11.1
Cell Specific Gene Expression
Every cell in the body of a multicellular organism possesses the same DNA; however, different cell types have notable structural and functional differences which can be attributed to the differential expression of genes in the cell.
Additionally, specific cells express different genes over time due to changes in the cell or organism. The variety of RNA and proteins produced enables cells to carry out their unique functions at the appropriate times.
Liver cells, called hepatocytes, express a different set of genes compared to neurons.
For example, liver cells produce alcohol dehydrogenase, an enzyme that breaks down toxic alcohols into acetaldehyde, which then can further be metabolized to produce carbon dioxide and water.
In contrast, neurons produce neurexins, a group of proteins in the brain that helps transmit information from one neuron to an adjacent one.
Cells have mechanisms to control gene expression at multiple regulatory steps before, during, and after transcription and translation. However, transcriptional regulators are common because it prevents the synthesis of mRNA transcripts.
During liver development in humans, the transcription factors C/EBP α, C/EBP β, and Hepatocyte Nuclear Factor-1 contribute to the liver-specific expression of alcohol dehydrogenase genes.
Gene expression is also regulated in response to the extracellular environment.
When blood glucose levels decrease, the pancreas secretes the hormone glucagon. When exposed to glucagon, liver cells express phosphoenolpyruvate carboxykinase, a protein required for the production of glucose from non-carbohydrate precursors.
Meercellige organismen bevatten een verscheidenheid aan structureel en functioneel verschillende celtypen, maar het DNA in alle cellen is afkomstig van dezelfde oudercellen. De verschillen in de cellen kunnen worden toegeschreven aan de differentiële genexpressie. Levercellen, waarvan de functies ontgifting van bloed, productie van gal om vetten te metaboliseren en synthese van eiwitten die essentieel zijn voor de stofwisseling omvatten, moeten een specifieke reeks genen tot expressie brengen om hun functies uit te voeren. Genexpressie varieert ook met de ontwikkelingsstadia. Voorafgaand aan de differentiatie tot levercellen brengen de cellen genen tot expressie die betrokken zijn bij de celcyclus, DNA-replicatie en proliferatie. Later in de ontwikkeling komen genen die betrokken zijn bij epitheliale differentiatie en bloedstolling in hoge mate tot expressie. Zodra cellen differentiëren tot hepatocyten, neemt de expressie van genen die betrokken zijn bij leverspecifieke functies toe, zoals die welke betrokken zijn bij het lipidenstofwisseling en de cholesterolregulatie.
Genexpressie kan op veel punten worden gereguleerd, waaronder transcriptie, translatie, RNA-verwerking en -transport, en post-translationele modificaties. Gebruikelijke methoden voor het reguleren van expressie zijn factoren die rechtstreeks aan DNA binden om de transcriptie van een bepaald gen te reguleren. Genexpressie in de lever kan onder meer worden gereguleerd door de transcriptiefactoren C/EBPα, C/EBPβ en Hepatocyte Nuclear Factor-1. Regulatie kan vóór transcriptie plaatsvinden door de histonen in chromatine te veranderen. Deze modificaties resulteren in het losmaken of strakker worden van de DNA-structuur, waardoor respectievelijk transcriptionele regulatoren toegang tot het DNA worden verhinderd of mogelijk gemaakt. Verschillende celtypen hebben verschillende covalente modificaties en histonvarianten, wat resulteert in de variatie in gentoegankelijkheid.
Cellen zijn onderhevig aan veranderingen in de omgeving en brengen verschillende genen tot expressie als reactie op deze extracellulaire stimuli. Glucose is een belangrijke energiebron, en omdat de concentratie ervan in de bloedbaan fluctueert, moet een organisme reageren met passende veranderingen in de genexpressie en eiwitexpressie. Wanneer de bloedsuikerspiegel daalt, scheidt de alvleesklier het hormoon glucagon af. Dit hormoon signaleert de lever om de productie van fosfoenolpyruvaatcarboxykinase (PEPCK) te initiëren, een eiwit dat nodig is om glucose te produceren uit niet-koolhydraatvoorlopers. Glucagon induceert de transcriptie van dit gen door de transcriptiefactoren C/EBPα en C/EBPβ indirect te stimuleren om aan de PEPCK-promoter te binden. Wanneer de bloedsuikerspiegel hoog is, scheidt de alvleesklier het hormoon insuline af; het PEPCK-gen heeft een op insuline reagerende sequentie die de transcriptie ervan remt.
