Back to chapter

10.1:

Hücre Spesifik Gen Ekspresyonu

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Cell Specific Gene Expression

Languages

Share

Çok hücreli bir organizmanın vücudundaki her hücre aynı DNA’ya sahiptir. Bununla birlikte, farklı hücre tipleri, önemli yapısal ve işlevsel farklılıklara sahiptir;bu farklılıklar, hücrede genlerin farklı şekilde ekspresyonundan kaynaklanır. Ek olarak, belirli bazı hücreler, hücre veya organizmadaki değişiklikler nedeniyle zaman içinde farklı genleri eksprese eder.Üretilen RNA ve proteinlerin çeşitliliği, hücrelerin kendilerine has işlevlerini uygun zamanlarda yerine getirmesini sağlar. Hepatositler adı verilen karaciğer hücreleri, nöronlardan farklı bir gen grubunu eksprese eder. Örneğin, karaciğer hücreleri, toksik alkolleri, karbondioksit ve su üretmek için daha da metabolize edilebilen asetaldehite parçalayan bir enzim olan alkol dehidrogenazı üretir.Buna karşılık nöronlar, beyinde bir nörondan komşusuna bilgi aktarımına yardım eden bir grup protein olan nöreksinleri üretir. Hücreler, transkripsiyon ve translasyondan önce, bu işlemler sırasında ve bu işlemlerin sonrasında birçok düzenleyici adımda gen ekspresyonunu kontrol eden mekanizmalara sahiptir. Bununla birlikte, transkripsiyonel düzenleyiciler yaygındır;çünkü mRNA transkriptlerinin sentezini önlerler.İnsanlarda karaciğer gelişimi sırasında, C/EBP-alfa, C/EBP-beta transkripsiyon faktörleri ve hepatosit çekirdek faktör-1, alkol dehidrojenaz genlerinin karaciğere özgü ekspresyonunda rol oynar. Gen ekspresyonu, hücre dışı ortama tepki olarak da regüle edilir. Kan şekeri seviyeleri düştüğünde, pankreas, glukagon hormonu salgılar.Glukagona maruz kalan karaciğer hücreleri, karbonhidrat harici öncüllerden glikoz üretimi için gerekli bir protein olan fosfoenolpiruvat karboksikinazı eksprese eder.

10.1:

Hücre Spesifik Gen Ekspresyonu

Çok hücreli organizmalar çeşitli yapısal ve işlevsel olarak farklı hücre tipleri içerir, ancak tüm hücrelerdeki DNA aynı ana hücrelerden kaynaklanır. Hücrelerdeki farklılıklar diferansiyel gen ekspresyonuna bağlanabilir. İşlevleri kanın detoksifikasyonu, yağları metabolize etmek için safra üretimi ve metabolizma için gerekli proteinlerin sentezini içeren karaciğer hücreleri, işlevlerini yerine getirmek için belirli bir gen kümesini ifade etmelidir. Gen ekspresyonu da gelişim aşamalarına göre değişir. Karaciğer hücrelerine farklılaşmadan önce, hücreler Hücre döngüsünde, DNA replikasyonunda ve proliferasyonunda yer alan genleri eksprese eder. Daha sonra gelişimde, epitel farklılaşmasında ve kan pıhtılaşmasında rol oynayan genler yüksek oranda eksprese edilir. Hücreler hepatositlere farklılaştıktan sonra, lipid metabolizması ve kolesterol regülasyonunda rol oynayanlar gibi karaciğere özgü fonksiyonlarda yer alan genlerin ekspresyonu artar.

Gen ekspresyonu, transkripsiyon, translasyon, RNA işleme ve taşıma ve translasyon sonrası modifikasyonlar dahil olmak üzere birçok noktada düzenlenebilir. Ekspresyonu düzenlemenin yaygın yöntemleri, belirli bir genin transkripsiyonunu düzenlemek için doğrudan DNA'ya bağlanan faktörlerdir. Karaciğerdeki gen ekspresyonu, diğerleri arasında transkripsiyon faktörleri C/EBPα, C/EBPβ ve Hepatosit Nükleer Faktör-1 ile düzenlenebilir. Düzenleme, kromatinde bulunan histonları değiştirerek transkripsiyondan önce ortaya çıkabilir. Bu modifikasyonlar, DNA yapısının gevşemesine veya sıkılmasına neden olur, böylece transkripsiyonel düzenleyicilerin DNA'ya erişmesini önler veya izin verir.   farklı hücre tipleri, farklı kovalent modifikasyonlara ve histon varyantlarına sahiptir, bu da gen erişilebilirliğinde bir değişikliğe neden olur.

Hücreler çevresel değişikliklere tabidir ve bu hücre dışı uyaranlara yanıt olarak farklı genleri eksprese eder. Glikoz önemli bir enerji kaynağıdır ve kan dolaşımındaki konsantrasyonu dalgalandıkça, bir organizma gen ve protein ekspresyonunda uygun değişikliklerle cevap vermelidir. Kan şekeri seviyeleri düştüğünde, pankreas glukagon hormonunu salgılar. Bu hormon, karaciğere, karbonhidrat olmayan öncüllerden glikoz üretmek için gerekli bir protein olan fosfoenolpiruvat karboksikinaz (PEPCK) üretimini başlatması için sinyal verir. Glukagon, pepck promotörüne bağlanmak için transkripsiyon faktörlerini   C/EBPα ve C/EBPβ dolaylı olarak uyararak bu genin transkripsiyonunu indükler. Kan şekeri seviyeleri yüksek olduğunda, pankreas insülin hormonunu salgılar; PEPCK geni, transkripsiyonunu inhibe eden insüline duyarlı bir sekansa sahiptir.

Suggested Reading

  1. Alberts et al., 6th edition; pages 369-374.
  2. Lodish et al., 8th edition; pages 363- 364
  3. Park, Edwards A. Austin L. Gurney, Steven E. Nizielski, Parvin Hakimi, Zhodan Caot, Antoon MoormanY, and Richard W. Hanson. “Relative Roles of CCAAT/Enhancer-binding Protein β and cAMP Regulatory Element-binding Protein in Controlling Transcription of the Gene for Phosphoenolpyruvate Carboxykinase (GTP)” Journal of Biological Chemistry 268, No. 1, (1993): 613-619