Samantekt kafla
Samantekt kafla
16.1 Stjórnun á tjáningu gena
Þótt allar líkamsfrumur lífveru innihaldi sama DNA tjá ekki allar frumur lífverunnar sömu prótínin. Dreifkjörnungar tjá flest gen sín mestallan tímann, en sum gen eru aðeins tjáð þegar þörf er á þeim. Heilkjörnungar tjá hins vegar aðeins hluta gena sinna í hverri frumu. Til að tjá prótín er DNA fyrst umritað í RNA, sem er síðan þýtt í prótín og því næst beint á tiltekna staði í frumunni. Í dreifkjörnungafrumum fara umritun og þýðing fram nánast samtímis. Í heilkjörnungafrumum fer umritun fram í kjarnanum og er aðskilin frá þýðingu, sem fer fram í umfryminu. Genatjáningu í dreifkjörnungum er að mestu stjórnað á stigi umritunar, þótt nokkur stjórnun á stigum utangenaerfða og eftir þýðingu sé einnig til staðar. Í heilkjörnungafrumum er genatjáningu stjórnað á stigum utangenaerfða, umritunar, eftir umritun, þýðingar og eftir þýðingu.
16.2 Stjórnun gena í dreifkjörnungum
Stjórnun genatjáningar í dreifkjörnungafrumum fer fram á stigi umritunar. Tvær megingerðir prótína stjórna umritun í dreifkjörnungum: bæliprótín og virkjar. Bæliprótín bindast stilli og hindra virkni RNA-pólýmerasa. Virkjar bindast stýrlinum og auka bindingu RNA-pólýmerasa. Örvar geta aukið umritun annaðhvort með því að óvirkja bæliprótín eða með því að auka virkni virkja. Í trp-óperoninu virkjast trp-bæliprótínið sjálft við bindingu tryptófans. Ef ekki er þörf á tryptófani binst bæliprótínið því stillinum og umritun helst slökkt. lac-óperonið er virkjað af CAP, niðurbrotsvirkjunarprótíni, sem binst stýrlinum og stöðgar bindingu RNA-pólýmerasa. CAP er sjálft virkjað af cAMP, en styrkur cAMP eykst þegar styrkur glúkósa lækkar. lac-óperonið krefst þó einnig laktósa til að umritun geti átt sér stað. Laktósi óvirkjar lac-bæliprótínið og kemur í veg fyrir að bæliprótínið bindist lac-stillinum. Þegar bæliprótínið er óvirkt getur umritun haldið áfram. Því þarf glúkósa að vanta og laktósi að vera til staðar til að virk umritun lac-óperonsins fari fram.
16.3 Utangenaerfðir og stjórnun gena í heilkjörnungum
Í heilkjörnungafrumum fer fyrsta stig stjórnunar genatjáningar fram á stigi utangenaerfða. Utangenaerfðakerfi stjórna aðgengi að litningasvæðum og gera þannig kleift að kveikja eða slökkva á genum. Með endurmótun litnis er stjórnað því hvernig DNA er pakkað í kjarnanum með því að stjórna hversu þétt DNA er vafið utan um histónprótín. DNA sjálft getur verið metýlerað til að þagga valin gen. Viðbót eða fjarlæging efnafræðilegra breytinga, eða merkja, á histónprótínum eða DNA gefur frumunni merki um að opna eða loka litningasvæði. Heilkjörnungafrumur geta því stjórnað því hvort gen er tjáð með því að stjórna aðgengi RNA-pólýmerasa og umritunarþátta að bindisetum sínum.
16.4 Stjórnun gena við umritun í heilkjörnungum
Til að hefja umritun verða almennir umritunarþættir, svo sem TFIID, TFIIB og fleiri, fyrst að bindast TATA-kassanum og kalla RNA-pólýmerasa á staðinn. Viðbótarumritunarþættir geta einnig bundist öðrum stjórnþáttum við stýrilinn til að auka eða hindra umritun. Auk stýrilraða hjálpa efliraðir til við að efla umritun. Efliraðir geta verið ofan við gen, neðan við gen, innan gensins sjálfs eða á öðrum litningum. Sértækir umritunarþættir sem bindast efliröðum geta annaðhvort aukið eða hindrað umritun.
16.5 Stjórnun gena eftir umritun í heilkjörnungum
Stjórnun eftir umritun getur átt sér stað á hvaða stigi sem er eftir umritun, þar á meðal við RNA-splæsingu og með stjórnun á stöðugleika RNA. Þegar RNA hefur verið umritað verður að vinna það í fullþroska RNA sem er tilbúið til þýðingar. Þetta felur í sér að fjarlægja innraðir sem kóða ekki fyrir prótíni. Við þetta bindast splæsikorn merkjum sem afmarka mörk útraðar og innraðar, fjarlægja innraðirnar og tengja útraðirnar saman. Þegar þessu er lokið er RNA fullþroska og hægt er að þýða það. Valkvæð splæsing getur framleitt meira en eina mRNA-sameind úr tilteknu umriti. Mismunandi splæsingarafbrigði geta myndast við mismunandi aðstæður.
RNA verður til og er splæst í kjarnanum en þarf að flytjast út í umfrymið til að verða þýtt. RNA er flutt út í umfrymið í gegnum kjarnaholuflókann. Þegar RNA er komið í umfrymið má einnig breyta því hversu lengi það dvelur þar áður en það brotnar niður; þetta kallast stöðugleiki RNA og getur stjórnað heildarmagni prótíns sem myndast. Stöðugleiki RNA getur aukist og leitt til lengri dvalartíma í umfryminu, eða minnkað og leitt til styttri tíma og minni próteinmyndunar. Stöðugleika RNA er stjórnað af RNA-bindipróteinum (RBP) og örRNA (miRNA). Þessi RBP og miRNA bindast 5′ UTR eða 3′ UTR á RNA og auka eða minnka stöðugleika RNA. ÖrRNA sem tengjast RISC-flókum geta bælt þýðingu eða leitt til niðurbrots mRNA.
16.6 Stjórnun gena við og eftir þýðingu í heilkjörnungum
Breyting á ástandi RNA eða prótínsins sjálfs getur haft áhrif á magn prótíns, virkni þess eða hversu lengi það finnst í frumunni. Til að þýða prótín þarf þýðingarupphafsflóki að setjast saman á RNA. Breytingar, svo sem fosfórun, á prótínum í þessum flóka geta komið í veg fyrir rétta þýðingu. Þegar prótín hefur verið myndað má breyta því með fosfórun, asetýleringu, metýleringu eða úbíkítínmerkingu. Þessar breytingar eftir þýðingu geta haft mikil áhrif á stöðugleika, niðurbrot eða virkni prótínsins.
16.7 Krabbamein og stjórnun gena
Lýsa má krabbameini sem sjúkdómi breyttrar genatjáningar. Breytingar á öllum stigum genatjáningar heilkjörnunga má greina í einhverri tegund krabbameins á einhverjum tíma. Til að skilja hvernig breytingar á genatjáningu geta valdið krabbameini er nauðsynlegt að skilja hvernig hvert stig genastjórnunar virkar í eðlilegum frumum. Með því að skilja stjórnunarferlin í eðlilegum, heilbrigðum frumum verður auðveldara fyrir vísindamenn að skilja hvað fer úrskeiðis í sjúkdómsástandi, þar á meðal í flóknum sjúkdómum eins og krabbameini.