Ekspresja genów – czym jest i od czego zależy?

dullhunk
Naukowcy z Australii i Stanów Zjednoczonych poszerzyli rozumienie trójwymiarowej struktury genomu. Jest to jedno z największych wyzwań, z którymi obecnie zmaga się genomika i genetyka. Odkrycie badaczy opublikowano na portalu Nature Genetics. Jak się okazuje, w jądrze każdej komórki ludzkiego ciała znajdują się ok. 3 metry ciasno zwiniętego DNA. Ułożenie materiału genetycznego warunkuje sytuację, w której niektóre geny podlegają procesowi ekspresji, podczas gdy pozostałe pozostają nieaktywne.


Co warunkuje ekspresję genów?
Ekspresja genów jest procesem, który pozwala na odkodowanie informacji umieszczonej w genie oraz przepisanie jej na produkty genu, którymi są RNA lub białko. W genie zawarta jest informacja na temat budowy białka, którego samo DNA jednak nie buduje. Dlatego w procesie ekspresji niezbędny okazuje się kwas rybonukleinowy (RNA), pośredniczący między materiałem genetycznym a białkiem. W celu stworzenia białka, zlokalizowane w DNA zasady azotowe muszą zostać przepisane na sekwencję aminokwasów, a proces ten nie może odbyć się bez odczytania informacji genetycznej.


Mówiąc wprost, ekspresja jest procesem ujawnienia fenotypowej informacji genetycznej. Fenotyp natomiast jest zespołem cech wykształconych w trakcie rozwoju organizmu. Proces ten przybiera formę syntezy białek. Tymczasem pojawienie się poszczególnych białek strukturalnych albo funkcjonalnych (barwniki, enzymy, hormony) wpływa na rozwinięcie u danego osobnika cech takich jak grupa krwi, wzrost czy kolor oczu. Podczas gdy niektóre z tych cech mogą ulec zmianie pod wpływem działania czynników środowiskowych (np. wzrost), pozostałe są całkowicie uzależnione od genotypu.


Dr Tim Mercer oraz prof. John Mattick z Instytutu Badań Medycznych Garvan w Sydney wraz z prof. Jaohnem Stamatoyannopoulosem z Uniwersytetu Waszyngtona w Seattle dokonali analizy trójwymiarowej struktury genomu w wysokiej rozdzielczości. Geny zbudowane są z egzonów, czyli odcinków kodujących sekwencje aminokwasów i ulegających ekspresji, oraz intronów – czyli odcinków niekodujących, które rozdzielają sekwencje egzonów. Podczas przenoszenia materiału genetycznego z DNA na RNA, odcinki intronów są wycinane, a egzony łączą się, tworząc dłuższe sekwencje kodujące białko. W zależności od tego, które egzony zostaną ze sobą połączone, ten sam gen może prowadzić do powstania różnych białek. Jak zauważyli dr Mercer i jego współpracownicy, poprzez spiralne ukształtowanie genu w komórce, niektóre egzony są łatwiej dostępne niż pozostałe.


Naukowcy podkreślają, że w przeciągu kilku ostatnich lat udało im się określić, w jaki sposób kształt genomu determinuje ekspresję i możliwość jej regulacji. Dzięki najnowszemu badaniu dowiedli, iż trójwymiarowa struktura genomu wpływa na sposób połączenia egzonów w jedną całość. Naukowcy wykazali, że genom zwinięty jest wokół swoistej „maszyny” dokonującej transkrypcji, a nie odwrotnie. Z badań wynika, że jedynie geny położone „na widoku” podlegają przepisaniu materiału, podczas gdy te „schowane” są ignorowane.

Jakie znaczenie ma kontrola ekspresji genów?
Dzięki możliwości kontrolowania procesu ekspresji genów komórka może wytwarzać określone produkty, których potrzebuje w danym momencie. W ten sposób może się ona dostosowywać do zmieniającego się środowiska, czynników zewnętrznych, a także zniszczeń zaistniałych w komórce. Przykładem zastosowania ekspresji genów jest choćby dezaktywacja chromosomu X u żeńskich przedstawicieli ssaków, a więc także u ludzi, w celu uniknięcia zbyt dużej ilości genów. Innymi słowy, ekspresja pozwala komórce kontrolować wszelkie struktury i funkcje, a także prowadzi do zróżnicowania komórek, wszechstronności oraz zdolności przystosowywania się organizmu do zmian w jego otoczeniu.

Jak podaje NewsMedical.net, regulowany może być każdy z etapów ekspresji. Stabilność ostatecznego produktu, nieważne czy jest to RNA, czy białko, wpływa na poziom ekspresji genu – niestabilny produkt warunkuje niski poziom ekspresji. Generalnie można powiedzieć, że ekspresja genów regulowana jest poprzez zmiany w liczbie i rodzaju oddziaływań między cząsteczkami, które mają wpływ na transkrypcję DNA i translację RNA.