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Die Genexpression in Zellen wird auf verschiedenen Stufen reguliert: (i) Transkription, (ii) RNA-Prozessierung, (iii) RNA-Lokalisation und (iv) Translation. Die Transkriptionsregulation wird durch regulatorische Proteine wie Transkriptionsfaktoren, Aktivatoren oder Repressoren vermittelt - diese steuern die Genexpression, indem sie die Transkription von Genen initiieren oder hemmen. Sobald eine Vorläufer- oder prä-mRNA produziert wird, durchläuft sie eine posttranskriptionelle Modifikation, einschließlich 5'-Capping, Spleißen und dem Hinzufügen eines 3'-Poly-A-Schwanzes, wodurch die reife mRNA entsteht. Nur die reifen mRNAs, die sich mit RNA-bindenden Proteinen (RBPs) zu Ribonukleoproteinpartikeln verbinden, werden vor dem Abbau geschützt und selektiv aus dem Zellkern zur Proteinsynthese transportiert. mRNAs, die sich nicht mit RBPs verbinden, werden nicht aus dem Zellkern transportiert und daher nicht in Proteine übersetzt. Alternativ, wenn eine reife mRNA ein komplementäres microRNA bindet, unterliegt sie dem Abbau und hemmt damit die Proteinsynthese.
Wird jedoch die mRNA einmal translatiert, durchläuft das neu synthetisierte Protein eine Modifikation, die seine Aktivität beeinflusst. Beispielsweise kann das Hinzufügen von funktionellen Gruppen wie Methylgruppen, Phosphat oder Acetylgruppen das Protein aktivieren oder inaktivieren. Im Gegensatz dazu kennzeichnet das Hinzufügen mehrerer Ubiquitin-Proteine zu einem Substratprotein diese für den Abbau. Somit reguliert die Ubiquitinierung die Proteinstabilität und ihre funktionelle Aktivität.
Zellen regulieren die Genexpression während der Transkription, der mRNA-Prozessierung und der Translation präzise.
Die transkriptionelle Regulation kann durch Proteine vermittelt werden, die regulatorische Sequenzen an die DNA binden, um die Transkription eines bestimmten Gens zu hemmen oder zu initiieren.
Durch Transkription erzeugte Vorläufer-mRNAs werden durch Zugabe einer 5-Prime-Kappe und eines 3-Prime-Poly-A-Schwanzes modifiziert. Die mRNAs werden gespleißt, wobei die nicht-kodierenden Regionen entfernt und die kodierenden zusammengefügt werden, um reife mRNAs herzustellen. Differentielle Spleißmuster und RNA-bindende Proteine regulieren die Genexpression in diesem Stadium.
Nur diejenigen mRNAs, die sich mit RNA-bindenden Proteinen zu Ribonukleoproteinpartikeln verbinden, werden selektiv zur Translation in das Zytoplasma transportiert.
Die translationale Regulation kann spezifisch sein, wobei die Hemmung der Translation einer bestimmten mRNA-Untergruppe durch Wechselwirkungen mit Proteinen, microRNAs und kurzinterferierenden oder siRNAs gesteuert wird.
Im Gegensatz dazu aktiviert oder hemmt die allgemeine translationale Regulation Proteine der Translationsmaschinerie, um alle Transkripte zu beeinflussen.
