11. Regulation der Genexpression

In Eukaryonten dient die Mehrzahl der Gene (RNA-Gene) zur Produktion regulatorisch oder katalytisch aktiver RNA; ein kleinerer Anteil (Protein-Gene) liefert mRNA zur Proteinsynthese. Das Proteom (Gesamtheit der Proteine) variiert je nach Zelltyp; in einer gegebenen Zelle werden nur ≈ 5% aller Protein-Gene exprimiert. Die allermeisten Gene werden über die Frequenz des Transkriptionsstarts gesteuert.

Bei Prokaryonten enthält ein Operon mehrere hintereinander gereihte Gene, welche miteinander reguliert und auf das gleiche mRNA-Molekül transkribiert werden. Das Chromatin der Eukaryonten ist im Grundzustand stillgelegt, die weit verstreuten Gene werden individuell aktiviert: Die Gene besitzen verschiedene Promotoren und zusätzliche genspezifische regulatorische DNA-Abschnitte, darunter auch die weitab vom Promotor liegenden Enhancer und Silencer. Zudem wird die Halbwertszeit der mRNA individuell reguliert. Die Genregulation bei vielzelligen Eukaryonten umfasst einen komplexen qualitativen Aspekt: Wie entwickeln sich aus einer Eizelle die so vielfältig spezialisierten Zellen, die doch alle das gleiche Genom haben? Und wie werden bei Zellteilungen die zelltypischen Merkmale an die Tochterzellen weitergegeben? Diese epigenetische Vererbung, die Weitergabe von Merkmalen, welche nicht in der Basenabfolge der DNA festgelegt sind, kommt zustande durch Methylierung der DNA, Modifikation gewisser Histone und RNA-Interferenz (RNAi).