Grundlagen der Genregulation bei Eukaryoten
Eukaryoten sind meist Vielzeller mit spezialisierten Zellen, die trotz identischer genetischer Information unterschiedliche Proteine zum richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Menge produzieren müssen. Die Regulation der Genexpression erfolgt auf verschiedenen Ebenen: Chromatin-Umstrukturierung, Transkription, RNA-Prozessierung, RNA-Interferenz, Translation, posttranslationale Modifikation und Proteinabbau.
Bei der Chromatin-Umstrukturierung spielen Histone eine zentrale Rolle. Diese kugelförmigen Proteine bilden mit der DNA sogenannte Nucleosomen. Stark kondensiertes Chromatin verhindert das Ablesen von Genen. Durch enzymatisches Anheften von Acetylgruppen an Histone wird das Chromatin gelockert und die Transkriptionsrate erhöht. Die Entfernung dieser Gruppen verdichtet das Chromatin wieder und senkt die Transkriptionsrate.
Die Transkription ist die wichtigste Kontrollebene der Genexpression. Neben der RNA-Polymerase binden weitere Proteine, sogenannte Transkriptionsfaktoren, am Promotor. Eine wichtige Bindungsstelle ist die TATA-Box, die eine typische Basensequenz aus Thymin und Adenin aufweist. Punktmutationen in dieser Region können die Transkriptionsrate deutlich senken.
💡 Eukaryotische Zellen haben ein besonderes System von Enhancern und Silencers: Diese regulatorischen DNA-Abschnitte liegen oft weit vom zu steuernden Gen entfernt, können aber durch DNA-Schleifenbildung mit dem Promotor interagieren!
Zusätzliche Transkriptionsfaktoren binden an regulatorische DNA-Abschnitte. Enhancer verstärken die Transkription, während Silencer sie hemmen. Die Summe aller Wechselwirkungen der Transkriptionsfaktoren in der Promotorregion bestimmt letztendlich die Aktivität der RNA-Polymerase und damit die Transkriptionsrate.
