Intro

Een gen is een functionele eenheid van desoxyribonucleïnezuur (DNA) dat basisinformatie bevat voor de ontwikkeling van de kenmerken van een individu. Tijdens het transcriptieproces wordt uit de DNA-streng een complementaire kopie in de vorm van RNA vervaardigd.

Er zijn verschillende soorten RNA. Tijdens de translatie, een deelproces van de eiwitsynthese, wordt de aminozuurvolgorde van eiwitten afgelezen van het mRNA (boodschapper-RNA). In het lichaam neemt elk eiwit specifieke functies aan waarmee het eigenschappen tot uitdrukking kan brengen. De activiteit van een gen of de expressie ervan kan in individuele cellen anders worden geregeld.

Wilt u 100% van uw DNA decoderen? Nebula Genomics biedt de meest betaalbare sequencing van het volledige genoom! Begin een leven lang ontdekkingen te doen met volledige toegang tot uw genomische gegevens, wekelijkse updates op basis van de nieuwste wetenschappelijke bevindingen, geavanceerde voorouderanalyse en krachtige tools voor het scannen van het genoom. Klik hier voor meer informatie!

Geredigeerd door Christina Swords, Ph.D.

Gen dragen erfelijke eigenschappen over die zich op chromosomen, op specifieke locaties, bevinden. Zij zijn de dragers van genetische informatie die via de voortplanting aan het nageslacht wordt doorgegeven. Alle genetische informatie in een cel, bestaande uit duizenden genen, wordt het genoom genoemd. Het Human Genome Project werd opgericht met als doel de meer dan 20.000 genen in het menselijk genoom volledig te ontcijferen.

Structuur

Op moleculair niveau bestaat een gen uit twee verschillende gebieden:

• Deel van het DNA waaruit een enkelstrengs RNA-kopie wordt geproduceerd door transcriptie.
• Alle extra DNA-segmenten die betrokken zijn bij het regelen van dit kopieerproces.

Er zijn diverse verschillen in de structuur van genen in verschillende levende organismen.

Gen coderen niet alleen voor het mRNA waaruit eiwitten worden vertaald, maar ook voor moleculen die rRNA en tRNA worden genoemd, alsmede voor andere ribonucleïnezuren die andere functies in de cel hebben. Een gen dat codeert voor een eiwit bevat een beschrijving van de aminozuursequentie van dit eiwit. Deze beschrijving is beschikbaar in een chemische taal, d.w.z. in de genetische code in de vorm van de nucleotidenvolgorde van het DNA-molecuul.

De afzonderlijke “ketenschakels” (nucleotiden) van het DNA, gegroepeerd in groepen van drie (tripletten of codons), vormen de “letters” van de genetische code. Het coderende gebied, of alle nucleotiden die rechtstreeks betrokken zijn bij de beschrijving van de aminozuursequentie, wordt het open leeskader genoemd. Een nucleotide bestaat uit één deel fosfaat, één deel desoxyribose (suiker) en één base. Een base is adenine, thymine, guanine of cytosine.

Vóór de transcriptie-eenheid bevinden zich regelgebieden, zoals enhancers of promotors, die de expressie van bepaalde genen verhogen. Afhankelijk van de sequentie binden verschillende eiwitten, zoals transcriptiefactoren en RNA-polymerase, zich hieraan om de transcriptie te starten. DNA-polymerasen daarentegen kopiëren DNA tijdens de celdeling.

Naast het open leeskader dat rechtstreeks voor het eiwit codeert, bevat het mRNA niet-coderende, niet-vertaalde gebieden: de 5′ niet-vertaalde regio (5′ UTR) en de 3′ niet-vertaalde regio (3′ UTR). Deze regio’s dienen om het begin van de translatie te regelen en om de activiteit van ribonucleasen, die RNA afbreken, te reguleren.

De genen van prokaryoten verschillen qua structuur van die van eukaryoten doordat zij geen intronen hebben, een gedeelte van een RNA-transcript dat niet voor eiwitten codeert. Bovendien kunnen verschillende RNA-vormende gensegmenten zeer dicht op elkaar worden aangesloten. Deze staan bekend als polycistronische genen en hun activiteit kan worden geregeld door een gemeenschappelijk regulerend element. Deze groepen, operons genaamd, worden samen getranscribeerd maar vertaald in verschillende eiwitten. Operons zijn typisch voor prokaryoten.

