Namen: Carolin, 2012
Allgemeines zur Genregulation bei Eukaryoten:
Die Gene bei Eukaryoten sind auf verschiedene Chromosomen verteilt. Die Chromosomenstruktur muss sich daher stark auflockern (Chromatin-Umstrukturierung), damit die DNA ablesbar ist. Dies geschieht beispielsweise durch das enzymatische Anheften von Acetylgruppen, damit die Transkriptionsrate steigt. Es gibt jedoch klar abgegrenzte Bereiche, die man Chromosomen-Territorien nennt. Der Aufenthaltsort im Zellkern bestimmt hierbei die Aktivität der Genregulation, denn aus Experimenten konnte man schließen, dass die am Rand liegenden Chromosomen inaktiv und die im Zentrum des Zellkerns liegenden aktiv sind. Hier findet man sogenannte Transkriptionsfabriken vor. Zudem arbeiten bei Eukaryoten drei verschiedene RNA-Polymerasen. Besonders wichtig ist nun die RNA-Polymerase 2, die für die Transkription der Protein codierenden Gene zuständig ist.
Genregulation:
Die Polymerase kann jedoch nicht von alleine starten, und braucht hierzu einen Promoter, der auf der Initiator Region und der daneben liegenden TATA-Box sitzt. Wenn an der TATA-Box alle nötigen Proteine angelagert sind ( = allgemeine Trankriptionsfaktoren) , beginnt die Transkription. Jedoch durch Punktmutation an dieser Stelle wird die Transkriptionsrate gesenkt, da die Trankriptionsfaktoren nicht optimal binden können. Diese wird von entfernt liegenden DNA-Sequenzen reguliert, die aus Genen besteht an die spezifische Transkriptionsfaktoren binden. Durch Schleifenbildung des DNA-Stranges stehen sie dann dem Promoter und damit der Polymerase nahe. Man unterscheidet zwischen Enhancer ( verstärken Transkription ) und Silencer (dämpfen sie) .
Zwischen DNA-Polymerase und den spezifischen Transkriptionsfaktoren liegt der Mediator, ein Proteinkomplex. Somit kann dieser, der durch einen allgemeinen Transkriptionsfaktor an einen DNA-Abschnitt gebunden ist, zusätzlich regulieren.
Wie man auf dem oberen Bild sehen kann, gibt es eine zusätzliche Regulationsstelle, die Isolator Region. Hier binden spezifisch ein Protein und schützt dieses Gen somit vor dem Mediator-Polymerase-Komplex, da dieser hier nicht arbeiten kann solange das Protein dort bindet. Doch auch hier für gibt es eine zusätzliche Regulationsmöglichkeit. Durch Methylierung an speziellen Basen verändert die Isolator seinen räumlichen Bau, und das Isolator-Protein kann nicht binden und somit nicht schützen.
Die Transkription kann jedoch auch von außen reguliert werden, durch spezielle lipophile Hormone. Durch ein Transportprotein wird das Hormon in die Zelle diffundiert, wo es auf ein nächstes Transportprotein angewiesen ist. Dieses ist durch ein Inhibitor-Protein blockiert, das sich erst durch das anbinden des Hormons löst. Danach führt dieses Transportprotein das Hormon in den Zellkern, wo es sich auf dem DNA-Strang an den Enhancer oder Silencer bindet. Das führt zu einer Schleifenbindung, wodurch das Hormon-besetzte Protein sich mit dem Mediator bindet und wieder regulierend an der RNA-Polymerase 2 wirkt.
Regulation nach der Translation:
Der Vorgang der Translation kann durch mehrere Ribosomen, die an einer mRNA arbeiten gesteigert werden, da dies logischerweise schneller geht. Die Polypeptide müssen nun chemisch verändert werden und werden in der Regel zur Steigerung der Rate durch Anheftung von Zuckerketten oder Phosphatgruppen aktiviert (Posttranslationale Modifikation). Wenn das Protein vollständig hergestellt ist, kann dessen Konzentration durch Abbau des Proteins in der Zelle reguliert wwrden. Dieser Vorgang wird von dem Proteinkomplex Proteasom geleitet. Dieser Abbau erfolgt nur bei Proteinen, die nicht weiter benötigt werden.
Grafiken zur Genregulation bei Eukayoten:
Übersicht: Genregulation bei Eukaryoten
Genregulation bei Eukayoten - Enhancer & Silencer