Every cell in the body of a multicellular organism possesses the same DNA; however, different cell types have notable structural and functional differences which can be attributed to the differential expression of genes in the cell.
Additionally, specific cells express different genes over time due to changes in the cell or organism. The variety of RNA and proteins produced enables cells to carry out their unique functions at the appropriate times.
Liver cells, called hepatocytes, express a different set of genes compared to neurons.
For example, liver cells produce alcohol dehydrogenase, an enzyme that breaks down toxic alcohols into acetaldehyde, which then can further be metabolized to produce carbon dioxide and water.
In contrast, neurons produce neurexins, a group of proteins in the brain that helps transmit information from one neuron to an adjacent one.
Cells have mechanisms to control gene expression at multiple regulatory steps before, during, and after transcription and translation. However, transcriptional regulators are common because it prevents the synthesis of mRNA transcripts.
During liver development in humans, the transcription factors C/EBP α, C/EBP β, and Hepatocyte Nuclear Factor-1 contribute to the liver-specific expression of alcohol dehydrogenase genes.
Gene expression is also regulated in response to the extracellular environment.
When blood glucose levels decrease, the pancreas secretes the hormone glucagon. When exposed to glucagon, liver cells express phosphoenolpyruvate carboxykinase, a protein required for the production of glucose from non-carbohydrate precursors.
- Genexpressie - Proces waarbij de DNA-sequentie van een gen wordt omgezet in functionele producten.
- Celdifferentiatie - Een biologisch proces waarbij een cel van het ene type verandert in een ander, vaak meer gespecialiseerd type.
- Celspecifieke expressie - Hoe verschillende genen worden uitgedrukt in verschillende celtypen, wat bijdraagt aan cellulaire diversiteit.
- Specifieke eiwitten - Unieke eiwitten die ontstaan uit genexpressie en die celdifferentiatie beïnvloeden.
- Meercellig organisme - Een organisme dat bestaat uit meer dan één cel, allemaal met hetzelfde genoom.
- Defineer Genexpressie - Het proces waarbij gegevens van een gen worden gebruikt om een functioneel product te creëren (bijv. een eiwit).
- Contrast Celdifferentiatie vs Genexpressie - Onderzoek de relatie tussen de specialisatie van een cel en zijn genactiviteit (bijv. hoe specifieke eiwitten celdifferentiatie beïnvloeden).
- Onderzoek Genexpressie - Begrijp waarom bepaalde genen worden geactiveerd en andere inactief zijn in verschillende cellen (bijv. waarom spiergenen 'uitgeschakeld' zijn in hersencellen).
- Leg Specifieke Eiwitten uit - Beschrijf hoe specifieke eiwitten bijdragen aan celdifferentiatie en welke rol ze spelen in het organisme.
- Toepassen in Context - Bespreek de betekenis van specifieke genexpressie in de functie en ontwikkeling van meercellige organismen.
- Wat is genexpressie en hoe draagt dit bij aan celdifferentiatie?
- Waarom moeten cellen controleren welke genen ze tot expressie brengen?
- Welke rol spelen specifieke eiwitten bij het mediëren van celfuncties?
From Chapter 11:
Now Playing
11.1 : Cell Specific Gene Expression
Control of Gene Expression
5.1K Views
11.2 : Regulation of Expression Occurs at Multiple Steps
Control of Gene Expression
3.6K Views
11.3 : Cis-regulatory Sequences
Control of Gene Expression
3.3K Views
11.4 : Cooperative Binding of Transcription Regulators
Control of Gene Expression
1.9K Views
11.5 : Prokaryotic Transcriptional Activators and Repressors
Control of Gene Expression
10.1K Views
11.6 : The Eukaryotic Promoter Region
Control of Gene Expression
3.7K Views
11.7 : Co-activators and Co-repressors
Control of Gene Expression
2.5K Views
11.8 : Master Transcription Regulators
Control of Gene Expression
1.9K Views
11.9 : Regulated mRNA Transport
Control of Gene Expression
2.6K Views
11.10 : mRNA Stability and Gene Expression
Control of Gene Expression
2.7K Views
11.11 : MicroRNA's
Control of Gene Expression
3.3K Views
11.12 : Small interfering RNAs (siRNA)
Control of Gene Expression
4.5K Views
11.13 : lncRNA - Long Non-coding RNAs
Control of Gene Expression
2.8K Views
11.14 : Epigenetische regulatie
Control of Gene Expression
4.0K Views