Genomet, den kompletta uppsättningen av DNA i en organism, är inte en statisk sträng av nukleotider. Snarare är det en mycket dynamisk struktur som ständigt viks, loopas och omarrangeras. Dessa förändringar i genomets 3D-struktur kan ha en djupgående inverkan på hur gener uttrycks.
DNA-struktur och genuttryck
DNA-dubbelhelixen består av två strängar av nukleotider, som var och en består av en sockermolekyl, en fosfatmolekyl och en av fyra kvävebaser:adenin (A), tymin (T), cytosin (C) och guanin (G). ). Sekvensen av dessa baser längs DNA-strängen kodar för den genetiska information som överförs från föräldrar till avkomma. Gener är specifika regioner av DNA som kodar för proteiner, byggstenarna i allt levande.
Strukturen av DNA är avgörande för genuttryck. DNA-dubbelhelixen måste lindas av och separeras i två enkelsträngar för att generna ska kunna läsas av cellens proteintillverkningsmaskineri. Denna process kallas transkription. Det enkelsträngade DNA:t används sedan som mall för att syntetisera en budbärar-RNA (mRNA)-molekyl, som bär den genetiska informationen till ribosomen, där den översätts till ett protein.
Genomets 3D-struktur
DNA-dubbelhelixen existerar inte isolerat i cellen. Snarare är det förpackat i kromatin, ett komplex av DNA och proteiner. Kromatin är vidare organiserat i kromosomer, som är trådliknande strukturer som är synliga i mikroskop.
3D-strukturen av kromatin och kromosomer är mycket dynamisk. Det kan förändras som svar på en mängd olika faktorer, inklusive cellens miljö, stadiet i cellcykeln och uttrycket av specifika gener. Förändringar i genomets 3D-struktur kan påverka generernas tillgänglighet till cellens proteintillverkningsmaskineri och kan därmed kontrollera genuttryck.
Kromatinets roll i genuttryck
Kromatinstrukturen kan antingen främja eller undertrycka genuttryck. Eukromatin är en löst packad form av kromatin som är mer tillgänglig för transkriptionsmaskineriet, och därför är det mer sannolikt att gener i eukromatin uttrycks. Heterokromatin är en mer tätt packad form av kromatin som är mindre tillgänglig för transkriptionsmaskineriet, och därför är det mindre sannolikt att gener i heterokromatin uttrycks.
Packningen av DNA i kromatin hjälper också till att reglera tidpunkten för genuttryck. Till exempel är gener som är nödvändiga för cellöverlevnad vanligtvis lokaliserade i eukromatin, så att de kan uttryckas hela tiden. Gener som bara behövs under specifika förhållanden, såsom gener som är involverade i utveckling eller svar på stress, är vanligtvis lokaliserade i heterokromatin, så att de kan slås på eller av efter behov.
Kromosomernas roll i genuttryck
Kromosomer är också involverade i att reglera genuttryck. Placeringen av en gen på en kromosom kan påverka dess uttryck. Till exempel är det mer sannolikt att gener som finns nära centromeren, den centrala delen av kromosomen, kommer att uttryckas än gener som är belägna nära telomererna, kromosomernas ändar.
Genomets 3D-struktur är en komplex och dynamisk egenskap hos celler som spelar en avgörande roll för att reglera genuttryck. Genom att förstå hur genomets 3D-struktur är organiserad och hur den förändras kan vi få en bättre förståelse för hur gener kontrolleras och hur sjukdomar utvecklas.
