Regulation der Genexpression - Regulation of gene expression

Regulation der Genexpression durch einen Hormonrezeptor
Diagramm, das zeigt, in welchen Stadien des DNA-mRNA-Protein-Signalwegs die Expression kontrolliert werden kann

Die Regulation der Genexpression oder Genregulation umfasst ein breites Spektrum von Mechanismen, die von Zellen verwendet werden, um die Produktion bestimmter Genprodukte ( Protein oder RNA ) zu erhöhen oder zu verringern . Ausgefeilte Genexpressionsprogramme sind in der Biologie weit verbreitet, um beispielsweise Entwicklungswege auszulösen, auf Umweltreize zu reagieren oder sich an neue Nahrungsquellen anzupassen. Praktisch jeder Schritt der Genexpression kann moduliert werden, von der Transkriptionsinitiation über die RNA-Prozessierung bis hin zur posttranslationalen Modifikation eines Proteins. Oft kontrolliert ein Genregulator einen anderen usw. in einem Genregulationsnetzwerk .

Die Genregulation ist für Viren , Prokaryoten und Eukaryoten von wesentlicher Bedeutung , da sie die Vielseitigkeit und Anpassungsfähigkeit eines Organismus erhöht, indem sie es der Zelle ermöglicht, bei Bedarf Proteine ​​zu exprimieren. Obwohl Barbara McClintock bereits 1951 eine Wechselwirkung zwischen zwei genetischen Loci, Activator ( Ac ) und Dissoziator ( Ds ), bei der Farbbildung von Maissamen zeigte, wird die erste Entdeckung eines Genregulationssystems allgemein als die Identifizierung im Jahr 1961 angesehen des lac- Operons , entdeckt von François Jacob und Jacques Monod , bei dem einige Enzyme, die am Laktosestoffwechsel beteiligt sind, von E. coli nur in Gegenwart von Laktose und in Abwesenheit von Glukose exprimiert werden .

In vielzelligen Organismen treibt die Genregulation die zelluläre Differenzierung und Morphogenese im Embryo an, was zur Bildung verschiedener Zelltypen führt, die unterschiedliche Genexpressionsprofile aus derselben Genomsequenz besitzen . Obwohl dies nicht erklärt, wie die Genregulation entstand, betrachten Evolutionsbiologen es als eine Teilerklärung der Evolution auf molekularer Ebene und es ist von zentraler Bedeutung für die Wissenschaft der evolutionären Entwicklungsbiologie ("evo-devo").

Regulierte Phasen der Genexpression

Jeder Schritt der Genexpression kann moduliert werden, vom DNA-RNA- Transkriptionsschritt bis zur posttranslationalen Modifikation eines Proteins. Das Folgende ist eine Liste von Stadien, in denen die Genexpression reguliert wird, der am häufigsten genutzte Punkt ist die Transkriptionsinitiation:

Modifikation der DNA

Histonschwänze und ihre Funktion bei der Chromatinbildung

Bei Eukaryoten kann die Zugänglichkeit großer DNA-Regionen von ihrer Chromatinstruktur abhängen , die durch Histon- Modifikationen, die durch DNA-Methylierung , ncRNA oder DNA-bindendes Protein gesteuert werden , verändert werden kann . Daher können diese Modifikationen die Expression eines Gens nach oben oder unten regulieren. Einige dieser Modifikationen, die die Genexpression regulieren, sind vererbbar und werden als epigenetische Regulation bezeichnet .

Struktur

Die Transkription der DNA wird durch ihre Struktur bestimmt. Im Allgemeinen ist die Dichte seiner Packung ein Hinweis auf die Transkriptionshäufigkeit. Octamere Proteinkomplexe, die Histone genannt werden, sind zusammen mit einem DNA-Segment, das um die acht Histonproteine ​​(zusammen als Nukleosom bezeichnet) gewunden ist, für das Ausmaß des Supercoilings der DNA verantwortlich, und diese Komplexe können durch Prozesse wie Phosphorylierung vorübergehend oder dauerhaft modifiziert werden modifiziert durch Prozesse wie Methylierung . Solche Modifikationen werden für mehr oder weniger dauerhafte Veränderungen der Genexpressionsniveaus verantwortlich gemacht.

