Geenin toiminnalliset komponentit
Jokainen geeni koostuu useista toiminnallisista komponenteista, joista kukin osallistuu geenin ilmentymisprosessin eri osa-alueisiin (kuva 2-1). Laajasti ottaen toiminnallisia pääyksiköitä on kuitenkin kaksi: promoottorialue ja koodaava alue.
Kuva 2-1
Geeniekspressio. Geenin DNA transkriboituu mRNA:ksi, joka puolestaan käännetään proteiiniksi. Geenin toiminnalliset osat on kaavamaisesti esitetty tässä. Geenin alueita, joiden on määrä esiintyä kypsässä mRNA:ssa, kutsutaan eksoneiksi, ja (lisää…)
Promoottorialue ohjaa sitä, milloin ja missä kudoksessa geeni ilmentyy. Esimerkiksi globiinigeenin promoottorit vastaavat niiden ilmentymisestä erytroidisoluissa eikä aivosoluissa. Miten tämä kudosspesifinen ilmentyminen saavutetaan? Geenin promoottorialueen DNA:ssa on erityisiä rakenneosia, nukleotidisekvenssejä (ks. ”Rakenteellisia näkökohtia” jäljempänä), jotka mahdollistavat geenin ilmentymisen vain sopivassa solussa. Nämä ovat globiinigeenin elementit, jotka ohjaavat erytroidisolua transkriboimaan globiinin mRNA:ta kyseisestä geenistä. Näitä rakenteita kutsutaan cis-toimiviksi elementeiksi, koska ne sijaitsevat samassa DNA-molekyylissä kuin geeni. Joissakin tapauksissa muut kudostyyppikohtaiset cis-toimivat elementit, joita kutsutaan tehostimiksi, sijaitsevat samassa DNA-molekyylissä, mutta suurella etäisyydellä geenin koodaavasta alueesta.6,7 Asianmukaisessa solussa cis-toimivat elementit sitovat proteiinitekijöitä, jotka ovat fyysisesti vastuussa geenin transkriptiosta. Näitä proteiineja kutsutaan trans-aktiivisiksi tekijöiksi, koska ne sijaitsevat solun ytimessä, erillään geenin sisältävästä DNA-molekyylistä. Esimerkiksi aivosoluilla ei olisi oikeita trans-aktiivisia tekijöitä, jotka sitoutuisivat β-globiinin promoottoriin, ja siksi aivosolut eivät ilmentäisi globiinia. Niillä olisi kuitenkin trans-aktiivisia faktoreita, jotka sitoutuvat neuronispesifisiin geenipromoottoreihin.
Geenin proteiinin rakenne määräytyy geenin koodaavan alueen mukaan. Koodaava alue sisältää tiedon, joka ohjaa erytroidisolua kokoamaan aminohapot oikeassa järjestyksessä β-globiiniproteiinin valmistamiseksi. Miten tämä aminohappojen järjestys määritellään? Kuten jäljempänä kuvataan yksityiskohtaisesti, DNA on lineaarinen polymeeri, joka koostuu neljästä erillisestä alayksiköstä, joita kutsutaan nukleotideiksi. Geenin koodaavalla alueella nukleotidien lineaarinen sekvenssi koodaa proteiinin aminohapposekvenssin. Tämä geneettinen koodi on triplettimuodossa siten, että jokainen kolmen nukleotidin ryhmä koodaa yhtä aminohappoa. Neljästä nukleotidista voidaan muodostaa 64 triplettia, jotka ylittävät 20 erilaista aminohappoa, joita käytetään proteiinien valmistuksessa. Tämä tekee koodista degeneroituneen ja mahdollistaa sen, että jotkin aminohapot voidaan koodata useilla eri tripleteillä.8 Minkä tahansa geenin nukleotidisekvenssi voidaan nyt määrittää (ks. jäljempänä). Kääntämällä koodi voidaan johtaa ennustettu aminohapposekvenssi geenin koodaamalle proteiinille.