Genausdruck ist der Prozess, durch den die Information von einem Gen in der Synthese eines funktionellen Genproduktes verwendet wird. Diese Produkte sind häufig Proteine, aber in Nichtprotein-Codiergenen wie Ribosomal-RNS (rRNA), Übertragungs-RNS (tRNA) oder kleine Kern-RNS (snRNA) Gene, ist das Produkt eine funktionelle RNS. Der Prozess des Genausdrucks wird durch das ganze bekannte Leben - eukaryotes (einschließlich Mehrzellorganismen), prokaryotes (Bakterien und archaea) verwendet, vielleicht durch Viren veranlasst - die makromolekulare Maschinerie für das Leben zu erzeugen.

Mehrere Schritte im Genausdruck-Prozess, können einschließlich der Abschrift, des RNS-Verstärkens, der Übersetzung und der Postübersetzungsmodifizierung eines Proteins abgestimmt werden. Genregulierung gibt die Zellkontrolle über die Struktur und Funktion, und ist die Basis für die Zellunterscheidung, morphogenesis und die Vielseitigkeit und Anpassungsfähigkeit jedes Organismus. Genregulierung kann auch als ein Substrat für die Entwicklungsänderung, seit der Kontrolle des Timings, der Position dienen, und der Betrag des Genausdrucks kann eine tiefe Wirkung auf die Funktionen (Handlungen) des Gens in einer Zelle oder in einem Mehrzellorganismus haben.

In der Genetik ist Genausdruck das grundsätzlichste Niveau, an dem der Genotyp den Phänotyp verursacht. Der genetische in der DNA versorgte Code wird durch den Genausdruck "interpretiert", und die Eigenschaften des Ausdrucks verursachen den Phänotyp des Organismus.

Mechanismus

Abschrift

Das Gen selbst ist normalerweise ein langes Strecken der DNA, die genetische durch den genetischen Code verschlüsselte Information trägt. Jedes Molekül der DNA besteht aus zwei Ufern, jedem von ihnen, 5' und 3' in der antiparallelen Richtung orientierte Enden habend. Das Codierufer enthält die genetische Information, während Schablone-Ufer (Ufer nichtcodierend), als ein Entwurf für die Produktion der RNS dient. Die Produktion von RNS-Kopien der DNA wird Abschrift genannt, und wird durch die RNS polymerase durchgeführt, der eine RNS nucleotide auf einmal zu einem wachsenden RNS-Ufer hinzufügt. Diese RNS ist zur Schablone 3'  5' DNA-Ufer ergänzend, das selbst zum Codieren 5'  3' DNA-Ufer ergänzend ist. Deshalb sind die resultierenden 5'  3' RNS-Ufer zum Codier-DNA-Ufer identisch, ausgenommen dass thymines (T) durch uracils (U) in der RNS ersetzt werden. Ein Codier-DNA-Ufer, "ATG" lesend, wird durch das Nichtcodierufer als "AUG" in der RNS indirekt abgeschrieben.

Die Abschrift in prokaryotes wird durch einen einzelnen Typ der RNS polymerase ausgeführt, der DNA-Folge genannt der Kasten von Pribnow und Sigma-Faktor (σ Faktor) braucht, um Abschrift anzufangen. In eukaryotes wird die Abschrift durch drei Typen der RNS polymerases getan, jeder von ihnen braucht spezielle DNA-Folge genannt Befürworter und eine Reihe von DNA BINDENDEN Proteinen - Abschrift-Faktoren, um den Prozess zu beginnen. RNS polymerase ich bin für die Abschrift von rRNA Genen verantwortlich, während RNS polymerase II alle Protein codierenden Gene sondern auch etwas Nichtcodieren RNAs (z.B snRNAs, snoRNAs oder das lange Nichtcodieren RNAs) ebenso abschreibt. Es enthält speziellen Teil genannt C-Endgebiet (CTD), das von serines reich ist, die, phosphorylated seiend, Faktoren ansammeln, die für die RNS-Modifizierung und Reifung notwendig sind. RNS polymerase III schreibt 5S rRNA und tRNA Gene sondern auch einige kleine Nichtcodier-RNS-Gene (z.B 7SK) ab. Abschrift-Enden auf einer speziellen Folge haben terminator genannt.

RNS-Verarbeitung

Während die Abschrift von prokaryotic Protein codierenden Genen Bote-RNS (mRNA) schafft, der zur Übersetzung bereit ist, verlässt die Abschrift von eukaryotic Genen eine primäre Abschrift der RNS (pre-mRNA), der zuerst Reihe der Modifizierung erleben muss, um ein reifer mRNA zu werden.