Chemisch

Die Methylierung von DNA ist eine gängige Methode zum Gen-Silencing. DNA wird typischerweise durch Methyltransferase-Enzyme an Cytosin-Nukleotiden in einer CpG-Dinukleotidsequenz ( bei dichter Ansammlung auch " CpG-Inseln " genannt) methyliert . Die Analyse des Methylierungsmusters in einer bestimmten DNA-Region (die ein Promotor sein kann) kann durch ein Verfahren erreicht werden, das als Bisulfit-Kartierung bezeichnet wird. Methylierte Cytosinreste bleiben durch die Behandlung unverändert, während unmethylierte in Uracil umgewandelt werden. Die Unterschiede werden durch DNA-Sequenzierung oder durch Verfahren, die entwickelt wurden, um SNPs zu quantifizieren, wie Pyrosequenzierung ( Biotage ) oder MassArray ( Sequenom ), analysiert , wobei die relativen Mengen von C/T am CG-Dinukleotid gemessen werden. Es wird angenommen, dass abnormale Methylierungsmuster an der Onkogenese beteiligt sind.

Die Histonacetylierung ist auch ein wichtiger Prozess bei der Transkription. Histon-Acetyltransferase- Enzyme (HATs) wie das CREB-bindende Protein dissoziieren ebenfalls die DNA vom Histon-Komplex, wodurch die Transkription ablaufen kann. Häufig wirken DNA-Methylierung und Histon-Deacetylierung beim Gen-Silencing zusammen . Die Kombination der beiden scheint ein Signal dafür zu sein, dass die DNA dichter gepackt wird, was die Genexpression senkt.

Regulierung der Transkription

1 : RNA-Polymerase, 2 : Repressor, 3 : Promotor, 4 : Operator, 5 : Lactose, 6 : lacZ, 7 : lacY, 8 : lacA. Oben : Das Gen ist im Wesentlichen ausgeschaltet. Es gibt keine Laktose, die den Repressor hemmt, daher bindet der Repressor an den Operator, der die RNA-Polymerase daran hindert, an den Promotor zu binden und Laktase herzustellen. Unten : Das Gen ist eingeschaltet. Laktose hemmt den Repressor, wodurch die RNA-Polymerase an den Promotor binden und die Gene exprimieren kann, die Laktase synthetisieren. Schließlich verdaut die Laktase die gesamte Laktose, bis keine mehr an den Repressor bindet. Der Repressor bindet dann an den Operator und stoppt die Herstellung von Laktase.

Die Regulation der Transkription steuert somit, wann die Transkription stattfindet und wie viel RNA gebildet wird. Die Transkription eines Gens durch RNA-Polymerase kann durch mehrere Mechanismen reguliert werden. Spezifitätsfaktoren verändern die Spezifität der RNA-Polymerase für einen gegebenen Promotor oder eine Reihe von Promotoren, wodurch es mehr oder weniger wahrscheinlich wird, dass sie an diese bindet (dh Sigma-Faktoren, die bei der prokaryotischen Transkription verwendet werden ). Repressoren binden an Operator , codierende Sequenzen auf dem DNA-Strang, die nahe an der Promotor-Region liegen oder diese überlappen, und behindern den Fortschritt der RNA-Polymerase entlang des Strangs, wodurch die Expression des Gens behindert wird. Das rechte Bild zeigt die Regulation durch einen Repressor im lac-Operon. Allgemeine Transkriptionsfaktoren positionieren RNA-Polymerase am Anfang einer Protein-kodierenden Sequenz und setzen dann die Polymerase frei, um die mRNA zu transkribieren. Aktivatoren verstärken die Interaktion zwischen RNA-Polymerase und einem bestimmten Promotor und fördern die Expression des Gens. Aktivatoren tun dies, indem sie die Anziehungskraft der RNA-Polymerase für den Promotor erhöhen, durch Interaktionen mit Untereinheiten der RNA-Polymerase oder indirekt durch Veränderung der Struktur der DNA. Enhancer sind Stellen auf der DNA-Helix, die von Aktivatoren gebunden werden, um die DNA zu einer Schleife zu machen, die einen spezifischen Promotor zum Initiationskomplex bringt. Enhancer kommen bei Eukaryoten viel häufiger vor als bei Prokaryoten, wo (bisher) nur wenige Beispiele existieren. Silencer sind Regionen von DNA-Sequenzen, die, wenn sie durch bestimmte Transkriptionsfaktoren gebunden werden, die Expression des Gens zum Schweigen bringen können.

