Exprese genů

Exprese genu je proces, při kterém se dědičná informace v genu, tedy sekvence párů bází DNA, mění ve funkční genový produkt, například protein nebo RNA. Základní myšlenka spočívá v tom, že DNA je přepisována do RNA, která je následně překládána do proteinů. Z bílkovin se skládá mnoho struktur a všech enzymů v buňce nebo organismu.

V procesu genové exprese může být modulováno (vyladěno) několik kroků. Patří sem jak transkripce a překlad, tak konečný stav složeného proteinu. Genová regulace zapíná a vypíná geny, a tím řídí diferenciaci buněk a morfogenezi. Genová regulace může také sloužit jako základ evolučních změn: kontrola načasování, umístění a množství genové exprese může mít zásadní vliv na vývoj organismu.

Exprese genu se může v různých tkáních velmi lišit. Tomu se říká pleiotropismus, což je v genetice velmi rozšířený jev.

Schéma znázorňující, ve kterých fázích dráhy DNA-mRNA-protein lze řídit expresi
Schéma znázorňující, ve kterých fázích dráhy DNA-mRNA-protein lze řídit expresi

Epigenetika

V biologii je epigenetika studium dědičných změn fenotypu (vzhledu) nebo genové exprese způsobených jinými mechanismy než změnami v základní sekvenci DNA.

Tyto změny mohou zůstat zachovány v důsledku buněčných dělení po zbytek života jedince a mohou přetrvávat i po několik generací. Nedochází však ke změně základní sekvence DNA organismu. Místo toho negenetické faktory způsobují, že se geny organismu chovají (projevují) jinak.

Nejlepším příkladem epigenetických změn v biologii eukaryot je proces buněčné diferenciace. Během morfogeneze se totipotentní kmenové buňky stávají různými buněčnými liniemi embrya, které se následně stávají plně diferencovanými buňkami. Jinými slovy, jediná oplozená vaječná buňka - zygota - se dělí a vyvíjí. Dceřiné buňky se mění v mnoho typů buněk zralého embrya. Patří mezi ně neurony, svalové buňky, epitel, cévy atd. K tomu dochází aktivací některých genů a inhibicí jiných.

Epigenetické změny jsou dlouhodobé a obvykle přežívají proces buněčného dělení (mitózy). Ke změnám dochází v chromatinu, což je kombinace DNA a okolních histonových proteinů v chromozomu. Podrobnosti o tom, jak k tomu dochází, se stále ještě řeší, ale je poměrně jisté, že klíčovým prvkem je obalení DNA a histonů.

Genová regulace

Zvýšení a snížení regulace

Zvýšená regulace zvyšuje expresi jednoho nebo více genů a v důsledku toho i proteinů, které jsou těmito geny kódovány. Snížení regulace je proces, jehož výsledkem je snížení exprese genů a proteinů.

Indukce vs. represe

Genovou regulaci lze shrnout takto:

  • Indukovatelné systémy: indukovatelný systém je vypnutý, pokud není přítomna nějaká molekula (tzv. induktor), která umožňuje expresi genu.
  • Represibilní systémy: Represibilní systém je zapnutý s výjimkou přítomnosti nějaké molekuly (tzv. korepresoru), která potlačuje aktivitu genu. O této molekule se říká, že potlačuje expresi.

Regulační RNA

Existuje řada RNA, které regulují geny, tj. regulují rychlost, jakou jsou geny přepisovány nebo překládány. Následují dva důležité příklady

miRNA

Mikro RNA (miRNA) působí tak, že se připojí k enzymu a zablokuje mRNA (messenger RNA) nebo urychlí její rozpad. Tomuto postupu se říká RNA interference.

siRNA

Malé interferující RNA (někdy nazývané umlčující RNA) zasahují do exprese určitého genu. Jsou to poměrně malé (20/25 nukleotidů) dvouvláknové molekuly. Jejich objevení způsobilo prudký rozvoj biomedicínského výzkumu a vývoje léčiv.

Struktura eukaryotického genu kódujícího bílkoviny.
Struktura eukaryotického genu kódujícího bílkoviny.

Související stránky


AlegsaOnline.com - 2020 / 2021 - License CC3