Genregulation bei Eukaryoten

Genregulation bei Eukaryoten

• Eukaryotische Zellen müssen Proteine gezielt produzieren, um ihre spezialisierte Funktion ausüben zu können.
• Die Genregulation ist bei Eukaryoten komplexer als bei Prokaryoten und kann auf verschiedenen Ebenen erfolgen.
• Die Ebene der Chromatin-Umstrukturierung ist ein Frühstadium der Regulierung.
• DNA ist im Chromatin stark kondensiert, sodass viele Gene nicht zugänglich sind.
• Hochkondensiertes Chromatin wird nicht exprimiert.
• Chromatin kann durch Umstrukturierung in lockere Form gebracht werden, indem z.B. Acetylgruppen an Histone angeheftet werden.
• Dies erhöht die Transkriptionsrate.
• Entfernen der Acetylgruppen verdichten das Chromatin und senken die Transkriptionsrate.
• Übertragung einer Methylgruppe auf die DNA-Base Cytosin führt zu einer Erniedrigung der Transkriptionsrate.
• Abspaltung von Methylgruppen erhöht die Transkriptionsrate.

Regulation der Transkription

• Die Transkriptionsregulation ist die wichtigste Kontrollstufe.
• Die Prinzipien sind ähnlich wie bei Prokaryoten.
• Die Transkription beginnt erst, wenn Transkriptionsfaktoren an den Promotor gebunden sind.
• Transkriptionsfaktoren sind Proteine, die an regulatorische DNA-Abschnitte binden.
• Promotoren enthalten Sequenzen wie die TATA-Box, an die Transkriptionsfaktoren binden.
• Enhancer-Sequenzen verstärken die Transkription.
• Silencer-Sequenzen hemmen die Transkription.
• Enhancer und Silencer können vom Gen weit entfernt liegen und über DNA-Schleifen mit dem Promotor interagieren.
• Die gesamte Wechselwirkung aller Transkriptionsfaktoren im Promotorbereich reguliert die RNA-Polymerase-Aktivität.

Regulation auf RNA-Ebene

• Alternative RNA-Spleißen: Aus einer prä-mRNA können verschiedene reife mRNAs entstehen, die unterschiedliche Proteine codieren.
• Dies erhöht die Anzahl der Proteine, die von einem Gen codiert werden können.

Regulation auf Translationsebene

• RNA-Interferenz (miRNA): miRNA-Moleküle binden an mRNA und blockieren die Translation oder führen zum Abbau der mRNA.
• miRNA-Moleküle werden im Zellkern codiert und im Cytoplasma zu einer komplexen Struktur, dem RISC-Proteinkomplex, verarbeitet.
• Komplementäre Basenpaarung von miRNA mit mRNA führt zur Blockade der Translation.

Posttranslationale Modifikation

• Polypeptide werden nach der Translation chemisch verändert, z.B. durch Anheftung von Phosphatgruppen oder Zuckerketten.
• Dies beeinflusst die Aktivität des Proteins.

Proteinabbau

• Das Proteasom ist ein Proteinkomplex, der Proteine abbaut, die nicht mehr benötigt werden.

Zusätzliche Informationen

• Eukaryotische Zellen können Transkriptionsfaktoren an bereits bestehende mRNA binden, und so die Translation hemmen oder beschleunigen.
• Die Translation kann auch über Ribosomen beeinflusst werden, wenn diese gleichzeitig dieselbe mRNA übersetzen.
• mRNA-Molekülen weisen spezifische Sequenzen auf, die die Translation beeinflussen.