Regulation der Transkription bei Krebs

Bei Wirbeltieren enthält die Mehrheit der Genpromotoren eine CpG-Insel mit zahlreichen CpG-Stellen . Wenn viele der Promotor-CpG-Stellen eines Gens methyliert sind, wird das Gen stummgeschaltet. Darmkrebs hat typischerweise 3 bis 6 Mutationen beim Fahrer und 33 bis 66 Tramper- oder Beifahrermutationen. Transkriptionelles Silencing kann jedoch bei der Entstehung von Krebs von größerer Bedeutung sein als Mutationen. Beispielsweise werden bei Darmkrebs etwa 600 bis 800 Gene durch die Methylierung der CpG-Inseln transkriptionell stummgeschaltet (siehe Regulation der Transkription bei Krebs ). Transkriptionsrepression bei Krebs kann auch durch andere epigenetische Mechanismen erfolgen, wie beispielsweise durch eine veränderte Expression von microRNAs . Bei Brustkrebs kann die transkriptionelle Repression von BRCA1 häufiger durch überexprimierte microRNA-182 als durch Hypermethylierung des BRCA1-Promotors auftreten (siehe Niedrige Expression von BRCA1 bei Brust- und Eierstockkrebs ).

Regulierung der Transkription bei Sucht

Eines der Hauptmerkmale der Sucht ist ihre Persistenz. Die anhaltenden Verhaltensänderungen scheinen auf lang anhaltende Veränderungen zurückzuführen zu sein, die aus epigenetischen Veränderungen resultieren, die die Genexpression in bestimmten Regionen des Gehirns beeinflussen. Drogenmissbrauch verursachen drei Arten von epigenetischen Veränderungen im Gehirn. Diese sind (1) , Histon - Acetylierung und Histon - Methylierungen , (2) DNA - Methylierung an CpG - Stellen , und (3) epigenetische Herunterregulierung oder Heraufregulierung von Mikro - RNAs . ( Einige Details finden Sie unter Epigenetik der Kokainsucht .)

Chronische Nikotinaufnahme bei Mäusen verändert die epigenetische Kontrolle der Genexpression durch die Gehirnzellen durch Acetylierung von Histonen . Dies erhöht die Expression des Proteins FosB im Gehirn, das bei Suchterkrankungen wichtig ist. Zigarettensucht wurde auch bei etwa 16.000 Menschen untersucht, darunter Nieraucher, derzeitige Raucher und diejenigen, die bis zu 30 Jahre mit dem Rauchen aufgehört haben. In Blutzellen wiesen mehr als 18.000 CpG-Stellen (von den etwa 450.000 analysierten CpG-Stellen im Genom) bei aktuellen Rauchern häufig eine veränderte Methylierung auf. Diese CpG-Stellen traten in über 7.000 Genen auf, was ungefähr einem Drittel der bekannten menschlichen Gene entspricht. Die Mehrheit der unterschiedlich methylierten CpG-Stellen kehrte innerhalb von fünf Jahren nach Beendigung des Rauchens auf das Niveau von Nie-Rauchern zurück. Allerdings blieben 2.568 CpGs von 942 Genen bei ehemaligen gegenüber Nierauchern unterschiedlich methyliert. Solche verbleibenden epigenetischen Veränderungen können als „molekulare Narben“ angesehen werden, die die Genexpression beeinträchtigen können.

