Functional Components of the Gene
Elk gen bestaat uit verschillende functionele componenten, die elk betrokken zijn bij een ander facet van het proces van genexpressie (Figuur 2-1). In het algemeen zijn er echter twee belangrijke functionele eenheden: de promotorregio en de coderende regio.
Figuur 2-1
Genexpressie. Het DNA van een gen wordt getranscribeerd in mRNA, dat op zijn beurt wordt vertaald in eiwit. De functionele componenten van een gen zijn hier schematisch weergegeven. Delen van het gen die bestemd zijn om in rijp mRNA te worden vertegenwoordigd, worden exonen genoemd, en (meer…)
De promotorregio bepaalt wanneer en in welk weefsel een gen tot expressie komt. Bijvoorbeeld, de promotors van het globine-gen zijn verantwoordelijk voor de expressie in erytroïde cellen en niet in hersencellen. Hoe wordt deze weefselspecifieke expressie bereikt? In het DNA van de promotor regio van het gen zijn er specifieke structurele elementen, nucleotide sequenties (zie “Structurele overwegingen” hieronder), die het mogelijk maken dat het gen alleen tot expressie komt in een geschikte cel. Dit zijn de elementen in het globine-gen die een erytroïde cel opdragen globine-mRNA van dat gen te transcriberen. Deze structuren worden cis-werkende elementen genoemd omdat zij zich op dezelfde DNA-molecule bevinden als het gen. In sommige gevallen bevinden andere weefseltype-specifieke cis-werkende elementen, enhancers genoemd, zich op dezelfde DNA-molecule, maar op grote afstand van de coderende regio van het gen.6,7 In de juiste cel binden de cis-werkende elementen eiwitfactoren die fysisch verantwoordelijk zijn voor de transcriptie van het gen. Deze eiwitten worden trans-acterende factoren genoemd omdat zij zich in de celkern bevinden, gescheiden van de DNA molecule die het gen bevat. Hersencellen zouden bijvoorbeeld niet de juiste trans-werkende factoren hebben die zich binden aan de β-globine promoter, en daarom zouden hersencellen geen globine tot expressie brengen. Zij zouden echter trans-acterende factoren hebben die zich binden aan neuron-specifieke genpromotors.
De structuur van het eiwit van een gen wordt gespecificeerd door het coderende gebied van het gen. De coderende regio bevat de informatie die een erythroïde cel leidt om aminozuren in de juiste volgorde te assembleren om het β-globine eiwit te maken. Hoe wordt deze volgorde van aminozuren gespecificeerd? Zoals hieronder in detail wordt beschreven, is DNA een lineair polymeer dat bestaat uit vier te onderscheiden subeenheden, nucleotiden genaamd. In de coderende regio van een gen codeert de lineaire sequentie van nucleotiden de aminozuursequentie van het eiwit. Deze genetische code is in triplet-vorm, zodat elke groep van drie nucleotiden voor één aminozuur codeert. De 64 tripletten die door 4 nucleotiden kunnen worden gevormd zijn groter dan de 20 verschillende aminozuren die worden gebruikt om eiwitten te maken. Hierdoor wordt de code gedegenereerd en kunnen sommige aminozuren door verschillende tripletten worden gecodeerd.8 De nucleotidenvolgorde van elk gen kan nu worden bepaald (zie hieronder). Door de code te vertalen, kan men een voorspelde aminozuursequentie afleiden voor het eiwit dat door een gen wordt gecodeerd.