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2024-04-24T07:43:21Z

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{{Infobox GO-Terminus
| Typ = P
| GO = 0010467
| Eltern = [[Makromolekül]]-[[Stoffwechsel]]
| Kinder = [[Transkription (Biologie)|Transkription]]<br/>[[RNA-Prozessierung]]<br/>[[Translation (Biologie)|Translation]]<br/>[[Posttranslationale Modifikation|Proteinreifung]]
}}'''Genexpression''', kurz '''Expression''' oder '''Exprimierung''' (von lateinisch ''exprimere'' „ausdrücken“), bezeichnet im weiten Sinn, wie ein [[Gen]] (eine bestimmte genetische Information) zum Ausdruck kommt und in Erscheinung tritt. Durch Genexpression wird der [[Genotyp]] eines [[Organismus]] oder einer [[Zelle (Biologie)|Zelle]] als [[Phänotyp]] ausgeprägt. Im engeren Sinn ist Genexpression die [[Biosynthese]] von [[Protein]]en auf Grund spezifischer genetischer Information (siehe [[Proteinbiosynthese]]). Der Begriff umfasst alle dafür nötigen vorangehenden Prozesse, die mit der [[Transkription (Biologie)|Transkription]] eines [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]]-Abschnittes als Synthese von [[Ribonukleinsäure|RNA]] beginnen.

Die unterschiedliche Genexpression ist bei (genetisch gleichen) eineiigen Zwillingen eine Ursache ihrer geringfügig verschiedenen Phänotypen. Bei genetisch verschiedenen Individuen basieren die Unterschiede im Phänotyp neben der [[Modifikation (Biologie)|Modifikation]] vor allem auf Abweichungen im [[Genom]]. Die zeitlichen und räumlichen Unterschiede der Genexpression werden als [[spatiotemporale Genexpression]] bezeichnet.

== Ablauf ==
{{Hauptartikel|Proteinbiosynthese}}
Die [[Transkription (Biologie)|Transkription]] ist die Synthese von [[Ribonukleinsäure|RNA]] durch [[RNA-Polymerase]]n nach der DNA-Vorlage. Die für Proteine codierenden RNA-Stränge werden [[messenger RNA]] (mRNA) genannt. Bei [[Eukaryoten]] entstehen diese im [[Zellkern]] aus dem [[prä-mRNA|primären nukleären Transkript]] durch [[Prozessierung|RNA-Prozessierung]]. Außer möglicher [[RNA-Interferenz]] und neben eventuellem [[RNA-Editing]] zählt hierzu das [[Spleißen (Biologie)|Spleißen]] sowie das Hinzufügen einer [[Cap-Struktur]] und eines [[Polyadenylierung|Poly(A)-Schwanzes]] vor dem Kernexport. Die folgende [[Translation (Biologie)|Translation]] ist die Synthese eines [[Protein]]s durch [[Ribosomen]] im Cytoplasma anhand der vorliegenden mRNA. Die [[Basensequenz]] der mRNA wird dabei mithilfe von [[transfer RNA]] (tRNA) übersetzt in die codierte [[Aminosäuresequenz]] der erzeugten Polypeptidkette, welche durch [[Proteinfaltung]] die native dreidimensionale [[Proteinstruktur]] gewinnt. In der Regel werden Proteine noch [[Posttranslationale Modifikation|posttranslational modifiziert]].

Allgemeine sowie zell- und entwicklungsspezifische an DNA bindende [[Transkriptionsfaktor]]en regulieren die Transkription. Voraussetzung hierfür ist die Zugänglichkeit der [[Genlocus|Loci]]. Da die DNA nicht nackt, sondern verpackt, gewickelt und gefaltet vorliegt, kann infolge dichter [[Chromatin]]-Struktur ein Gen unzugänglich sein ([[Heterochromatin]]) oder durch Veränderung von Chromatinproteinen der Transkription mehr oder weniger entzogen werden. Derart ist eine transkriptionelle Regulation der Genexpression auch [[Epigenetik|epigenetisch]] möglich.

Zu den posttranskriptionellen Faktoren gehören die Stabilität der mRNA, deren Lokalisation und ihr Abbau, zu den translationalen die Initiation und Elongation an den [[Ribosom]]en sowie die Verfügbarkeit an (beladener) tRNA, während die Stabilität der gebildeten Proteine, deren Wechselwirkungen und eventuelle darüber rückgekoppelte Prozesse die Genexpression dann posttranslational beeinflussen.

== Regulation ==
{{Hauptartikel|Genregulation}}
Generell kann eine Regulation der Genexpression auf verschiedenen Stufen stattfinden. Dabei können – insbesondere bei [[Eukaryoten]] – die genannten [[Prinzip]]ien miteinander in Wechselwirkung treten und so im Zusammenspiel von [[Genetik]] und [[Epigenetik]] noch komplexere [[Genregulation|Regulationsmechanismen]] bilden.

