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2026-03-21T16:49:25Z

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[[Bild:Gene Regulatory Network.jpg|mini|360px|Struktur eines Genregulationsnetzwerks]]
[[Bild:Gene Regulatory Network 2.jpg|mini|360px|Regelungsprozess eines Genregulationsnetzwerks]]
Ein '''Genregulationsnetzwerk''' ('''GRN''') ist eine Ansammlung aus [[Desoxyribonukleinsäure|DNS]]-Segmenten in einer [[Zelle (Biologie)|Zelle]], die in direkte oder indirekte [[Interaktion]] miteinander (durch ihre [[Ribonukleinsäure|RNS-]] und [[Protein]]-Botenstoffe) oder mit anderen Substanzen in der Zelle treten, wobei sie die Frequenz, mit der die [[Gen]]e im Netzwerk in [[mRNS]] transkribiert werden, steuern.

Gewöhnlich produziert jedes mRNS-[[Molekül]] ein spezifisches Protein (oder einen spezifischen Proteinsatz). Zum einen kann das Protein Strukturinformationen enthalten und sich an der [[Zellmembran]] oder innerhalb der Zelle anlagern, um ihr bestimmte strukturelle Eigenschaften zu verleihen. Zum anderen kann das Protein ein [[Enzym]] sein, z. B. eine Mikro-Maschine, die als [[Katalysator]] einer bestimmten Reaktion auftritt, beispielsweise der Aufspaltung von Nährstoffen oder [[Toxin]]en. Andere Proteine wiederum dienen ausschließlich der Aktivierung anderer Gene, und es sind diese [[Transkriptionsfaktor]]en, die die Hauptrolle in regulativen Netzwerken oder Wirkungsketten spielen. Indem sie sich an die [[Promotor (Genetik)|Promotoren]]-Regionen am Anfang anderer Gene binden, aktivieren sie diese und somit die Produktion weiterer Proteine und so weiter. Bestimmte Transkriptionsfaktoren dienen auch der Unterbindung.

In einzelligen Organismen reagieren die regulativen Netzwerke auf die Umgebung, um die Überlebenschancen der Zelle in dieser Umgebung für eine bestimmte Zeit zu maximieren. So wird etwa eine [[Hefezelle]], die sich in einer [[Zuckerlösung]] befindet, Gene aktivieren, um den Zucker in [[Ethanol]] umzuwandeln. Dieser Prozess, den wir mit der Herstellung von Wein in Verbindung bringen, ist der Lösungsansatz der Hefezelle, um ihr Überleben zu sichern, um [[Energie]] zur Vermehrung zu produzieren, die unter normalen Umständen ihre Überlebensaussichten verbessern würde.

Bei vielzelligen Tieren wird dasselbe Prinzip zum Zwecke genetischer Wirkungsketten genutzt, die die Körperform kontrollieren. Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, resultieren daraus zwei Zellen, die, obschon sie dasselbe [[Genom]] enthalten, sich darin unterscheiden können, welche Gene aktiviert sind, und Proteine produzieren. Manchmal sorgt ein [[Positive Rückkopplung|„sich selbst verstärkender Kreislauf“]] dafür, dass eine Zelle ihre genetische Identität behält und weitergibt. Bisher weniger verstanden sind die Mechanismen der [[Epigenetik]], bei der die Modifizierung des [[Chromatin]]s ein [[zelluläres Gedächtnis]] durch die Verhinderung oder Ermöglichung von Transkriptionen möglich macht. Eine häufige Eigenschaft vielzelliger Tiere ist die Nutzung [[morphogen]]er [[Gradient]]en, die ihrerseits ein System zur Weitergabe der Position an eine Zelle bereitstellen, also dafür sorgen, dass die Zelle weiß, wo im Körper sie sich befindet und sich zu einer entsprechenden Zelle entwickeln kann. Ein Gen, das in der einen Zelle aktiviert wurde, kann diese verlassen und in benachbarte Zellen [[Diffusion|hineindiffundieren]] und nach Eintritt dort Gene aktivieren, soweit diese eine bestimmte Stufe in ihrer Entwicklung bereits erreicht haben. Diese Zellen erhalten dann eine neue Bestimmung und können sogar ihrerseits andere [[Morphogen]]e produzieren, die an die Ausgangszelle ein Feedback-Signal übermitteln. Über größere Distanzen hinweg können Morphogene den aktiven Prozess der [[Signaltransduktion]] nutzen.
Derartige Signale kontrollieren etwa die [[Embryogenese]], die Realisierung der „genetischen Blaupause“ für den Aufbau eines kompletten [[Organismus]] von Anfang an und über eine Reihe sequenzierter Arbeitsschritte hinweg. Sie kontrollieren auch die Zellregeneration des ausgewachsenen Körpers durch den Austausch wechselseitigen Feedbacks zwischen den Zellen, wobei das Ausbleiben dieses Feedbacks aufgrund von Mutationen verantwortlich für die Entstehung von Zellwucherungen sein kann, bekannt als [[Krebs (Medizin)|Krebs]]. Neben der Schaffung neuer organischer Strukturen aktiviert die genetische Wirkungskette auch Gene, die strukturelle Proteine erzeugen, die jeder Zelle die physischen Eigenschaften geben, die sie braucht. Es wurde bisher vermutet, da biomolekulare Interaktionsmuster einer [[intrinsisch]] veranlagten [[Wahrscheinlichkeit]] unterliegen, dass genetische Netzwerke das Ergebnis zellulärer Prozesse sind, und nicht ihre Ursache (vgl. zellulärer Darwinismus). Wie dem auch sei, neueste experimentelle Ergebnisse legen die These der Zelldetermination nahe.

Genregulationsnetzwerke werden mit bioinformatischen Methoden im Ergebnis der [[Genexpressionsanalyse]] in Verbindung mit Vorwissen aus [[Molekularbiologie|molekularbiologischen]] Datenbanken identifiziert. Diese datenbasierte Netzwerkmodellierung wird [[Netzwerkinferenz]] oder – in Anlehnung an die Rekonstruktion in technischer Systeme – auch [[Reverse Engineering]] genannt.

== Literatur ==
* Kristin Missal: ''Modellierung von Reverse Engineering Strategien zur Identifizierung genetischer Netzwerke aus unvollständigen Genexpressionsdaten.'' Diplomarbeit. Universität Leipzig. 2003. [http://lips.informatik.uni-leipzig.de/files/2003-11.pdf Volltext] (PDF-Datei; 1,75 MB)
* Antje Müller: ''Reverse Engineering Methoden zur Rekonstruktion von Genregulationsnetzwerken aus Genexpressionsdaten''. Diplomarbeit Leipzig 2004. [http://lips.informatik.uni-leipzig.de/files/2004-48.pdf Volltext] (PDF-Datei; 1,40 MB)

[[Kategorie:Genetik]]

Genregulationsnetzwerk - Versionsgeschichte

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