Diese schließen das 5' Bedecken ein, das Satz von enzymatischen Reaktionen ist, die 7-methylguanosine (Mg) zum 5' Ende von pre-mRNA beitragen und so die RNS vor der Degradierung durch exonucleases schützen. Die Mg-Kappe wird dann durch die Kappe verbindlicher Komplex heterodimer (CBC20/CBC80) gebunden, der im MRNA-Export nach dem Zytoplasma hilft und schützen Sie auch die RNS vor decapping.

Eine andere Modifizierung ist 3' Spaltung und polyadenylation. Sie kommen vor, wenn polyadenylation Signalfolge (5 '-AAUAAA-3') in pre-mRNA da ist, der gewöhnlich zwischen Protein codierender Folge und terminator ist. Der pre-mRNA wird zuerst zerspaltet, und dann wird eine Reihe von ~200 Adenin (A) hinzugefügt, um poly (A) Schwanz zu bilden, der die RNS vor der Degradierung schützt. Poly (A) Schwanz wird durch vielfachen poly (A) - verbindliche Proteine (PABP) gebunden, der für den MRNA-Export und die Übersetzungswiedereinleitung notwendig ist.

Eine sehr wichtige Modifizierung von eukaryotic pre-mRNA ist das RNS-Verstärken. Die Mehrheit von eukaryotic pre-mRNAs besteht aus genanntem exons und introns von Wechselsegmenten. Während des Prozesses des Verstärkens, ein RNS-Protein catalytical Komplex bekannt als spliceosome, katalysiert zwei Umesterungsreaktionen, die einen intron entfernen und ihn in der Form der Lasso-Struktur veröffentlichen, und dann benachbarten exons zusammen spleißen. In bestimmten Fällen können ein introns oder exons entweder entfernt oder in reifem mRNA behalten werden. Dieses so genannte alternative Verstärken schafft Reihe von verschiedenen Abschriften, die aus einem einzelnen Gen entstehen. Weil diese Abschriften in verschiedene Proteine potenziell übersetzt werden können, erweitert das Verstärken die Kompliziertheit des eukaryotic Genausdrucks.

Umfassende RNS-Verarbeitung kann ein Entwicklungsvorteil gemacht möglich durch den Kern von eukaryotes sein. In der prokaryotes Abschrift und Übersetzung geschehen zusammen, während in eukaryotes die Kernmembran die zwei Prozesse trennt, die Zeit für die RNS geben, die in einer Prozession geht, um vorzukommen.

das Nichtcodieren der RNS-Reifung

In den meisten Organismen, die Gene nichtcodieren, werden (ncRNA) als Vorgänger abgeschrieben, die weitere Verarbeitung erleben. Im Fall von ribosomal RNAs (rRNA) werden sie häufig als ein pre-rRNA abgeschrieben, der einen oder mehr rRNAs enthält, wird der pre-rRNA zerspaltet und (2 -O-methylation und pseudouridine Bildung) an spezifische Seiten durch etwa 150 verschiedene kleine nucleolus-eingeschränkte Arten RNA, genannt snoRNAs modifiziert. SnoRNAs verkehren mit Proteinen, sich snoRNPs formend. Während snoRNA Teil basepair mit der Ziel-RNS und so die Modifizierung zur genauen Seite einstellt, führt der Protein-Teil die catalytical Reaktion durch. In eukaryotes insbesondere zerspaltet ein snoRNP, genannt RNase MRP die 45 pre-rRNA in die 28, 5.8S, und 18 rRNAs. Der rRNA und die RNS, die Faktoren bearbeitet, formen sich große Anhäufungen haben den nucleolus genannt.

Im Fall von der Übertragungs-RNS (tRNA), zum Beispiel, wird die 5' Folge durch RNase P entfernt, wohingegen das 3' Ende durch den tRNase Z Enzym und der non-templated entfernt wird, wird CCA 3' Schwanz durch einen nucleotidyl transferase hinzugefügt. Im Fall von der Mikro-RNS (miRNA) werden miRNAs zuerst als primäre Abschriften oder pri-miRNA mit einer Kappe und poly-A Schwanz abgeschrieben und zu kurzen, 70-nucleotide Strukturen der Stamm-Schleife bekannt als pre-miRNA im Zellkern durch die Enzyme Drosha und Pasha bearbeitet. Exportiert, wird es dann bearbeitet, um miRNAs im Zytoplasma durch die Wechselwirkung mit endonuclease Dicer reif zu werden, der auch die Bildung des RNS-veranlassten Zum Schweigen bringenden Komplexes (RISC) beginnt, der aus dem Protein von Argonaute zusammengesetzt ist.

Sogar snRNAs und snoRNAs selbst erleben Reihe der Modifizierung, bevor sie ein Teil des funktionellen RNP Komplexes werden. Das wird entweder im nucleoplasm oder in den Spezialabteilungen genannt Körper von Cajal getan. Ihre Basen sind methylated oder pseudouridinilated durch eine Gruppe von kleinem Cajal körperspezifischer RNAs (scaRNAs), die snoRNAs strukturell ähnlich sind.

