Genexpressie

Genexpressie is het proces waarbij de erfelijke informatie in een gen, de sequentie van DNA-basenparen, wordt omgezet in een functioneel genproduct, zoals eiwit of RNA. Het basisidee is dat DNA wordt getranscribeerd in RNA, dat vervolgens wordt vertaald in eiwitten. Eiwitten maken veel van de structuren en alle enzymen in een cel of organisme.

Verschillende stappen in het genexpressieproces kunnen worden gemoduleerd (afgestemd). Dit omvat zowel de transcriptie als de  translatie, en de uiteindelijke gevouwen toestand van een eiwit. Genregulatie schakelt genen aan en uit, en regelt zo celdifferentiatie en morfogenese. Genregulatie kan ook dienen als basis voor evolutionaire verandering: controle van de timing, de plaats en de hoeveelheid van genexpressie kan een diepgaand effect hebben op de ontwikkeling van het organisme.

De expressie van een gen kan sterk variëren in verschillende weefsels. Dit wordt pleiotropisme genoemd, een wijdverbreid verschijnsel in de genetica.

Diagram dat laat zien in welke stadia van de DNA-mRNA-eiwitroute expressie kan worden gecontroleerd
Diagram dat laat zien in welke stadia van de DNA-mRNA-eiwitroute expressie kan worden gecontroleerd

Epigenetica

In de biologie is epigenetica de studie van overgeërfde veranderingen in fenotype (verschijningsvorm) of genexpressie veroorzaakt door andere mechanismen dan veranderingen in de onderliggende DNA-sequentie.

Deze veranderingen kunnen door celdelingen voor de rest van het leven van het individu blijven bestaan en kunnen ook meerdere generaties duren. Er is echter geen verandering in de onderliggende DNA-sequentie van het organisme. In plaats daarvan zorgen niet-genetische factoren ervoor dat de genen van het organisme zich anders gaan gedragen (tot expressie komen).

Het beste voorbeeld van epigenetische veranderingen in de biologie van eukaryoten is het proces van celdifferentiatie. Tijdens de morfogenese groeien totipotente stamcellen uit tot de verschillende cellijnen van het embryo, die op hun beurt uitgroeien tot volledig gedifferentieerde cellen. Met andere woorden, één enkele bevruchte eicel - de zygote - deelt zich en ontwikkelt zich. De dochtercellen veranderen in de vele celtypes van het volgroeide embryo. Daartoe behoren neuronen, spiercellen, epitheel, bloedvaten enzovoort. Dit gebeurt door activering van sommige genen en remming van andere.

Epigenetische veranderingen zijn van lange duur en overleven gewoonlijk het proces van celdeling (mitose). Er treden veranderingen op in het chromatine, dat een combinatie is van het DNA en de omliggende histon-eiwitten in het chromosoom. De details van hoe dit gebeurt worden nog uitgewerkt, maar het is vrij zeker dat de omwikkeling van het DNA en het histon een sleutelrol speelt.

Genregulatie

Up-regulatie en down-regulatie

Up-regulering verhoogt de expressie van één of meer genen en als gevolg daarvan het eiwit of de eiwitten die door die genen worden gecodeerd. Down-regulatie is een proces dat leidt tot een verminderde gen- en eiwitexpressie.

Inductie vs. repressie

Genregulatie kan worden samengevat als:

  • Induceerbare systemen: een induceerbaar systeem staat uit tenzij er een of andere molecule (inducer genoemd) aanwezig is die genexpressie mogelijk maakt.
  • Repressieve systemen: een repressief systeem staat aan, behalve in aanwezigheid van een of andere molecule (corepressor genoemd) die de genactiviteit onderdrukt. Van de molecule wordt gezegd dat hij de expressie onderdrukt.

Regulerende RNA's

Er zijn een aantal RNA's die genen reguleren, dat wil zeggen dat zij de snelheid reguleren waarmee genen worden getranscribeerd of vertaald. De volgende twee belangrijke voorbeelden zijn

miRNA

Micro-RNA's (miRNA) werken door zich bij een enzym aan te sluiten en mRNA (boodschapper-RNA) te blokkeren, of de afbraak ervan te versnellen. Dit wordt RNA-interferentie genoemd.

siRNA

Kleine interfererende RNA's (soms ook "silencing RNA's" genoemd) verstoren de expressie van een specifiek gen. Het zijn vrij kleine (20/25 nucleotiden) dubbelstrengs moleculen. De ontdekking ervan heeft geleid tot een sterke toename van biomedisch onderzoek en de ontwikkeling van geneesmiddelen.

De structuur van een eukaryotisch proteïne coderend gen.
De structuur van een eukaryotisch proteïne coderend gen.

Verwante pagina's


AlegsaOnline.com - 2020 / 2021 - License CC3