Articles /

Genfunktion

Teman på denna sida:

  • Transkription
  • Translation
  • Genfunktionssammanfattning

Kromosomerna i våra celler innehåller en enorm mängd information. Man uppskattar att människan har någonstans runt 30 000 gener. Varje gen kodar för en RNA-molekyl som antingen används direkt eller används som en vägledning för bildandet av ett protein, t.ex. det insulin som visades tidigare. Informationen i våra celler flödar i allmänhet i en förutsägbar ordning från informationens lagringsform (DNA) via arbetsformen (RNA) till slutprodukten (protein). Mer information om ämnena på den här sidan finns också i de flesta introduktionsböcker i biologi, vi rekommenderar Campbell Biology, 11th edition.1 Denna väg används av alla organismer och visas schematiskt nedan.

Din webbläsare har inte stöd för inbäddad HTML5-video.

Som visas används DNA som en guide eller mall för produktion av mer DNA. Denna process, som kallas replikation, behandlas här.

Processen där särskilda delar av DNA (gener) används för att producera RNA kallas transkription. Vi kommer att behandla transkriptionen ganska ingående eftersom förändringar i transkriptionen av vissa gener är mycket viktiga för utvecklingen av cancer.

Den uppsättning gener som är ”på” vid varje given tidpunkt är kritisk. Den varierande miljö som vi lever i innebär att olika gener måste vara ”på” vid olika tidpunkter. Om en måltid till exempel innehåller stora mängder laktos, ett socker som finns i mjölk, reagerar våra kroppar genom att slå på (transkribera) de gener som leder till produktion av enzymer som bryter ner laktos. Om det finns ett annat socker eller näringsämne måste rätt gener aktiveras för att bearbeta det.

Transkription

Målet med transkription är att göra en RNA-kopia av en gen. Detta RNA kan styra bildandet av ett protein eller användas direkt i cellen. Alla celler med en cellkärna innehåller exakt samma genetiska information. Som diskuterats är det bara en liten andel av generna som faktiskt används för att göra RNA vid varje given tidpunkt i en viss cell. Transkriptionsprocessen är mycket noggrant reglerad i normala celler.

  • Gener måste transkriberas vid rätt tidpunkt.
  • Det RNA som produceras från en gen måste tillverkas i rätt mängd.
  • BARA de nödvändiga generna ska transkriberas.
  • Avstängning av transkriptionen är lika viktigt som att sätta igång den.

Du kan föreställa dig detta som en sofistikerad produktionslina, som du hittar i en fabrik. Du skulle vilja att löpande bandet fungerar när du behöver produkten och stängs av när du inte längre behöver produkten.

Mänskliga kromosomer innehåller en enorm mängd information. Varje kromosom består av en enda extremt lång bit DNA som består av miljontals nukleotider. En enskild gen upptar bara en liten bit av en kromosom.

I animationen nedan visas organisationen av DNA i en kromosom. DNA:t är tätt ihoprullat och slingat för att ta mindre plats, precis som när man lindar tråd på en spole. Den kromosom som visas nedan har kopierats eller replikerats och har en karakteristisk X-form. Kromosomerna ser ut så här före celldelningen.

Transkriptionens steg

För att transkriptionen ska fungera måste det finnas något sätt att identifiera var processen ska börja och sluta. Detta sker med hjälp av speciella proteiner, som binder sig till starten av gener som ska transkriberas. Dessa proteiner kallas transkriptionsfaktorer.

Transkriptionsprocessen är uppdelad i flera steg:

  1. En transkriptionsfaktor känner igen startplatsen (promotorn) för en gen som ska transkriberas.

  2. Enzymet som tillverkar RNA (RNA-polymeras) binder till transkriptionsfaktorn och känner igen startområdet.

  3. Enzymet fortsätter nerför DNA:t och gör en kopia tills slutet av genen nås.

  4. Enzymet faller av och RNA:t frigörs. Denna kopieringsprocess kan upprepas många gånger.

  5. Om RNA är ett som kodar för ett protein lämnar det kärnan och går in i cytosolen.

Din webbläsare har inte stöd för inbäddad HTML5-video.

Håll i minnet att den gen som avbildas ovan i själva verket är en sträcka av nukleotider längs en DNA-molekyl (kromosomen).

Transkriptionsfaktorers olämpliga aktivitet har identifierats i nästan alla kända typer av cancer. Eftersom dessa faktorer är viktiga för en cells ordnade verksamhet kan en komponent som missköter sig ha viktiga effekter för alla andra delar av cellen. Om vi återvänder till analogin med produktionsbandet kan en transkriptionsfaktor som beter sig illa leda till att löpande bandet är igång när det inte är meningen att det ska vara igång, vilket leder till att det skapas för mycket produkt. Alternativt kan det hända att bandet inte är igång när det behövs, vilket leder till ett underskott av en viss produkt.