Genen kunnen muteren, d.w.z. spontaan veranderen of door invloeden van buitenaf (b.v. door radioactiviteit). Deze veranderingen kunnen op verschillende plaatsen plaatsvinden. Als gevolg daarvan kan een gen, na een reeks mutaties, bestaan in verschillende toestanden, allelen genaamd.

Een DNA-sequentie kan ook meerdere overlappende genen bevatten. Kopieën geproduceerd tijdens gen duplicatie kunnen identiek zijn in sequentie maar toch verschillend gereguleerd worden, resulterend in verschillende aminozuur sequenties zonder allelen te zijn.

Gen organisatie

In alle levende organismen codeert slechts een deel van het DNA RNA’s. De overige delen van het DNA worden niet-coderend DNA genoemd. Het functioneert in genregulatie en beïnvloedt de architectuur van chromosomen.

De plaats op een chromosoom waar een gen wordt gevonden, wordt een locus genoemd. Bovendien zijn de genen niet gelijkmatig over de chromosomen verdeeld, maar worden zij soms in zogenaamde clusters aangetroffen. Dergelijke clusters kunnen bestaan uit genen die willekeurig dicht bij elkaar liggen, of het kunnen groepen zijn van genen die coderen voor eiwitten die functioneel verwant zijn. Genen waarvan de eiwitten soortgelijke functies hebben, kunnen zich echter ook op verschillende paren chromosomen bevinden.

Er zijn gedeelten in het DNA die voor verschillende eiwitten coderen. De reden hiervoor is de overlapping van open leesramen.

Genactiviteit en regulatie

Genen zijn “actief” wanneer hun informatie in RNA is getranscribeerd, d.w.z. wanneer de transcriptie plaatsvindt. Afhankelijk van de functie wordt mRNA, tRNA of rRNA geproduceerd. In het geval van mRNA kan uit deze activiteit een eiwit worden vertaald.

Genregulatie vindt plaats door het binden en loslaten van eiwitten, transcriptiefactoren genaamd, aan specifieke regio’s van het DNA, zogeheten “regulerende elementen”. Op grotere schaal wordt dit bereikt door methylering of “verpakking” van DNA-segmenten in histoncomplexen.

DNA regulerende elementen zijn ook onderhevig aan variatie. De invloed van veranderingen in de genregulatie zal waarschijnlijk vergelijkbaar zijn met de invloed van mutaties in eiwitcoderende sequenties. Met klassieke genetische methoden, door analyse van overerving en fenotypen, kunnen de effecten van deze mutaties op de overerving meestal niet worden gescheiden.

Speciale genen

RNA-genen in virussen

Hoewel genen als DNA-segmenten in alle op cellen gebaseerde levensvormen aanwezig zijn, zijn er sommige virussen waarvan de genetische informatie in de vorm van RNA is. RNA-virussen infecteren een cel, die onmiddellijk begint met de productie van eiwitten volgens de instructies van het virale RNA; transcriptie van DNA naar RNA is niet nodig. Retrovirussen daarentegen vertalen hun RNA in DNA tijdens de infectie, met behulp van het enzym reverse transcriptase.

Pseudogenen

Een gen in strikte zin is gewoonlijk een sequentie van nucleotiden die de informatie bevat voor een eiwit dat direct functioneel is. Pseudogenen daarentegen zijn kopieën die niet coderen voor een functioneel eiwit van volledige lengte. Vaak zijn deze het resultaat van duplicaties en/of mutaties die, zonder selectie, in het pseudogeen accumuleren en hun oorspronkelijke functie hebben verloren. Sommige lijken echter een rol te spelen bij het reguleren van genactiviteit.

Gene skipping

Zoals transposons bekend, zijn het mobiele delen van genetisch materiaal die zich vrij binnen het DNA van een cel kunnen bewegen. Ze worden uit hun oorspronkelijke plaats in het genoom gesneden en op een andere plaats ingevoegd. Onderzoekers hebben aangetoond dat deze springende genen niet alleen voorkomen in voortplantingscellen, zoals eerder werd aangenomen, maar ook actief zijn in zenuwvoorlopercellen.

U kunt meer te weten komen over de genen in deze bronnen: