Génfunkció

Az ábrán látható módon a DNS-t útmutatóként vagy sablonként használják további DNS előállításához. Ezt a replikációnak nevezett folyamatot tárgyaljuk.

Azt a folyamatot, amelynek során a DNS egyes szakaszaiból (génekből) RNS-t állítanak elő, átírásnak nevezzük. Az átírással azért foglalkozunk részletesen, mert bizonyos gének átírásának változásai nagyon fontosak a rák kialakulásában.

A mindenkor “bekapcsolt” gének halmaza kritikus fontosságú. A változó környezet, amelyben élünk, azt jelenti, hogy különböző géneknek különböző időpontokban kell “bekapcsolva” lenniük. Ha például egy étel nagy mennyiségű laktózt, a tejben található cukrot tartalmaz, akkor a szervezetünk a laktózt lebontó enzimek termeléséhez vezető gének bekapcsolásával (átírásával) válaszol. Ha egy másik cukor vagy tápanyag van jelen, akkor a megfelelő géneket kell bekapcsolni annak feldolgozásához.

Átírás

Az átírás célja, hogy egy génről RNS-másolatot készítsen. Ez az RNS irányíthatja egy fehérje kialakulását, vagy közvetlenül felhasználható a sejtben. Minden sejtmaggal rendelkező sejt pontosan ugyanazt a genetikai információt tartalmazza. Mint tárgyaltuk, a géneknek csak egy kis százalékát használják fel ténylegesen RNS előállítására egy adott sejtben egy adott időpontban. Az átírási folyamat a normális sejtekben nagyon szigorúan szabályozott.

• A géneket a megfelelő időben kell átírni.
• A génből előállított RNS-t a megfelelő mennyiségben kell előállítani.
• Csak a szükséges géneknek kell átíródniuk.
• A transzkripció kikapcsolása ugyanolyan fontos, mint a bekapcsolása.

Ezt úgy képzelhetjük el, mint egy kifinomult gyártósor, mint amilyen egy gyárban található. Azt szeretnénk, ha a futószalag működne, amikor szükség van a termékre, és leállna, amikor már nincs szükség a termékre.

Az emberi kromoszómák hatalmas mennyiségű információt tartalmaznak. Minden kromoszóma egyetlen rendkívül hosszú, több millió nukleotidból álló DNS-darabból áll. Egy-egy gén a kromoszómának csak egy kis szakaszát foglalja el.

A lenti animáción látható a DNS szerveződése egy kromoszómában. A DNS szorosan feltekeredett és hurkolt, hogy kevesebb helyet foglaljon, akárcsak a fonal feltekerése egy orsóra. Az alább látható kromoszóma másolódott vagy replikálódott, és jellegzetes X alakú. A kromoszómák így néznek ki a sejtosztódás előtt.

A transzkripció lépései

Az átírás működéséhez valamilyen módon meg kell határozni, hogy a folyamat hol kezdődjön és hol álljon le. Ezt speciális fehérjékkel érik el, amelyek az átírandó gének kezdetéhez kötődnek. Ezeket a fehérjéket nevezzük transzkripciós faktoroknak.

A transzkripció folyamata több lépésre oszlik:

1. A transzkripciós faktor felismeri az átírandó gén kezdőhelyét (promóterét).

2. Az RNS-t előállító enzim (RNS-polimeráz) kötődik a transzkripciós faktorhoz és felismeri a start régiót.

3. Az enzim végigmegy a DNS-en, másolatot készít, amíg el nem éri a gén végét.

4. Az enzim leesik és az RNS felszabadul. Ez a másolási folyamat többször is megismétlődhet.

5. Ha az RNS olyan, amely egy fehérjét kódol, akkor elhagyja a sejtmagot és a citoszolba kerül.

Ne feledjük, hogy a fent ábrázolt gén valójában egy DNS-molekula (a kromoszóma) mentén elhelyezkedő nukleotidok egy szakasza.

A transzkripciós faktorok nem megfelelő aktivitását szinte minden ismert ráktípusban kimutatták. Mivel ezek a faktorok nélkülözhetetlenek a sejt rendezett tevékenységéhez, egy rosszul viselkedő komponensnek fontos hatásai lehetnek a sejt összes többi részére. Visszatérve a gyártósor analógiájára, egy rosszul viselkedő transzkripciós faktor ahhoz vezethet, hogy a futószalag akkor is beindul, amikor nem kellene, és így túl sok termék keletkezik. Alternatív megoldásként előfordulhat, hogy a gyártósor nem akkor van bekapcsolva, amikor szükség lenne rá, ami egy bizonyos termék hiányához vezet.

