Genexpression
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| Transkription RNA-Prozessierung Translation Proteinreifung |
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Genexpression, auch kurz Expression oder Exprimierung, bezeichnet, in weitem Sinn, wie die genetische Information – eines Gens (Abschnitt der DNA) – zum Ausdruck kommt und in Erscheinung tritt, also wie der Genotyp eines Organismus oder einer Zelle als Phänotyp ausgeprägt wird. Im engeren Sinn wird unter Genexpression die Biosynthese von Proteinen (siehe Proteinbiosynthese) anhand der genetischen Information mitsamt aller dafür nötigen vorangehenden Prozesse verstanden, beginnend mit der Transkription als Synthese von RNA.
Die unterschiedliche Genexpression ist beispielsweise bei (genetisch gleichen) eineiigen Zwillingen eine Ursache des geringfügig verschiedenen Phänotyps; bei genetisch verschiedenen Individuen basieren die Unterschiede im Phänotyp neben der Modifikation vor allem auf Unterschieden im Genom. Die zeitlichen und räumlichen Unterschiede der Genexpression werden als Spatiotemporale Genexpression bezeichnet.
Ablauf
Die Transkription beschreibt die Synthese von RNA nach der DNA-Vorlage. Bei der nachfolgenden RNA-Prozessierung werden die erzeugten RNA gelegentlich gespleißt, mit einer Cap-Struktur und einem Poly-A-Schwanz versehen. Nach der Basensequenz der mRNA wird im Zuge der Translation die in der RNA codierte Aminosäuresequenz eines Proteins erzeugt, woraufhin bei der Proteinreifung letzte Veränderungen an den erzeugten Proteinen erfolgen, wie z. B. Proteinfaltung, Protein-Spleißen, Autoproteolyse und Posttranslationale Modifikationen.
Voraussetzung für alle diese Prozesse ist die Zugänglichkeit eines Gens auf seinem Chromosom, die je nach Lage (Locus) verschieden sein kann. Denn im Zellkern liegt die DNA nicht linear vor, sondern ist verpackt, gewickelt und gefaltet (siehe Chromatin). Ein (Gen-)Abschnitt der DNA kann dabei infolge von Faltungen für die Genexpression kaum zugänglich sein (Heterochromatin). Darüber hinaus ist dem eigentlichen Gen oft ein DNA-Abschnitt als Operator vorgelagert, der für den Start der Transkription wichtig ist. Hier können sich Proteine anlagern und so die Transkriptionsrate als Repressoren vermindern oder als Aktivatoren erhöhen. Daneben gibt es auch Transkriptionsfaktoren, die an DNA-bindende Proteine binden und darüber die Transkription beeinflussen bzw. die Aktivität des Gens mitbestimmen.
Die Genexpression kann durch eine Genexpressionsanalyse bestimmt werden.
Regulation
Generell kann eine Regulation der Genexpression auf verschiedenen Stufen stattfinden. Dabei können – insbesondere bei Eukaryoten – die genannten Prinzipien miteinander in Wechselwirkung treten und so im Zusammenspiel von Genetik und Epigenetik noch komplexere Regulationsmechanismen bilden.
Einige Gene unterliegen keiner derartigen Regulation und werden unabhängig von Zelltyp, Zellstadium und Wachstumsbedingungen dauerhaft gleichmäßig exprimiert. Diese Gene werden konstitutiv exprimiert, hierzu gehören unter anderem viele Housekeeping-Gene. Die von ihnen codierten konstitutiven Enzyme halten die grundlegenden Funktionen einer Zelle aufrecht.
Literatur
- Nelson C. Lau, David P. Bartel: Zensur in der Zelle. Spektrum der Wissenschaft, Oktober 2003, S. 52–59, ISSN 0170-2971
- Lubert Stryer: Biochemie, 4. Auflage, Spektrum, Heidelberg- Berlin - Oxford 1996, ISBN 3-86025-346-8, (V. Replikation und Expression der Gene, S. 825 ff)
- Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer: Biochemistry. 5. Auflage. Freeman, New York 2002, ISBN 0-7167-4684-0, online verfügbar beim NCBI Bookshelf.
Weblinks
- www.wissenschaft.de: Neben „an“ und „aus“ kann die Genaktivität auch stufenweise reguliert werden
- Peter v. Sengbusch: Genexpression Information. Uni Hamburg