genuttrykk

En celles egenskaper avgjøres av hvilke RNA-molekyler og proteiner den lager. For å kunne lage et RNA-molekyl eller et protein trenger cellen informasjon om hvordan disse skal bygges opp. Denne informasjonen ligger på kromosomene i genene. Et gen er en slags oppskrift. Genet får altså uttrykt informasjonen det inneholder i form av RNA eller protein. Det er vanlig å si at et gen koder for RNA eller et protein.

Genuttrykk fører til at det dannes et genprodukt. Dette genproduktet kan være en type RNA eller et protein. Eksempler på typer RNA er blant annet rRNA (ribosomalt RNA), tRNA (transport-RNA) eller mRNA («messenger»- eller «budbringer»-RNA). mRNA kan gjennomgå en prosess kalt translasjon eller proteinsyntese, der den blir brukt til å lage en peptidkjede. Peptidkjeden kan videre bli prosessert for å danne et protein.

Genuttrykk foregår i følgende trinn:

• genaktivering – binding av regulatoriske proteiner til genet før transkripsjon
• transkripsjon – syntese av mRNA med DNA som templat
• RNA-prosessering – modifisering av mRNA etter transkripsjon
• translasjon – syntese av en peptidkjede med mRNA som mal (templat)
• proteinprosessering – modifisering av en peptidkjede etter translasjon

For å lage en bestemt type RNA eller et spesifikt protein trenger cellen informasjon om hvordan disse bygges opp. Denne informasjonen befinner seg i genene i form av basene A (adenin), T (tymin), C (cytosin) og G (guanin). Disse basene ligger langs DNA-tråden i en bestemt rekkefølge. Selve rekkefølgen er avgjørende for at informasjonen basene koder for er meningsfull. Dette er fordi det finnes en genetisk kode som bestemmer hvordan informasjonen i DNA-tråden skal leses. Tre baser etter hverandre danner sammen et såkalt kodon. Kodonet kan bli oversatt til en aminosyre (translasjon) som inngår i peptidkjeden som igjen blir til et protein.

Mengde og tidspunkt for produksjon av genproduktet er nøye kontrollert i cellene. I de fleste celler blir bare en liten andel av genene i arvestoffet uttrykt samtidig. Hvilke gener som blir uttrykt, er avhengig av celletypen og kromatinstrukturen.

Kromatin er et kompleks av DNA-tråden og bestemte proteiner i cellekjernen, og strukturen til kromatin påvirkes av kjemiske endringer. Disse endringene kalles også for epigenetiske endringer, og de bestemmer hvor tilgjengelig genene er for transkripsjonsfaktorer.

Genreguleringen skjer i de fleste tilfeller på transkripsjonsnivå, men kan generelt forekomme på alle trinn i genuttrykket. Eksempler på genreguleringsmekanismer er:

• kromatinstrukturen (før transkripsjon)
• transkripsjonsfaktorer (under genaktivering og transkripsjon)
• RNA-modifisering (før og under translasjon)
• proteinmodifisering (etter translasjon)

Genuttrykk kan måles i laboratoriet med avansert utstyr. Det finnes ulike metoder for måling av genuttrykk:

• Mikromatrise (microarray) bruker fargestoff til å synliggjøre RNA-tråder på en brikke. Metoden gir informasjon om hvilke gener i prøven som er aktive, inaktive eller overaktive, eller hvor det kan være mutasjoner.
• RNA-sekvensering er å lese mRNA-trådene som er til stede i en prøve. RNA ligner DNA og er tråder bestående av byggesteiner representert med bokstavene A, U, C og G (i DNA er bokstaven U byttet ut med T). I RNA-sekvensering leses rekkefølgen på byggesteinene (basene) og man får derfor vite hvilke gener som er slått på og uttrykt gjennom første trinn i prosessen (transkripsjon). Dette kan gjøres med en enkelt celle eller en hel organisme.
• «Western blotting» er en metode for å måle tilstedeværelsen av bestemte proteiner i en prøve. Dersom proteinet er til stede, vet man at genet blir uttrykt.

Genuttrykk kan også observeres ved å se på ytre egenskaper eller fenotypen hos en organisme.

Genuttrykk og genregulering er litt forskjellige i prokaryote og eukaryote celler. Dette er fordi eukaryote celler er mer komplekse enn prokaryote celler.

For det første har prokaryoter ingen cellekjerne, og dette medfører at både transkripsjon og translasjon foregår i cytosol. For det andre har prokaryoter mRNA som ikke trenger omfattende prosessering slik som mRNA-et til eukaryoter. For det tredje har genene i eukaryoter hver sin promotor hvor transkripsjonsfaktorer kan binde, mens flere gener i prokaryoter ofte deler en promotor. I prokaryoter skjer genreguleringen bare på transkripsjonsnivå.

• DNA
• genetisk kode
• proteinsyntese
• genregulering
• transkripsjonsfaktorer
• DNA-replikasjon