RNS-Export

In der eukaryotes reifsten RNS muss zum Zytoplasma vom Kern exportiert werden. Während etwas RNAs-Funktion im Kern, viele RNAs durch die Kernporen und in den cytosol transportiert werden. Namentlich das schließt alle an der Protein-Synthese beteiligten Typen RNA ein. In einigen Fällen werden RNAs zu einem spezifischen Teil des Zytoplasmas wie eine Synapse zusätzlich transportiert; sie werden dann durch Motorproteine abgeschleppt, die durch linker Proteine zu spezifischen Folgen binden (hat "zipcodes" genannt) auf der RNS.

Übersetzung

Für eine RNS (RNS nichtcodierend), ist die reife RNS das Endgenprodukt. Im Fall von der Bote-RNS (mRNA) die RNS ist ein Informationstransportunternehmen, das für die Synthese von einem oder mehr Proteinen codiert. das MRNA-Tragen einer einzelnen Protein-Folge (üblich in eukaryotes) ist monocistronic, während mRNA das Tragen vielfacher Protein-Folgen (üblich in prokaryotes) als polycistronic bekannt ist.

Jeder mRNA besteht aus drei Teilen - 5' unübersetztes Gebiet (5'UTR), Protein codierendes Gebiet oder offener Lesen-Rahmen (ORF) und 3' unübersetztes Gebiet (3'UTR). Das Codieren des Gebiets trägt Information für die Protein-Synthese, die durch den genetischen Code in die Form von Drillingen verschlüsselt ist. Jeder Drilling von nucleotides des Codiergebiets wird codon genannt und entspricht einer verbindlichen Seite, die einem anticodon Drilling in der Übertragungs-RNS ergänzend ist. Wechseln Sie über RNAs mit derselben anticodon Folge tragen immer identischen Typ von Aminosäure. Aminosäuren werden dann zusammen durch den ribosome gemäß der Ordnung von Drillingen im Codiergebiet gekettet. Der ribosome hilft, RNS zu übertragen, um zur Bote-RNS zu binden, und nimmt die Aminosäure von jeder Übertragungs-RNS und macht ein strukturloses Protein daraus. Jedes mRNA Molekül wird in viele Protein-Moleküle auf durchschnittlichen ~900 in Säugetieren übersetzt.

In der prokaryotes Übersetzung kommt allgemein am Punkt der Abschrift (co-transcriptionally) häufig mit einer Bote-RNS vor, die noch im Prozess davon ist, geschaffen zu werden. In der eukaryotes Übersetzung kann in einer Vielfalt von Gebieten der Zelle je nachdem vorkommen, wo das Protein, das wird schreibt, sein soll. Hauptpositionen sind das Zytoplasma für auflösbare cytoplasmic Proteine und die Membran von endoplasmic reticulum für Proteine, die für den Export von der Zelle oder Einfügung in eine Zellmembran sind. Proteine, die am endoplasmic reticulum ausgedrückt werden sollen, werden teilweise wegig durch den Übersetzungsprozess erkannt. Das wird durch die Signalanerkennungspartikel - ein Protein geregelt, das zum ribosome bindet und es zum endoplasmic reticulum leitet, wenn es eine Signalfolge auf der wachsenden (werdenden) Aminosäure-Kette findet.

Falte

Der polypeptide faltet sich in seine charakteristische und funktionelle dreidimensionale Struktur von der zufälligen Rolle.

Jedes Protein besteht als ein entfalteter polypeptide oder zufällige Rolle, wenn übersetzt, aus einer Folge von mRNA zu einer geradlinigen Kette von Aminosäuren. Dieser polypeptide hat an jeder entwickelten dreidimensionalen Struktur (die linke Seite der benachbarten Zahl) Mangel. Aminosäuren wirken mit einander aufeinander, um eine bestimmte dreidimensionale Struktur, das gefaltete Protein (die rechte Seite der Zahl), bekannt als der heimische Staat zu erzeugen. Die resultierende dreidimensionale Struktur wird durch die Aminosäure-Folge (der Lehrsatz von Anfinsen) bestimmt.

Die richtige dreidimensionale Struktur ist für die Funktion notwendig, obwohl einige Teile von funktionellen Proteinen bleiben können, erzeugt entfalteter Misserfolg, sich in die beabsichtigte Gestalt zu falten, gewöhnlich untätige Proteine mit verschiedenen Eigenschaften einschließlich toxischen prions. Wie man glaubt, ergeben sich mehrere neurodegenerative und andere Krankheiten aus der Anhäufung von misfolded (falsch gefaltet) Proteine. Viele Allergien werden durch die Falte der Proteine verursacht, weil das Immunsystem Antikörper für bestimmte Protein-Strukturen nicht erzeugt.