Transzkripciós faktorok

Az emberi rákos megbetegedésekben rosszul működő transzkripciós faktorok néhány példája:

• p53 (TP53)- A p53 transzkripciós faktort (fehérjét) kódoló gén mutálódik a bármilyen típusú rákos megbetegedések több mint felében. A p53 gén által kódolt fehérje azért fontos, mert a sejtek osztódását kiváltó gének átírását szabályozza. A p53 génről bővebb információ a tumorszupresszorokról szóló részben található.
• Rb – Ennek a génnek a fehérjeterméke egy érdekes funkciójú transzkripciós faktor. Valójában úgy működik, hogy más transzkripciós faktorokat blokkol. Ily módon az Rb megakadályozza a sejtosztódás előrehaladásához szükséges kulcsfontosságú gének átírását. Az Rb fehérje eredetileg a retinoblasztómában mutálódott génként került leírásra, amely a szem rákos megbetegedése, és amelyről a gén a nevét is kapta, de ma már tudjuk, hogy számos különböző ráktípusban játszik szerepet. Az Rb génről további információ a tumorszupresszorokról szóló részben található.
• Az ösztrogénreceptor (ER) – Ez a fehérje a sejtbe jutó ösztrogénhez kötődik. Az ösztrogén egy szteroid (lipid) hormon, amelyet a petefészkek termelnek. A fehérje és a hormon kombinációja ezután transzkripciós faktorként olyan géneket kapcsol be, amelyek lehetővé teszik a célsejtek osztódását. A receptor a női reproduktív szervek, például a mellek és a petefészkek sejtjeiben aktív. Emiatt az ösztrogént olyan tényezőként ismerik el, amely fokozza az ezekben a szövetekben kialakuló bizonyos rákos megbetegedések növekedését.

Az ösztrogén hatásmechanizmusa az alábbiakban látható.

A kis zöld gömb az ösztrogént jelképezi. Ez egy kis hidrofób molekula, és a lipidmembránon keresztül jut be a sejtekbe. A sejtbe jutva az ösztrogén kötődik a receptorához (narancssárga színű), és a komplex a sejtmagban lévő DNS-hez kötődik, ami a gének átíródását okozza.

Már több gyógyszert is kifejlesztettek arra, hogy megpróbálják blokkolni az ösztrogén génaktiváló funkcióját. Az általánosan felírt példa a tamoxifen, egy olyan gyógyszer, amely részben gátolja az ösztrogén aktivitását. A tamoxifen az alábbi animációban rózsaszínűre van színezve.

Ezeknek a gyógyszereknek az ösztrogén és receptorának jelenlétére válaszul növekvő rákos megbetegedések növekedését kell lassítaniuk. Az ösztrogénreceptorokról és a rákról bővebben a rákkezelésről szóló részben olvashat.

A transzkripciós faktorok fontosságát a sejtosztódás szempontjából már többször hangsúlyozták. A rák az ellenőrizetlen sejtosztódás eredménye, ezért a következő tárgyalt folyamat a sejtosztódás. Fontos megérteni, hogy ez a folyamat normálisan hogyan működik, hogy értékelni tudjuk, mi történik, ha a dolgok rosszul mennek.

Fordítás

Az imént ismertetett transzkripciós folyamat során keletkező hírvivő RNS (mRNS) után az mRNS-t a sejtmagban feldolgozzák, majd a citoszolba juttatják.

Az mRNS-t ezután a citoszolban jelen lévő riboszómális alegységek felismerik, és az üzenetet a riboszóma “beolvassa”, hogy fehérjét állítson elő. A fehérjeképződés irányára vonatkozó információ az mRNS-t alkotó nukleotidok szekvenciájában van kódolva. A riboszóma három nukleotidból álló csoportokat (úgynevezett kodonokat) “olvas”, és egy adott aminosav hozzáadásához vezet a növekvő polipeptidhez (fehérjéhez). A folyamatot sematikusan ábrázolja az alábbi animáció.