Einige Gene unterliegen keiner derartigen Regulation und werden unabhängig von [[Zelltyp]], [[Zellzyklus|Zellstadium]] und Wachstumsbedingungen dauerhaft gleichmäßig exprimiert. Diese Gene werden ''konstitutiv'' exprimiert, hierzu gehören unter anderem viele [[Haushaltsgen|Housekeeping-Gene]]. Die von ihnen codierten konstitutiven Enzyme halten die grundlegenden Funktionen einer Zelle aufrecht.

== Analyse ==
{{Hauptartikel|Genexpressionsanalyse}}
Eine Vielzahl molekularbiologischer Experimente erlaubt es, die Expression, also die relative oder absolute RNA-Menge, in einer Zelle, einem Gewebe oder einem Entwicklungsstadium zu untersuchen. Hierzu gehören die [[Northern-Blot]]-Analyse, die quantitative [[Reverse Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion]] (qRT-PCR), der [[Protection Assay|RNase Protection Assay]] und die [[In-situ-Hybridisierung]]. Diese Methoden werden zum Nachweis eines oder weniger Transkripte eingesetzt. Dabei ermöglicht es die In-situ-Hybridisierung mit [[Radioaktivität|radioaktiven]], mit [[Digoxigenin|Digoxigenin-markierten]] oder mit [[Fluoreszenz|fluoreszierenden]] [[antisense-RNA]]-Proben die räumliche Transkriptverteilung zu untersuchen. Beabsichtigt man ein großes Spektrum, oder alle RNAs in einer Probe zu bestimmen, spricht man von [[Transkriptom]]ik. Hierunter fällt die [[DNA-Chip-Technologie]] (synonym [[Microarray|DNA-Microarray]]), mit der eine große Zahl zuvor identifizierter Transkripte parallel quantifiziert werden kann. Mit der seriellen Analyse der Genexpression (SAGE, von engl. ''Serial Analysis of Gene Expression'') gibt es eine effektive Methode zur Identifizierung von kurzen [[cDNA]]-Fragmenten, sogenannten ''tags'', die mittels des [[Enzym]]s [[Reverse Transkriptase]] aus [[mRNA]]-Molekülen gewonnen wurden. Die neueste Alternative ist die "Gesamt-Transkriptom-Shotgun-Sequenzierung", auch [[RNA-Seq]] genannt, die hohe Ansprüche an die [[Bioinformatik|bioinformatische]] Auswertung stellt.

Für den Nachweis der bekannten Proteine benötigt man spezifische [[Antikörper]], die in verschiedenen [[Immunassay]]s eingesetzt werden. So erlaubt die [[Western-Blot]]-Analyse Aussagen über die relative Menge und die Größe der zu untersuchenden Proteine. Für quantitative Untersuchungen eignen sich der [[Enzyme-linked Immunosorbent Assay]] (ELISA) und der [[Radioimmunassay]]. Für den Hochdurchsatz wurden [[Microarray|Protein-Microarrays]], auch [[Biochip]]s genannt, entwickelt. Sie erlauben die parallele Analyse einer Vielzahl von Proteinen in einer geringen Menge biologischen Probenmaterials. Mit [[Immunhistochemie|immunhistochemischen]] und immuncytochemischen Untersuchungen wird die räumliche Verteilung von Proteinen untersucht. Analog zum Transkriptom gibt es auch den Versuch das [[Proteom]] von Zellen darzustellen. Die Herausforderungen an die sich schnell entwickelnde [[Proteomik]] sind aber, auch weil die Zahl der verschiedenen Proteine einer Zelle die der Gene um ein Vielfaches übersteigt, viel größer. Wichtigste Nachweisgeräte sind [[Massenspektrometer]], die immer präziser, [[Empfindlichkeit (Analytik)|sensitiver]] und schneller werden.

== Literatur ==
* Nelson C. Lau, David P. Bartel: ''Zensur in der Zelle''. Spektrum der Wissenschaft, Oktober 2003, S. 52–59, {{ISSN|0170-2971}}
* Lubert Stryer: ''Biochemie'', 4. Auflage, Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1996, ISBN 3-86025-346-8, (''V. Replikation und Expression der Gene'', S. 825 ff)
* Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, [[Lubert Stryer]]: ''Biochemistry.'' 5. Auflage. Freeman, New York 2002, ISBN 0-7167-4684-0, [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=books&doptcmdl=DocSum&term=lipids+AND+stryer%5Bbook%5D ''online verfügbar''] beim NCBI Bookshelf.

== Siehe auch ==
* [[Transkription (Biologie)]]
* [[Nukleolus]]
* [[Balbiani-Ring]]

== Weblinks ==
* [https://www.wissenschaft.de/umwelt-natur/gene-mit-dimmer/ ''Gene mit Dimmer.''] Auf: ''wissenschaft.de'' vom 1. Juli 2005
* Peter v. Sengbusch: [https://www1.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d21/21d.htm ''Genexpression Information'']. Uni Hamburg

{{Normdaten|TYP=s|GND=4020136-3}}

[[Kategorie:Genexpression| ]]

Genexpression - Versionsgeschichte

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