Enzyme haben gerufen Anstandsdamen helfen dem kürzlich gebildeten Protein (Falte in) die 3-dimensionale Struktur zu erreichen, es muss fungieren. Ähnlich helfen RNS-Anstandsdamen RNAs, ihre funktionellen Gestalten zu erreichen. Unterstützung der Protein-Falte ist eine der Hauptrollen des endoplasmic reticulum in eukaryotes.

Protein-Transport

Viele Proteine werden für andere Teile der Zelle bestimmt, als der cytosol und eine breite Reihe von Signalfolgen an direkte Proteine dazu gewöhnt sind, wo sie sein sollen. In prokaryotes ist das normalerweise ein einfacher Prozess wegen beschränkten compartmentalisation der Zelle. Jedoch in eukaryotes gibt es eine große Vielfalt von verschiedenen Zielen-Prozessen, um sicherzustellen, dass das Protein den richtigen organelle erreicht.

Nicht alle Proteine bleiben innerhalb der Zelle, und viele, werden zum Beispiel Verdauungsenzyme, Hormone und extracellular Matrixproteine exportiert. In eukaryotes wird der Exportpfad gut entwickelt, und der Hauptmechanismus für den Export dieser Proteine ist Versetzung zum endoplasmic reticulum, gefolgt vom Transport über den Apparat von Golgi.

Regulierung des Genausdrucks

Die Regulierung des Genausdrucks bezieht sich auf die Kontrolle des Betrags und das Timing des Äußeren des funktionellen Produktes eines Gens. Die Kontrolle des Ausdrucks ist lebenswichtig, um einer Zelle zu erlauben, die Genprodukte zu erzeugen, die es braucht, wenn es sie braucht; der Reihe nach gibt das Zellen die Flexibilität, um sich an eine variable Umgebung, Außensignale, Schaden an der Zelle usw. anzupassen. Einige einfache Beispiele dessen, wo Genausdruck wichtig ist, sind:

• Die Kontrolle des Insulin-Ausdrucks, so gibt es ein Signal für die Bluttraubenzucker-Regulierung
• X Chromosom inactivation in weiblichen Säugetieren, um eine "Überdosis" der Gene zu verhindern, enthält es.
• Ausdruck-Niveaus von Cyclin kontrollieren Fortschritt durch den eukaryotic Zellzyklus

Mehr allgemein gibt Genregulierung die Zellkontrolle über die ganze Struktur und Funktion, und ist die Basis für die Zellunterscheidung, morphogenesis und die Vielseitigkeit und Anpassungsfähigkeit jedes Organismus.

Jeder Schritt des Genausdrucks kann vom Abschrift-Schritt der DNA-RNS bis Postübersetzungsmodifizierung eines Proteins abgestimmt werden. Die Stabilität des Endgenproduktes, ob es RNS oder Protein ist, trägt auch zum Ausdruck-Niveau des Gens bei - ein nicht stabiles Produkt läuft auf ein niedriges Ausdruck-Niveau hinaus. Im allgemeinen Gen wird Ausdruck durch Änderungen in der Zahl und dem Typ von Wechselwirkungen zwischen Molekülen geregelt, die insgesamt Abschrift der DNA und Übersetzung der RNS beeinflussen.

Zahlreiche Begriffe werden gebraucht, um Typen von Genen je nachdem zu beschreiben, wie sie geregelt werden, schließen diese ein:

• Ein bestimmendes Gen ist ein Gen, das ständig im Vergleich mit einem fakultativen Gen abgeschrieben wird, das nur, wenn erforderlich, abgeschrieben wird.
• Ein Hauswirtschaft-Gen ist normalerweise ein bestimmendes Gen, das an einem relativ unveränderlichen Niveau abgeschrieben wird. Die Hauswirtschaft-Genprodukte sind normalerweise für die Wartung der Zelle erforderlich. Es wird allgemein angenommen, dass ihr Ausdruck durch experimentelle Bedingungen ungekünstelt ist. Beispiele schließen actin, GAPDH und ubiquitin ein.
• Ein fakultatives Gen ist ein Gen, das nur, wenn erforderlich, im Vergleich mit einem bestimmenden Gen abgeschrieben wird.
• Ein inducible Gen ist ein Gen, dessen Ausdruck auf die Umweltänderung oder den Abhängigen auf der Position im Zellzyklus entweder antwortend ist.

Regulierung von Transcriptional

Die Regulierung der Abschrift kann unten in drei Hauptwege des Einflusses zerbrochen werden; genetisch (direkte Wechselwirkung eines Kontrollfaktors mit dem Gen), Modulation (Wechselwirkung eines Kontrollfaktors mit der Abschrift-Maschinerie) und epigenetic (ändert sich Nichtfolge in die DNA-Struktur, die Abschrift beeinflussen).