In Nagetiermodellen verursachen Missbrauchsdrogen, einschließlich Kokain, Methamphetamin, Alkohol und Tabakrauchprodukte, alle DNA-Schäden im Gehirn. Bei der Reparatur von DNA-Schäden können einzelne Reparaturereignisse die Methylierung der DNA und/oder die Acetylierungen oder Methylierungen von Histonen an den Schadensstellen verändern und somit dazu beitragen, eine epigenetische Narbe auf dem Chromatin zu hinterlassen.

Solche epigenetischen Narben tragen wahrscheinlich zu den anhaltenden epigenetischen Veränderungen bei, die bei der Sucht auftreten.

Regulation der Transkription beim Lernen und Gedächtnis

DNA-Methylierung ist die Addition einer Methylgruppe an die DNA, die bei Cytosin stattfindet . Das Bild zeigt eine Cytosin-Einzelringbase und eine Methylgruppe, die an das 5-Kohlenstoffatom angehängt ist. Bei Säugetieren erfolgt die DNA-Methylierung fast ausschließlich an einem Cytosin, dem ein Guanin folgt .

Bei Säugetieren ist die Methylierung von Cytosin (siehe Abbildung) in der DNA ein wichtiger regulatorischer Mediator. Methylierte Cytosine kommen hauptsächlich in Dinukleotidsequenzen vor, wo Cytosin von einem Guanin, einer CpG-Stelle, gefolgt wird . Die Gesamtzahl der CpG-Stellen im menschlichen Genom beträgt etwa 28 Millionen. und im Allgemeinen weisen etwa 70 % aller CpG-Stellen ein methyliertes Cytosin auf.

Die identifizierten Bereiche des menschlichen Gehirns sind an der Gedächtnisbildung beteiligt.

Bei einer Ratte kann eine schmerzhafte Lernerfahrung, kontextuelle Angstkonditionierung , nach einem einzigen Trainingsereignis zu einer lebenslangen Angsterinnerung führen. Die Cytosin-Methylierung ist in den Promotorregionen von etwa 9,17 % aller Gene in der Hippocampus-Neuron-DNA einer Ratte, die einer kurzen Angstkonditionierungserfahrung unterzogen wurde, verändert . Im Hippocampus werden zunächst neue Erinnerungen gespeichert.

Die Methylierung von CpGs in einer Promotorregion eines Gens unterdrückt die Transkription, während die Methylierung von CpGs im Körper eines Gens die Expression erhöht. TET-Enzyme spielen eine zentrale Rolle bei der Demethylierung von methylierten Cytosinen. Die Demethylierung von CpGs in einem Genpromotor durch TET-Enzymaktivität erhöht die Transkription des Gens.

Wenn kontextuelle Angstkonditionierung auf eine Ratte angewendet wird, treten sowohl eine Stunde als auch 24 Stunden nach der Konditionierung im Hippocampus mehr als 5.000 differentiell methylierte Regionen (DMRs) (von jeweils 500 Nukleotiden) im neuronalen Genom des Hippocampus der Ratte auf . Dies führt dazu, dass etwa 500 Gene hochreguliert werden (oft aufgrund der Demethylierung von CpG-Stellen in einer Promotorregion) und etwa 1.000 Gene herunterreguliert werden (oft aufgrund von neu gebildetem 5-Methylcytosin an CpG-Stellen in einer Promotorregion). Das Muster von induzierten und unterdrückten Genen innerhalb von Neuronen scheint eine molekulare Grundlage für die Bildung der ersten vorübergehenden Erinnerung an dieses Trainingsereignis im Hippocampus des Rattenhirns zu liefern.

