基因表达是指将来自基因的遗传信息合成功能性基因产物的过程。基因表达产物通常是蛋白质,所有已知的生命,都利用基因表达来合成生命的大分子。基因表达产物通常是蛋白质,但是非蛋白质编码基因如转移RNA(tRNA)或小核RNA(snRNA)基因的表达产物是功能性RNA。所有已知的生命,无论是真核生物(包括多细胞生物)、原核生物(细菌和古细菌)或病毒,都利用基因表达来合成生命的大分子。
基因表达可以通过对其中的几个步骤,包括转录,RNA剪接,翻译和翻译后修饰,进行调控来实现对基因表达的调控。基因调控赋予细胞对结构和功能的控制,基因调控是细胞分化、形态发生以及任何生物的多功能性和适应性的基础。基因调控也可以作为进化改变的底物,因为控制基因表达的时间、位置和量可以对基因在细胞或多细胞生物中的功能(作用)产生深远的影响。在遗传学中,基因表达是基因型产生表型的最基本水平。存储在DNA中的遗传密码通过基因表达得到“翻译”,并且基因表达的特性产生生物体的表型。因此,基因表达的调节对于生物体的发育至关重要。
基因表达的调控途径有哪些?
可分为三种主要途径:
1)遗传调控(转录因子与靶标基因的直接相互作用);
2)调控转录因子与转录机制相互作用
3)表观遗传调控(影响转录的DNA结构的非序列变化)。
通过转录因子直接调控靶标DNA表达是最简单和最直接的转录调控改变转录水平的方法。基因的编码区周围通常都具有几个蛋白质结合位点,具有调节转录的特定功能。常见的调控蛋白质与DNA结合的位点有增强子、绝缘子和沉默子。调节转录的机制非常多样,可以阻断DNA上与RNA聚合酶结合的关键位点,也可以充当激活剂辅助RNA聚合酶结合来促进转录。
转录因子的活性进一步受到细胞内信号的调节,引起蛋白质翻译后修饰,包括磷酸化\乙酰化或糖基化。这些变化影响转录因子直接或间接转录因子与启动子DNA的 结合、RNA聚合酶的募集以及新合成RNA分子的延伸。真核生物中的核膜通过允许这些转录因子在细胞核中存在的持续时间来进一步调控转录环境刺激或内分泌信号可能导致调节蛋白的修饰,引发细胞内信号的级联,导致基因表达的调节。