Die direkte Wechselwirkung mit der DNA ist am einfachsten und die direkteste Methode, durch die ein Protein Abschrift-Niveaus ändern kann. Gene haben häufig mehreres Protein verbindliche Seiten um das Codiergebiet mit der Sonderaufgabe, Abschrift zu regeln. Es gibt viele Klassen der Durchführungs-DNA verbindliche Seiten, die als Erweiterer, Isolatoren und Schalldämpfer bekannt sind. Die Mechanismen, um Abschrift zu regeln, sind davon sehr verschieden, Schlüssel verbindliche Seiten auf der DNA für die RNS polymerase zum Handeln als ein Aktivator und der Förderung der Abschrift durch die Unterstützung der RNS polymerase Schwergängigkeit zu blockieren.

Die Tätigkeit von Abschrift-Faktoren wird weiter durch intrazelluläre Signale abgestimmt, die Protein Postübersetzungsmodifizierung einschließlich phosphorylated, acetylated, oder glycosylated verursachen. Diese Änderungen beeinflussen eine Abschrift-Faktor-Fähigkeit, direkt oder indirekt zur Befürworter-DNA zu binden, RNS polymerase zu rekrutieren, oder Verlängerung kürzlich synthetized RNS-Molekül zu bevorzugen.

Die Kernmembran in eukaryotes erlaubt weitere Regulierung von Abschrift-Faktoren durch die Dauer ihrer Anwesenheit im Kern, der durch umkehrbare Änderungen in ihrer Struktur und durch die Schwergängigkeit von anderen Proteinen geregelt wird. Umweltstimuli oder endokrine Signale können Modifizierung von Durchführungsproteinen verursachen, die Kaskaden von intrazellulären Signalen entlocken, die auf Regulierung des Genausdrucks hinauslaufen.

Mehr kürzlich ist es offenbar geworden, dass es einen riesigen Einfluss "nicht DNA-Folge" spezifische Effekten auf die Übersetzung gibt. Diese Effekten werden epigenetic genannt und schließen die höhere Ordnungsstruktur der DNA, Nichtfolge spezifische DNA verbindliche Proteine und chemische Modifizierung der DNA ein. In allgemeinen epigenetic Effekten verändern die Zugänglichkeit der DNA zu Proteinen und so stimmen Sie Abschrift ab.

DNA methylation ist ein weit verbreiteter Mechanismus für den Epigenetic-Einfluss auf den Genausdruck und wird in Bakterien und eukaryotes gesehen und hat Rollen in der erblichen Abschrift zum Schweigen bringend und Abschrift-Regulierung. In eukaryotes regelt die Struktur von chromatin, der vom Histone-Code kontrolliert ist, Zugang zur DNA mit bedeutenden Einflüssen auf den Ausdruck von Genen in euchromatin und heterochromatin Gebieten.

Post-transcriptional Regulierung

In eukaryotes, wo der Export der RNS erforderlich ist, bevor ist Übersetzung möglich, wie man denkt, stellt Kernexport zusätzliche Kontrolle über den Genausdruck zur Verfügung. Der ganze Transport in und aus dem Kern ist über die Kernpore, und Transport wird von einer breiten Reihe von importin und exportin Proteinen kontrolliert.

Der Ausdruck eines Gencodierens für ein Protein ist nur möglich, wenn die Bote-RNS, die den Code trägt, lange genug überlebt, um übersetzt zu werden. In einer typischen Zelle ist ein RNS-Molekül nur, wenn spezifisch geschützt, vor der Degradierung stabil. RNS-Degradierung hat besondere Wichtigkeit in der Regulierung des Ausdrucks in eukaryotic Zellen, wohin mRNA bedeutende Entfernungen reisen muss, bevor er übersetzt wird. In der eukaryotes RNS wird durch bestimmte post-transcriptional Modifizierungen, besonders die 5' Kappe und der poly-adenylated Schwanz stabilisiert.

Die absichtliche Degradierung von mRNA wird nicht nur als ein Abwehrmechanismus von der Auslands-RNS (normalerweise von Viren) sondern auch als ein Weg von mRNA destabilisation verwendet. Wenn ein mRNA Molekül eine Ergänzungsfolge zu einer kleinen Stör-RNS dann hat, wird es für die Zerstörung über den RNS-Einmischungspfad ins Visier genommen.

Übersetzungsregulierung

Die direkte Regulierung der Übersetzung ist weniger überwiegend als Kontrolle der Abschrift oder mRNA Stabilität, aber wird gelegentlich verwendet. Die Hemmung der Protein-Übersetzung ist ein Hauptziel für Toxine und Antibiotika, um eine Zelle zu töten, indem er seine normale Genausdruck-Kontrolle überreitet. Protein-Synthese-Hemmstoffe schließen das Antibiotikum neomycin und das Toxin ricin ein.