Posttranskriptionelle Regulierung

Nachdem die DNA transkribiert und mRNA gebildet wurde, muss es eine Art Regulierung geben, wie viel mRNA in Proteine ​​übersetzt wird. Zellen tun dies, indem sie das Capping, das Spleißen, das Hinzufügen eines Poly(A)-Schwanzes, die sequenzspezifischen Kernexportraten und in mehreren Zusammenhängen die Sequestrierung des RNA-Transkripts modulieren. Diese Prozesse treten bei Eukaryoten auf, nicht jedoch bei Prokaryoten. Diese Modulation ist das Ergebnis eines Proteins oder Transkripts, das wiederum reguliert wird und eine Affinität zu bestimmten Sequenzen aufweisen kann.

Drei untranslatierte Prime-Regionen und microRNAs

Drei nicht -translatierte Prime-Regionen (3'-UTRs) von Messenger-RNAs (mRNAs) enthalten oft regulatorische Sequenzen, die posttranskriptionell die Genexpression beeinflussen. Solche 3'-UTRs enthalten oft sowohl Bindungsstellen für microRNAs (miRNAs) als auch für regulatorische Proteine. Durch Bindung an spezifische Stellen innerhalb der 3'-UTR können miRNAs die Genexpression verschiedener mRNAs verringern, indem sie entweder die Translation hemmen oder direkt den Abbau des Transkripts verursachen. Die 3'-UTR kann auch Silencer-Regionen aufweisen, die Repressorproteine ​​binden, die die Expression einer mRNA hemmen.

Die 3'-UTR enthält oft miRNA-Response-Elemente (MREs) . MREs sind Sequenzen, an die miRNAs binden. Dies sind vorherrschende Motive innerhalb von 3'-UTRs. Unter allen regulatorischen Motiven innerhalb der 3'-UTRs (zB einschließlich Silencer-Regionen) machen MREs etwa die Hälfte der Motive aus.

Ab 2014 verzeichnete die miRBase -Website, ein Archiv von miRNA- Sequenzen und -Anmerkungen, 28.645 Einträge in 233 biologischen Arten. Davon befanden sich 1.881 miRNAs in annotierten humanen miRNA-Loci. Für miRNAs wurde vorhergesagt, dass sie durchschnittlich etwa vierhundert Ziel-mRNAs aufweisen (die die Expression von mehreren hundert Genen beeinflussen). Freidmannet al. schätzen, dass >45.000 miRNA-Zielstellen innerhalb menschlicher mRNA-3'-UTRs über dem Hintergrundniveau konserviert sind und >60% der menschlichen Protein-kodierenden Gene unter Selektionsdruck standen, um die Paarung mit miRNAs aufrechtzuerhalten.

Direkte Experimente zeigen, dass eine einzelne miRNA die Stabilität von Hunderten von einzigartigen mRNAs verringern kann. Andere Experimente zeigen, dass eine einzelne miRNA die Produktion von Hunderten von Proteinen unterdrücken kann, dass diese Unterdrückung jedoch oft relativ mild ist (weniger als das 2-fache).

Die Auswirkungen der miRNA-Fehlregulation der Genexpression scheinen bei Krebs wichtig zu sein. Bei Magen-Darm-Krebs identifizierte eine Studie aus dem Jahr 2015 beispielsweise neun miRNAs als epigenetisch verändert und wirksam bei der Herunterregulierung von DNA-Reparaturenzymen.

Die Auswirkungen der miRNA-Fehlregulation der Genexpression scheinen auch bei neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Schizophrenie , bipolarer Störung , schwerer depressiver Störung , Parkinson-Krankheit , Alzheimer-Krankheit und Autismus-Spektrum- Störungen wichtig zu sein.