Transkriptionsfaktorer

Några exempel på transkriptionsfaktorer som fungerar dåligt i mänsklig cancer är:

  • p53 (TP53)- Genen som kodar för transkriptionsfaktorn (proteinet) p53 är muterad i mer än hälften av alla cancerformer av alla slag. Proteinet som p53-genen kodar för är viktigt eftersom det kontrollerar transkriptionen av gener som är inblandade i att få celler att dela sig. Mer information om p53-genen finns i avsnittet om tumörsuppressorer.
  • Rb – Proteinprodukten från denna gen är en transkriptionsfaktor med en intressant funktion. Den fungerar faktiskt genom att blockera andra transkriptionsfaktorer. På så sätt förhindrar Rb transkriptionen av viktiga gener som krävs för att celldelningen ska fortskrida. Rb-proteinet beskrevs ursprungligen som en gen som muterades i retinoblastom, en cancer i ögat från vilken genen fått sitt namn, men det är nu känt att Rb-proteinet spelar en roll i många olika cancertyper. Mer information om Rb-genen finns i avsnittet om tumörsuppressorer.
  • Östrogenreceptorn (ER) – Detta protein binder till östrogen som kommer in i cellen. Östrogen är ett steroidhormon (lipidhormon) som produceras av äggstockarna. Kombinationen av protein och hormon fungerar sedan som en transkriptionsfaktor för att aktivera gener som gör det möjligt för målcellerna att dela sig. Receptorn är aktiv i cellerna i de kvinnliga reproduktionsorganen, såsom bröst och äggstockar. På grund av detta är östrogen erkänt som en faktor som ökar tillväxten av vissa cancerformer som uppstår i dessa vävnader.

Östrogenets verkningsmekanism visas nedan.

Din webbläsare har inte stöd för inbäddad HTML5-video.

Den lilla gröna bollen representerar östrogen. Det är en liten hydrofob molekyl och den kommer in i cellerna genom att passera genom lipidmembranet. När östrogenet väl är inne i cellen binder det till sin receptor (färgad orange) och komplexet binder till DNA i cellkärnan vilket gör att gener transkriberas.

Flera läkemedel har utvecklats för att försöka blockera östrogenets genaktiverande funktion. Ett vanligt utskrivet exempel är tamoxifen, ett läkemedel som delvis hämmar östrogenets aktivitet. Tamoxifen är färgat rosa i animationen nedan.

Din webbläsare stöder inte inbäddad HTML5-video.

Dessa läkemedel bör bromsa tillväxten av cancer som växer som svar på närvaron av östrogen och dess receptor. Mer information om östrogenreceptorer och cancer finns i avsnittet om cancerbehandlingar.

Transkriptionsfaktorernas betydelse för celldelningen har betonats flera gånger. Cancer beror på okontrollerad celldelning, så nästa process som diskuteras är celldelning. Det är viktigt att förstå hur denna process normalt fungerar så att vi kan förstå vad som händer när saker och ting går fel.

Översättning

När messenger RNA (mRNA) har producerats genom den transkriptionsprocess som just beskrivits bearbetas mRNA i kärnan och släpps sedan ut i cytosolen.

Det mRNA:t känns sedan igen av de ribosomala subenheter som finns i cytosolen och meddelandet ”läses” av ribosomen för att producera ett protein. Informationen om riktningen för proteinbildningen kodas i sekvensen av nukleotider som utgör mRNA. Grupper av tre nukleotider (så kallade kodoner) ”läses” av ribosomen och leder till att en viss aminosyra läggs till i den växande polypeptiden (proteinet). Processen visas schematiskt i animationen nedan.

Din webbläsare stöder inte inbäddad HTML5-video.

När proteinet har bildats får det sitt aktiva veckade tillstånd och kan utföra sina funktioner i cellen. Proteinernas korrekta veckning, transport, aktivitet och eventuella förstörelse är alla starkt reglerade processer.

De gener som kontrollerar dessa processer är ofta skadade och fungerar inte korrekt i cancerceller.

Mer information om detta ämne finns i kapitel 1 i The Biology of Cancer av Robert A. Weinberg.

Sammanfattning av genfunktionen

Den centrala dogmen

  • DNA:t i våra kromosomer innehåller gener som transkriberas till RNA.
  • Det finns flera olika typer av RNA (tRNA, mRNA, rRNA, etc.). De består av samma byggstenar men har olika funktioner, platser och strukturer.
  • Messenger-RNA (mRNA) kan översättas till ett protein. Det vanliga informationsflödet är:
    • DNA→RNA→Protein
  • Den uppsättning gener som är ”på” vid varje given tidpunkt är avgörande. Olika gener måste vara ”på” vid olika tidpunkter beroende på behoven och funktionerna i en viss cell.

Transkription

  • Målet med transkription är att göra en RNA-kopia av en gen.
  • Transkriptionsfaktorer binder till genernas startpunkt för att identifiera den plats där transkriptionen börjar.
  • p53, Rb, östrogenreceptorn är alla transkriptionsfaktorer som fungerar dåligt vid cancer.
  • Transkriptionsprocessen är uppdelad i flera olika steg:
    1. Transkriptionfaktorn känner igen och binder till en genens startpunkt (promotor).
    2. Ett RNA-tillverkande enzym (RNA-polymeras) binder till transkriptionsfaktorn.
    3. Enzymet gör en RNA-kopia av genen.
    4. Enzymet faller av och RNA frigörs.
    5. RNA kommer antingen att stanna kvar i kärnan eller gå ut i cytosolen.

Translation

  • Målet med translation är att göra ett protein med hjälp av den information som kodas i mRNA.
  • Translationsprocessen är uppdelad i flera steg:
    1. mRNA lämnar kärnan och känns igen och binds av ribosomala underenheter i cytosolen.
    2. Ribosomen ”läser” RNA:et tre nukleotider (ett kodon) i taget.
    3. Ribosomen infogar den aminosyra som motsvarar kodonet i det växande proteinet.
    4. Ribosomen stöter på ett stoppkodon och avslutar proteinsyntesen.
    5. Proteinet går in i en starkt reglerad veckningsprocess och får en helt veckad struktur.
  • Gener som kontrollerar korrekt veckning, transport, aktivitet och eventuell destruktion av proteiner är ofta skadade eller fungerar dåligt vid cancer.
  • 1. Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., & Reece, J. B. (2017). Campbell Biology (11th ed.). Pearson.

Leave a Reply