genregulering

Når gener er aktive, kalles det genuttrykk. Når et gen blir uttrykt, betyr det som regel at en DNA-bit (gen) leses av og det lages et protein eller et RNA. Genuttrykk betyr derfor at informasjonen som ligger i genene brukes til å lage produkter cellene trenger. Genregulering er regulering av genuttrykk.

Genuttrykk skjer i ulike stadier, og reguleringen kan skje på alle stadiene. Man deler gjerne inn i tre hovedmåter reguleringen skjer på:

1. Avlesing av genet. Det første stadiet for å uttrykke informasjonen som ligger i genene, er å lese oppskriften, det vil si koden i DNA-tråden, som genet består av. Dette fører til produksjon av mRNA. Denne prosessen kalles transkripsjon. Genregulering på dette stadiet innebærer om mRNA skal produseres eller ikke, og i hvor store mengder.
2. Oversettelse av mRNA. Det neste stadiet er når mRNA oversettes til et protein. Dette kalles proteinsyntese (translasjon). Genregulering på dette stadiet innebærer hvorvidt mRNA faktisk fører til dannelsen av protein og hvor mye protein som lages.
3. Justering av protein. Når proteiner er laget, kan regulering skje ved at proteinene enten er i en aktiv eller inaktiv form, eller hvorvidt proteinene er stabile over lang tid eller blir destruert etter kort tid.

I bakterier og andre prokaryote organismer skjer genregulering kun på det første stadiet nevnt over. Det er to hovedprinsipper for genregulering i prokaryote organismer.

1. Negativ kontroll betyr at avlesing av genet hindres ved at noe binder seg til DNA-tråden. Utgangspunktet er at genet alltid er aktivt og det må en kontrollmekanisme til for å stoppe det. Et protein kalt repressorprotein fester seg til DNA-tråden oppstrøms for genet og stopper avlesningen av informasjonen som ligger i genet.
2. Positiv kontroll betyr at avlesing av genet fremmes ved at noe binder seg til DNA-tråden. Utgangspunktet er at genet alltid er slått av, og det må en reguleringsmekanisme til for å slå det på.

I prokaryote organismer blir ofte flere gener regulert på en gang. Det er fordi gener i disse organismene ofte ligger tett etter hverandre på DNA-tråden. En slik samling gener kalles operon.

Det fins gener som alltid er slått på i flercellede organismer. Dette er gener som er så viktige at de skal være aktive hele tiden. Disse genene er essensielle for den daglige driften av en organisme og vil være aktive uavhengig av miljø og hvor i livssyklusen organismen er. Eksempler på slike gener er de som sørger for at DNA kan kopiere seg selv (DNA-replikasjon) og repareres dersom noe går galt (DNA-reparasjon), sørger for produksjonen av proteiner og er involvert i stoffskifte (metabolisme).

Genreguleringen i flercellede organismer skjer på ulike måter. Den første måten som ble oppdaget var bruk av proteiner som kalles transkripsjonsfaktorer. Disse kan binde seg til DNA og bestemme om genet skal leses av eller ikke – som navnet sier kontrollerer de transkripsjon. Etter at genet er avlest og mRNA er produsert, kan reguleringen skje ved at mRNA-et hindres i å gå videre til proteinproduksjon. Dette skjer ved hjelp av små RNA-biter kalt mikroRNA. Etter at proteiner er produsert kan det også skje en regulering ved at proteinet brytes ned eller modifiseres.

I tillegg vil genregulering avhenge av hvor tilgjengelig DNA-tråden er for avlesing, det vil si strukturen på DNA-tråden, og av epigenetikk (markører på kromosomene).

I motsetning til genotypen, som er så å si uforanderlig gjennom hele livet (bortsett fra noen få mutasjoner), forandrer fenotypen seg avhengig av hvor i livssyklusen individet er og hvordan miljøet påvirker det. Det betyr at genreguleringen endrer seg i løpet av et livsløp. Hvilke gener som er skrudd av eller på avhenger av hvor i livssyklusen individet er.

Et eksempel er regulering av genuttrykk i de ulike stadiene til en sommerfugl. En sommerfugl er først en larve, så en puppe og til slutt en voksen sommerfugl. Alle disse stadiene i sommerfuglens utvikling er ulike fenotyper basert på den samme genotypen. Genregulering sørger for at de rette genene er påskrudd til rett tid.

Genregulering påvirkes også av miljøet organismene lever i. En type fisker som kalles ciklider forandrer seg dersom de lever i et miljø med tilgang til en type snegler. Når sneglene er til stede, utvikler fiskene større tenner, slik at de kan klare å spise sneglene. Genotypen er den samme, men når miljøet varierer, blir fenotypen forskjellig på grunn av genregulering.

På 1960-tallet ble det vist at spesialiserte proteiner, kalt transkripsjonsfaktorer, var sentrale i å regulere hvilke gener som var aktive. Siden det har tusenvis av transkripsjonsfaktorer blitt funnet og man trodde lenge at man hadde løst gåten for hvordan genregulering skjer. Men i 1993 ble det gjort en viktig oppdagelse. Da publiserte forskerne Victor Ambros og Gary Ruvkun sine funn knyttet til miRNA og regulering av gener i rundormen Caenorhabditis elegans. De fikk Nobelprisen i fysiologi og medisin i 2024.

I 2006 fikk Andrew Z. Fire og Craig C. Mello Nobelprisen i fysiologi og medisin for deres oppdagelse av RNAi-systemet.

• DNA
• gener
• genuttrykk
• mikroRNA
• modellorganismer