Protein-Degradierung

Sobald Protein-Synthese abgeschlossen ist, kann das Niveau des Ausdrucks dieses Proteins durch die Protein-Degradierung reduziert werden. Es gibt Hauptprotein-Degradierungspfade im ganzen prokaryotes, und dessen eukaryotes der proteasome ein allgemeiner Bestandteil ist. Ein nicht benötigtes oder beschädigtes Protein wird häufig für die Degradierung durch die Hinzufügung von ubiquitin etikettiert.

Maß

Das Messen des Genausdrucks ist ein wichtiger Teil von vielen Lebenswissenschaften - die Fähigkeit, das Niveau zu messen, an dem ein besonderes Gen innerhalb einer Zelle ausgedrückt wird, können Gewebe oder Organismus einen riesigen Betrag der Information geben. Zum Beispiel das Messen des Genausdrucks kann:

• Identifizieren Sie Vireninfektion einer Zelle (Virenprotein-Ausdruck)
• Bestimmen Sie eine Empfänglichkeit einer Person für Krebs (oncogene Ausdruck)
• Finden Sie, ob eine Bakterie gegen Penicillin (Ausdruck des Betas-lactamase) widerstandsfähig

Ähnlich ist die Analyse der Position des Ausdruck-Proteins ein starkes Werkzeug, und das kann auf einem Organismus oder Zellskala getan werden. Die Untersuchung der Lokalisierung ist für die Studie der Entwicklung in Mehrzellorganismen und als ein Hinweis der Protein-Funktion in einzelnen Zellen besonders wichtig. Ideal wird das Maß des Ausdrucks durch das Ermitteln des Endgenproduktes getan (für viele Gene das ist das Protein) jedoch es ist häufig leichter, einen der Vorgänger, normalerweise mRNA zu entdecken, und Genausdruck-Niveau abzuleiten.

MRNA-Quantifizierung

Niveaus von mRNA können durch das nördliche Beflecken quantitativ gemessen werden, das Größe und Folge-Information über die mRNA Moleküle gibt. Eine Probe der RNS wird auf einem agarose Gel getrennt und zu einer radioetikettierten RNS-Untersuchung gekreuzt, die zur Zielfolge ergänzend ist. Die radioetikettierte RNS wird dann durch ein Autoröntgenbild entdeckt. Die Hauptprobleme mit dem Nördlichen Beflecken stammen vom Gebrauch von radioaktiven Reagenzien (die das Verfahren zeitaufwendig und potenziell gefährlich machen), und die niedrigere Qualitätsquantifizierung als modernere Methoden (auf Grund dessen, dass Quantifizierung durch das Messen der Band-Kraft in einem Image eines Gels getan wird). Das nördliche Beflecken wird jedoch noch weit verwendet, weil die zusätzliche mRNA Größe-Information das Urteilsvermögen abwechselnd gesplissener Abschriften erlaubt.

Eine modernere Annäherung des niedrigen Durchflusses, um mRNA Überfluss zu messen, ist Rückabschrift quantitative polymerase Kettenreaktion (RT-PCR, der mit qPCR gefolgt ist). RT-PCR erzeugt zuerst eine DNA-Schablone vom mRNA durch die Rückabschrift, die cDNA genannt wird. Diese cDNA Schablone wird dann für qPCR verwendet, wo sich die Änderung in der Fluoreszenz einer Untersuchung ändert, als der DNA-Erweiterungsprozess fortschreitet. Mit einer sorgfältig gebauten Standardkurve kann qPCR ein absolutes Maß wie Zahl von Kopien von mRNA, normalerweise in Einheiten von Kopien pro nanolitre des homogenisierten Gewebes oder Kopien pro Zelle erzeugen. qPCR ist sehr empfindlich (die Entdeckung eines einzelnen mRNA Moleküls ist möglich), aber kann wegen der erforderlichen Leuchtstoffuntersuchungen teuer sein.

