Genexpressie

In prokaryoten bevatten structuurgenen de informatie voor eiwitsynthese in de ribosomen. Langs structuurgenen kan transcriptie plaatsvinden voor de vorming van mRNA, tRNA en rRNA. Onder invloed van deze RNA-moleculen worden in de ribosomen eiwitten gesynthetiseerd. Bij veel prokaryoten coderen bepaalde structuurgenen voor enzymen. Een voorbeeld is een enzym betrokken bij de vertering en opname van lactose. Wanneer dit niet aanwezig is, vindt er geen transcriptie plaats van deze genen. Er is namelijk een repressor gebonden aan de operator die in het DNA vóór de structuurgenen ligt. RNA-polymerase dat gebonden is aan de promotor wordt daardoor geblokkeerd en kan de structuurgenen niet aflezen. Een regulatorgen codeert voor het repressormolecuul. Repressormoleculen kunnen behalve met de operator ook een binding aangaan met de inductor, in dit geval lactose. Wanneer er wel lactose aanwezig is, bindt dit aan de repressor. De repressor laat hierdoor los van het DNA waardoor de operator vrijkomt. RNA-polymerase kan nu langs de operator om de structuurgenen te lezen. Hiermee kunnen ribosomen gewenste enzymen synthetiseren.

Door de aanwezigheid van lactose komen structuurgenen tot expressie. Doordat de inductor vaak het substraat is van de enzymen die onder invloed van de structuurgenen worden gesynthetiseerd, vindt regulatie van de genexpressie automatisch plaats.

In eukaryoten coderen regulatorgenen voor transcriptiefactoren. RNA-polymerase werkt alleen wanneer bepaalde transcriptiefactoren gebonden zijn aan de promotor. De plaats van een stamcel in het embryo bepaalt welk regulatorgen wordt aangezet en daardoor welke transcriptiefactor er wordt gemaakt. Wanneer deze bindt aan een specifieke sequentie in het DNA van de stamcel, komt er een bepaalde set genen tot expressie. Zo ontstaan er, door een aaneenschakeling van genregulatie en genexpressie, verschillende gespecialiseerde cellen, weefsels en organen.

De mate van transcriptie kan op verschillende manieren beïnvloed worden. Negatieve regulatie is bijvoorbeeld mogelijk door het binden van repressors of silencers aan het DNA, epigenetische veranderingen op het DNA of histonmodificaties. Positieve controle is onder andere mogelijk met enhancers, activatoren en co-activatoren. Ook is de expressie van sommige genen in prokaryoten geremd door vroegtijdig afbreken van de transcriptie.

Tijdens de RNA-processing wordt het pre-mRNA omgezet in mRNA. Bij eukaryoten kunnen door splicing meerdere mRNA's (en dus eiwitten) uit één gen gemaakt worden. De splicing kan zowel door splicing-repressors als splicing-enhancers worden beïnvloed. Niet-functionele mRNA's zorgen voor negatieve regulatie van de genexpressie. Ook zal door het achterwege blijven van de aanleg van een poly-A-staart of 5'-cap-structuur het (pre-)mRNA snel worden afgebroken.

Om uiteindelijk zijn functie te kunnen uitvoeren moet een (m)RNA vrijwel altijd de celkern verlaten door een kernporie. De RNA's kunnen echter alleen de kernporie passeren als zij bepaalde eiwitten hebben gebonden. Afwezigheid van deze eiwitten of de afwezigheid van een bindingsmogelijkheid zorgt ervoor dat het RNA de celkern niet verlaat.

Bij de translatie wordt de mRNA-sequentie vertaald in een aminozuurvolgorde door het ribosoom. De translatie is het meest efficiënt als de Shine-Dalgarno- (in prokaryoten) of Kozak-sequentie (in eukaryoten) in het RNA gelijk zijn aan de ideale sequentie. Wijken deze sequenties af van het ideaal dan neemt de affiniteit ook af, met minder eiwitsynthese tot gevolg. Ook kan de translatie geremd worden door het startcodon (AUG) onbereikbaar te maken voor het ribosoom door onder andere afdekken met een RNA-bindend eiwit of een klein RNA-fragment.