am Puls Biologie 8, Schulbuch

27 Grundlagen der Genetik Regulation der Genexpression bei Eukaryoten Im Vergleich zu den Prokaryoten ist der Weg von der DNA bis zum fertigen Protein deutlich länger und komplizierter, wie du an der Übersicht in Ab- bildung 19 sehen kannst. Zum einen ist bei Eu- karyoten die DNA zu Chromosomen verpackt. Zum anderen erfolgt die Transkription im Zell- kern, die Translation aber im Cytoplasma, d. h. die mRNA muss erst transportiert werden. Schließ- lich existiert der zusätzliche Schritt der RNA-Pro- zessierung. An all diesen Punkten kann die Zelle nun regulierend eingreifen. Erstens wird die Aktivität dadurch reguliert, wie dicht die DNA gepackt ist ( k Abb. 19 a). Schon im Lichtmikroskop kann man intensiver gefärbte Bereiche der DNA erkennen. Sie sind besonders stark spiralisiert und genetisch wenig aktiv, d. h. hier findet wenig Genexpression statt. DNA-Ab- schnitte können auch durch Enzyme chemisch abgewandelt werden, etwa durch Methylierung von Basen kann die DNA in einem Bereich inakti- viert werden. Wie auch bei Prokaryoten ist die Transkription eine wichtige Ansatzstelle für Regulation ( k Abb. 19 b). Neben den vorher beschriebenen Promotor- und Operator-Bereichen gibt es ande- re Stellen in der DNA, an die Regulatorabschnitte binden können: Enhancer verstärken die Wirkung des Promotors, Silencer vermindern diese. Diese Regulatorabschnitte können weit entfernt vom eigentlichen Gen liegen (sogar auf anderen Chro- mosomen), kommen aber durch Verschlingungen der DNA miteinander in Kontakt und sorgen für die Aktivierung bzw. Stillschaltung eines Genes. Verschiedene Proteine, die Transkriptionsfakto- ren , können an DNA-Bereichen wie Promotoren, Enhancern oder Silencer binden und so die Gen­ expression weiter regulieren. Auch nach der Transkription kann regulatorisch eingewirkt werden, in dem die RNA unterschied- liche gespleißt wird ( k Abb. 19 c). Die dabei ent- stehenden RNA-Schnipsel können später an mRNA binden und eine Translation verhindern ( RNA-Interferenz , S. 28). Außerdem erreichen nicht alle mRNA-Moleküle die Ribosomen – man- che werden vorher zerschnitten ( k Abb. 19 d). Umgekehrt kann die Produktion von Proteinen deutlich gesteigert werden, indem gleich mehre- re Ribosomen hintereinander ein mRNA-Molekül ablesen (solche Ribosomen-Gruppen werden Polysom genannt). Zu den hier beschriebenen Mechanismen kommt noch eine Regulationsmöglichkeit auf Ebene der Proteine dazu. Die Proteine können chemisch ab- gewandelt werden ( posttranslationale Modifika- tion, k Abb. 19 f). Schlussendlich kann die Zelle auch über den Abbau von Proteinen regulativ eingreifen ( k Abb. 19g). Du siehst anhand dieser Beispiele, dass die Steu- erung und Regulation der Genexpression bei Eukaryoten ein sehr komplexer Prozess ist. Ent- sprechend sind diese Abläufe von Genetikerin- nen und Genetikern heute nur oberflächlich ver- standen. Dieser Bereich der Genetik ist daher ein sehr aktiv untersuchtes Forschungsfeld. Bei Eukaryoten kann die Genexpression an vielen Stellen reguliert werden. Regulation erfolgt über die Packung der DNA, Steuerung der Transkription, der RNA-Prozessie- rung, und der Trans- lation sowie der fertigen Proteine Steuerung und Regelung prä-mRNA RNA-Prozessierung mRNA Entpackung der DNA Transkription Transportkontrolle Translation chemische Modifikation Proteinabbau Abb.19: Regulation der Genexpression bei Eukaryoten: Auf dem Weg vom Gen zum Protein kann an unter- schiedlichen Ebenen regulierend eingegriffen werden. Basiskonzept Steuerung und Regelung: Bei Eukaryoten kann die Steuerung und Regulation der Genexpression auf sehr vielen Ebenen erfolgen. Dem- entsprechend kann die Zelle sehr fein abgestuft regulieren. Das hat damit zu tun, dass die Zellen der Eukaryoten sowohl funktionell als auch strukturell sehr viel komplizierter sind als die der Prokaryoten. Zudem gibt es auch vielzellige Eukaryoten, die sehr verschiedene Zell­ typen aufweisen, die wiederum ganz unterschiedliche Proteine herstellen müssen. Außerdem ist es nötig, dass die Zellen nicht nur „alleine“ funktionieren, die Regulation erfolgt auch zwischen den Zellen. Nur zu Prüfzwecken – Eige tum des Verlags öbv