Eine noch fortgeschrittenere Annäherung soll einzelne mRNA Moleküle mit Leuchtstoffstrichcodes (nanostrings) individuell markieren, der eins nach dem anderen entdeckt und direkte Digitalquantifizierung wert gewesen werden kann. Der Vorteil dieser Annäherung besteht darin, dass sie sich auf die analoge Quantifizierung der Leuchtstoffintensität nicht verlässt, die wegen des Geräusches problematisch sein, der Linearität und schmalen dynamischen Reihe fehlen kann. Statt dessen verlässt sich die Technik auf die Fluoreszenz, um einfach die Anwesenheit eines einzelnen mRNA Moleküls in einer Dualzahl ("ja" oder "nein") Weise zu entdecken. Diese Methode wurde von Dr Krassen Dimitrov am Institut für die Systembiologie erfunden und durch seine Anlauf-Gesellschaft, NanoString Technologies kommerzialisiert

Nördliche Kleckse und RT-qPCR sind dafür gut zu entdecken, ob ein einzelnes Gen ausgedrückt wird, aber es wird schnell unpraktisch, wenn viele Gene innerhalb der Probe studiert werden. Mit der DNA-Mikroreihe können Abschrift-Niveaus für viele Gene sofort (Ausdruck Kopierfräs-) gemessen werden. Neue Fortschritte in der Mikroreihe-Technologie berücksichtigen die Quantifizierung auf einer einzelnen Reihe Abschrift-Niveaus für jedes bekannte Gen in Genomen mehreren Organismus einschließlich Menschen.

Wechselweise "hat Anhängsel" Technologien wie Serienanalyse des Genausdrucks (WEISER) gestützt, der ein Verhältnismaß der Zellkonzentration von verschiedenem mRNAs zur Verfügung stellen kann, kann verwendet werden. Der große Vorteil von Anhängsel-basierten Methoden ist die "offene Architektur", das genaue Maß jeder Abschrift mit einer bekannten oder unbekannten Folge berücksichtigend.

Protein-Quantifizierung

Für Gene, die Proteine verschlüsseln, kann das Ausdruck-Niveau durch mehrere Mittel mit einigen klaren Analogien zu den Techniken für die mRNA Quantifizierung direkt bewertet werden.

Die meistens verwendete Methode ist, einen Westklecks gegen das Protein von Interesse durchzuführen - das gibt Information über die Größe des Proteins zusätzlich zu seiner Identität. Eine Probe (häufig zellularer lysate) wird auf einem polyacrylamide Gel getrennt, hat zu einer Membran übergewechselt und ist dann mit einem Antikörper zum Protein von Interesse forschend eingedrungen. Der Antikörper kann entweder zu einem fluorophore oder zum Meerrettich peroxidase für die Bildaufbereitung und/oder Quantifizierung konjugiert werden. Die Gel-basierte Natur dieser Feinprobe macht Quantifizierung weniger genau, aber es ist im Vorteil des im Stande Seins, spätere Modifizierungen zum Protein, zum Beispiel proteolysis oder ubiquitination von Änderungen in der Größe zu identifizieren.

Lokalisierung

Die Analyse des Ausdrucks wird auf nur die Quantifizierung nicht beschränkt; Lokalisierung kann auch bestimmt werden. mRNA kann mit einem angemessen etikettierten Ergänzungs-MRNA-Ufer entdeckt werden, und Protein kann über etikettierte Antikörper entdeckt werden. Wie man dann beobachtet, identifiziert sich die untersuchte Probe durch die Mikroskopie, wo der mRNA oder das Protein sind.

Durch das Ersetzen des Gens durch eine neue Version hat ein grünes Leuchtstoffprotein verschmolzen (oder ähnlich) Anschreiber-Ausdruck kann in lebenden Zellen direkt gemessen werden. Das wird durch die Bildaufbereitung des Verwendens eines Fluoreszenz-Mikroskops getan. Es ist sehr schwierig, ein GFP-verschmolzenes Protein in seine heimische Position im Genom zu klonen, ohne Ausdruck-Niveaus zu betreffen, so kann diese Methode nicht häufig verwendet werden, um endogenen Genausdruck zu messen. Es wird jedoch weit verwendet, um den Ausdruck eines Gens zu messen, das künstlich in die Zelle zum Beispiel über einen Ausdruck-Vektoren eingeführt ist. Es ist wichtig zu bemerken, dass durch das Schmelzen eines Zielproteins einem Leuchtstoffreporter das Verhalten des Proteins, einschließlich seiner Zelllokalisierung und Ausdruck-Niveaus, bedeutsam geändert werden kann.

Die Enzym-verbundenen immunosorbent prüfen Arbeiten durch das Verwenden von auf einem microtiter Teller unbeweglich gemachten Antikörpern, um Proteine von Interesse von Proben zu gewinnen, die zu gut hinzugefügt sind. Mit einem Entdeckungsantikörper, der zu einem Enzym oder fluorophore konjugiert ist, kann die Menge des bestimmten Proteins durch fluorometric oder colourimetric Entdeckung genau gemessen werden. Der Entdeckungsprozess ist diesem eines Westkleckses sehr ähnlich, aber durch das Vermeiden der Gel-Schritte kann genauere Quantifizierung erreicht werden.