Regulierung der Übersetzung

Die Translation von mRNA kann auch durch eine Reihe von Mechanismen gesteuert werden, meist auf der Initiationsebene. Die Rekrutierung der kleinen ribosomalen Untereinheit kann tatsächlich durch mRNA-Sekundärstruktur, Antisense-RNA-Bindung oder Proteinbindung moduliert werden. Sowohl in Prokaryoten als auch in Eukaryoten existiert eine große Anzahl von RNA-bindenden Proteinen, die oft durch die Sekundärstruktur des Transkripts, die sich in Abhängigkeit von bestimmten Bedingungen wie Temperatur oder Anwesenheit eines Liganden (Aptamer) ändern kann, zu ihrer Zielsequenz gelenkt werden. . Einige Transkripte wirken als Ribozyme und regulieren ihre Expression selbst.

Beispiele für Genregulation

  • Enzyminduktion ist ein Prozess, bei dem ein Molekül (zB ein Arzneimittel) die Expression eines Enzyms induziert (dh initiiert oder verstärkt).
  • Die Induktion von Hitzeschockproteinen bei der Fruchtfliege Drosophila melanogaster .
  • Das Lac-Operon ist ein interessantes Beispiel dafür, wie die Genexpression reguliert werden kann.
  • Viren besitzen, obwohl sie nur wenige Gene besitzen, Mechanismen, um ihre Genexpression zu regulieren, typischerweise in eine frühe und späte Phase, indem sie kollineare Systeme verwenden, die durch Anti-Terminatoren ( Lambda-Phagen ) oder Spleißmodulatoren ( HIV ) reguliert werden .
  • Gal4 ist ein Transkriptionsaktivator, der die Expression von GAL1, GAL7 und GAL10 kontrolliert (die alle für den Galactose-Stoffwechsel in Hefe kodieren). Das GAL4/UAS-System wurde in einer Vielzahl von Organismen aus verschiedenen Stämmen verwendet, um die Genexpression zu untersuchen.

Entwicklungsbiologie

Eine Vielzahl von untersuchten Regulationssystemen stammt aus der Entwicklungsbiologie . Beispiele beinhalten:

  • Die Kollinearität des Hox- Genclusters mit ihren verschachtelten antero-posterioren Mustern
  • Mustererzeugung der Hand (Ziffern - Zwischenziffern): der Gradient von Sonic Hedgehog (sekretierter Induktionsfaktor) aus der Zone der polarisierenden Aktivität in der Extremität, der einen Gradienten von aktivem Gli3 erzeugt, das Gremlin aktiviert, das auch BMPs hemmt, die auch in der Gliedmaßen, führt als Ergebnis dieses Reaktions-Diffusions-Systems zur Ausbildung eines alternierenden Aktivitätsmusters .
  • Somitogenese ist die Bildung von Segmenten (Somiten) aus einem einheitlichen Gewebe (präsomitisches Mesoderm ). Sie werden sequentiell von vorne nach hinten gebildet. Dies wird in Amnioten möglicherweise durch zwei gegenläufige Gradienten erreicht, Retinsäure im vorderen Bereich (Wellenfront) und Wnt und Fgf im hinteren Bereich, gekoppelt an ein oszillierendes Muster (Segmentierungsuhr) bestehend aus FGF + Notch und Wnt in Gegenphase.
  • Die Geschlechtsbestimmung im Soma einer Drosophila erfordert die Erfassung des Verhältnisses von autosomalen Genen zu Geschlechtschromosomen- kodierten Genen, was zur Produktion des geschlechtslosen Spleißfaktors bei Weibchen führt, was zur weiblichen Isoform des Doppelgeschlechts führt.

Schaltung

Hoch- und Herunterregulierung

Hochregulation ist ein Prozess, der innerhalb einer Zelle durch ein Signal (das innerhalb oder außerhalb der Zelle entsteht) auftritt, was zu einer erhöhten Expression eines oder mehrerer Gene und infolgedessen der von diesen Genen kodierten Proteine ​​führt. Umgekehrt ist die Herunterregulierung ein Prozess, der zu einer verminderten Gen- und entsprechenden Proteinexpression führt.

