvemateriale. Den romlige fordelingen av proteiner undersøkes med immunhistokjemiske og immuncytokjemiske undersøkelser. Analogt med transkriptomet er det også et forsøk på å skildre proteomet til celler. Imidlertid er utfordringene for den raskt utviklende proteomikken mye større, også fordi antallet forskjellige proteiner i en celle som overstiger antall gener mange ganger. De viktigste deteksjonsinnretningene er massespektrometre , som blir mer og mer presise, følsomme og raskere.

litteratur

weblenker