Ausdruck-System

Ein Ausdruck-System ist ein System, das spezifisch für die Produktion eines Genproduktes der Wahl entworfen ist. Das ist normalerweise ein Protein, obwohl auch RNS, wie tRNA oder ein ribozyme sein kann. Ein Ausdruck-System besteht aus einem Gen, das normalerweise durch die DNA und die molekulare Maschinerie verschlüsselt ist, die erforderlich ist, die DNA in mRNA abzuschreiben und den mRNA ins Protein mit den zur Verfügung gestellten Reagenzien zu übersetzen. Im weitesten Sinn schließt das jede lebende Zelle ein, aber der Begriff wird mehr normalerweise gebraucht, um Ausdruck als ein Laborwerkzeug zu kennzeichnen. Ein Ausdruck-System ist deshalb häufig auf etwas Weise künstlich. Ausdruck-Systeme, sind jedoch, ein im Wesentlichen natürlicher Prozess. Viren sind ein ausgezeichnetes Beispiel, wo sie wiederholen, indem sie die Gastgeber-Zelle als ein Ausdruck-System für die Virenproteine und das Genom verwenden.

Ausdruck von Inducible

Doxycycline wird auch in "Tet-auf" verwendet, und "Tet-von" hat tetracycline transcriptional Aktivierung kontrolliert, um transgene Ausdruck in Organismen und Zellkulturen zu regeln

In der Natur

Zusätzlich zu diesen biologischen Werkzeugen werden bestimmte natürlich beobachtete Konfigurationen der DNA (Gene, Befürworter, Erweiterer, repressors) und die verbundene Maschinerie selbst ein Ausdruck-System genannt. Dieser Begriff wird normalerweise im Fall gebraucht, wo ein Gen oder Satz von Genen unter gut definierten Bedingungen eingeschaltet werden. Zum Beispiel schalten die einfachen repressor Ausdruck-System im Lambda phage und das lac Maschinenbediener-System in Bakterien. Mehrere natürliche Ausdruck-Systeme werden direkt verwendet oder modifiziert und für künstliche Ausdruck-Systeme solcher als Tet-auf und Tet-von Ausdruck-System verwendet.

Gennetze

Gene sind manchmal als Knoten in einem Netz mit Eingängen betrachtet worden, die Proteine wie Abschrift-Faktoren und Produktionen sind, die das Niveau des Genausdrucks sind. Der Knoten selbst führt eine Funktion durch, und die Operation dieser Funktionen ist als das Durchführen einer Art Information interpretiert worden, die innerhalb der Zelle in einer Prozession geht, und bestimmt Zellverhalten.

Gennetze können auch gebaut werden, ohne ein ausführliches kausales Modell zu formulieren. Das ist häufig der Fall, wenn es Netze von großen Ausdruck-Dateien sammelt. Covariation und Korrelation des Ausdrucks werden über eine große Probe von Fällen und Maßen (häufig transcriptome oder proteome Daten) geschätzt. Die Quelle der Schwankung kann entweder experimentell sein oder natürliche (Beobachtungs-). Es gibt mehrere Weisen, Genausdruck-Netze zu bauen, aber eine einheitliche Methode soll eine Matrix aller mit dem Paar klugen Korrelationen des Ausdrucks über Bedingungen, Zeitpunkte oder Personen schätzen und die Matrix (nachdem thresholding an einem Abkürzungswert) in eine grafische Darstellung umwandeln, in der Knoten Gene, Abschriften vertreten, oder Proteine und Ränder, die diese Knoten verbinden, die Kraft der Vereinigung vertreten (sieh http://www.genenetwork.org).

Techniken und Werkzeuge

Die folgenden experimentellen Techniken werden verwendet, um Genausdruck zu messen, und werden in grob der zeitlichen Reihenfolge verzeichnet, mit den älteren, mehr feststehenden Technologien anfangend. Sie werden in zwei auf ihrem Grad von multiplexity gestützte Gruppen geteilt.

• Niedrig zur Mitte plex Techniken:
• Reporter-Gen
• Nördlicher Klecks
• Westklecks
• Leuchtstoff-in der situ Kreuzung
• Rückabschrift PCR
• Das Digitalzählen von einzelnen Abschrift-Molekülen, sieh NanoString Technologies
• Höhere-plex Techniken:
• WEISER
• DNA-Mikroreihe
• Reihe mit Ziegeln zu decken
• RNS-Seq

Siehe auch

• Geräusch von Transcriptional
• Transcriptional, der platzt
• Mit einem Lesezeichen zu versehen
• Ausdruck, der im Profil darstellt
• Ausgedrücktes Folge-Anhängsel
• Paraveränderung
• Folge-Werkzeug des im Profil darstelltet
• Genetisch veränderter Organismus
• Gentechnologie
• Epigenetics
• Liste von menschlichen Genen
• Schwingendes Gen
• Kämme
• AlloMap molekularer Ausdruck, der prüft

Links