  • Eine Hochregulierung tritt beispielsweise auf, wenn einer Zelle eine Art von Rezeptor fehlt. In diesem Fall wird mehr Rezeptorprotein synthetisiert und zur Zellmembran transportiert, wodurch die Empfindlichkeit der Zelle wieder normalisiert wird und die Homöostase wiederhergestellt wird .
  • Eine Herunterregulation tritt beispielsweise auf, wenn eine Zelle über einen längeren Zeitraum durch einen Neurotransmitter , ein Hormon oder ein Medikament überstimuliert wird und die Expression des Rezeptorproteins zum Schutz der Zelle verringert wird (siehe auch Tachyphylaxie ).

Induzierbare vs. unterdrückbare Systeme

Die Genregulation lässt sich durch die Reaktion des jeweiligen Systems zusammenfassen:

  • Induzierbare Systeme – Ein induzierbares System ist ausgeschaltet, es sei denn, es liegt ein Molekül (ein sogenannter Induktor) vor, das die Genexpression ermöglicht. Das Molekül soll "Expression induzieren". Wie dies geschieht, hängt von den Kontrollmechanismen sowie den Unterschieden zwischen prokaryontischen und eukaryontischen Zellen ab.
  • Unterdrückbare Systeme - Ein unterdrückbares System ist aktiviert, außer in Gegenwart eines Moleküls (sogenannter Corepressor), das die Genexpression unterdrückt. Das Molekül soll "Expression unterdrücken". Wie dies geschieht, hängt von den Kontrollmechanismen sowie den Unterschieden zwischen prokaryontischen und eukaryontischen Zellen ab.

Das GAL4/UAS-System ist ein Beispiel sowohl für ein induzierbares als auch für ein unterdrückbares System. Gal4 bindet eine Upstream-Aktivierungssequenz (UAS), um die Transkription der GAL1/GAL7/GAL10-Kassette zu aktivieren. Andererseits kann eine MIG1- Antwort auf die Anwesenheit von Glukose GAL4 hemmen und somit die Expression der GAL1/GAL7/GAL10-Kassette stoppen.

Theoretische Schaltungen

  • Repressor/Induktor: Eine Aktivierung eines Sensors führt zur Änderung der Expression eines Gens
  • negatives Feedback: Das Genprodukt reguliert direkt oder indirekt seine eigene Produktion herunter, was zu
    • Transkriptspiegel konstant/proportional zu einem Faktor halten
    • Hemmung von Durchlaufreaktionen in Verbindung mit einer positiven Rückkopplungsschleife
    • Schaffung eines Oszillators durch Ausnutzung der Zeitverzögerung von Transkription und Translation, da die Halbwertszeit von mRNA und Protein kürzer ist
  • positives Feedback: Das Genprodukt reguliert direkt oder indirekt seine eigene Produktion hoch, was zu
    • Signalverstärkung
    • bistabile Schalter, wenn sich zwei Gene gegenseitig hemmen und beide ein positives Feedback haben
    • Mustergenerierung

Studienmethoden

Im Allgemeinen verwendeten die meisten Experimente zur Untersuchung der differentiellen Expression Ganzzellextrakte von RNA, sogenannte Steady-State-Level, um zu bestimmen, welche Gene sich wie stark verändert haben. Diese geben jedoch keine Auskunft darüber, wo die Regulation stattgefunden hat und können widersprüchliche Regulationsprozesse maskieren ( siehe posttranskriptionelle Regulation ), werden aber immer noch am häufigsten analysiert ( quantitative PCR und DNA-Microarray ).

Bei der Untersuchung der Genexpression gibt es mehrere Methoden, um die verschiedenen Stadien zu betrachten. Bei Eukaryoten sind dies:

Siehe auch

Hinweise und Referenzen

Literaturverzeichnis

Externe Links