DNA Basics 3. afsnit: DNA-ekspression

I det sidste indlæg af DNA Basics-serien beskrev vi DNA-strukturen. For at opsummere kort: DNA er hver vores instruktionsmanual.

Nukleotider er bogstaverne;

Sæt af tre nukleotider i træk kaldes codoner og er ordene;

Grupper af codoner, kaldet gener, er sætningerne; og,

Kromosomer er komplette bind af 23-binds instruktionsmanualen – én udgave er arvet fra hver forælder.

Men hvem læser alt dette? Hvem er det der faktisk udfører instruktionerne der står skrevet i manualen?

Vær opmærksom på at dette kapitel går en smule ind i de molekylære detaljer, men hvis du bærer over med os, har du et rigtig solidt fundament for at forstå hvordan DNA-produkter virker; fra etnicitetstest, til at finde biologiske forældre eller børn, og mere.

RNA

Ribonukleinsyre (RNA) ligner DNA på mange måder. Det er også et molekyle bestående af 4 nukleotider – A, U, G og C. A og U er komplementære ligesom A og T er i DNA, og G og C er komplementære som i DNA. RNAs hovedfunktion er at læse DNA. Tænk på DNA som det originale sæt instruktioner skrevet i blæk, og RNA er notaterne skrevet med blyant. RNA kopierer sektioner af DNA – en proces kaldet transskription, hvorefter den vender rundt og samler proteiner baseret på disse notater – en proces kaldet oversættelse.

RNA regulering

RNA er ustabilt. Så snart proteinet er samlet, slettes notaterne, hvilket vil sige at RNA-molekylet falder fra hinanden. Denne ustabilitet af RNA er en vigtig funktion, fordi så længe RNA forbliver i takt, vil flere og flere proteiner blive samlet (DNA-ekspression). Ved at falde fra hinanden relativt hurtigt, er RNA i stand til at regulere hvor meget protein der oversættes. Hvis der kræves meget protein, vil flere RNA-molekyler blive transskriberet fra samme sektion af DNA’et, hvilket fører til oversættelse af mange proteiner.

RNA gennemgår alternativ splejsning. En anden måde, som RNA regulerer udførelsen af instruktionerne i DNA-manualen, er gennem en mekanisme kaldet alternativ splejsning. Betydningen af dette er, at en enkelt instruktion i DNA’et kan transskriberes til RNA, og derefter, inden oversættelsen, kan forskellige sektioner slettes eller udskæres. De resterende sektioner bliver derefter syet sammen.

Kredit: Agatham

For at fungere, har vores kroppe brug for mange forskellige slags proteiner. Hvis hvert enkelt protein havde sin egen instruktion, ville vi have langt mere DNA end de 3 milliarder nukleotidpar vi allerede har! Der er en grænse for, hvor meget materiale der kan blive vedligeholdt. På samme tid, hvis hvert stykke DNA kun kunne producere et enkelt protein, ville vi langt fra have alle de proteiner vi har brug for til at udføre væsentlige funktioner. At en mellemmand mellem DNA og proteiner, RNA, kan redigeres, er en genial løsning.

Typer af RNA

Lad os se nærmere på to slags RNA: mRNA og tRNA.

mRNA er “notaterne skrevet med blyant” som beskrevet ovenfor. Dette er RNA’et, der næsten ser ud som en original sektion af DNA, og som, efter oversættelse, adskilles relativt hurtigt.

tRNA er en speciel type RNA, som læser mRNA’et og samler proteinet. Der er 20 mulige aminosyrer, der anvendes til opbygning af proteiner. Hver af aminosyrerne genkendes af et unikt tRNA-molekyle. Hver gruppe af 3 nukleotider – codoner – er genkendt af et tRNA, som tilføjer dets respektive aminosyre til vækstkæden, indtil hele proteinets længde er blevet samlet.

Proteiner

Når proteinerne er samlet, går de gennem nogle flere ændringer, som f.eks. at blive foldet korrekt. Derefter transporteres de til hvor som helst inden for eller uden for cellen, hvor de er bestemt til at udføre den oprindelige instruktion.

Hvis der laves fejl, og proteinet ikke ender på den måde det burde, bortskaffes det i cellulære skraldespande kaldet proteasomer. Ellers drager det ud for at udføre sit arbejde.

Variabilitet på tværs af etniske grupper

På interessant vis varierer gen-ekspression eller proteinniveauer i nogle tilfælde mellem etniske grupper.

For at give dig et MyHeritage etnicitetsskøn, læser vi dit DNA og producerer en datafil med oplysningerne. Vi læser ikke alle dele af dit DNA, hvilket svarer til omkring 3 milliarder par. Dette er en dyr metode kaldet Hel–genom-sekventering, som i øjeblikket er forbeholdt specifikke kliniske og forskningsapplikationer. I stedet fokuserer vi på at læse ca. 700.000 steder i dit DNA, der er kendt for at variere mellem individer, der kaldes enkeltnukleotidpolymorfi (SNPs, udtalt “snips”). Denne metode kaldes genotypebestemmelse, og den producerer en datafil, som viser hver SNP vi læser, dens position i dit DNA, og de to genotyper vi fandt der (dvs. A, T, G eller C du arvede fra hver af dine forældre). Ved at analysere dine genotyper for bestemte SNP’er, kan vi estimere hvilken procentdel af dit DNA der tilhører hver etnicitet.

Allelfrekvensen af visse SNP’er, f.eks. hvor sandsynligt det er at du har et A eller et T i bestemte positioner, er forbundet med forskellige etniciteter. Nogle SNP’er er forbundet med hvor meget af et bestemt gen der har tendens til at blive udtrykt. Eksempelvis, er der et specifikt protein, der generelt findes i forskellige mængder hos britiske kaukasiske mennesker i forhold til i jamaicanske mennesker, på grund af forskellige etnicitetsrelaterede genotyper.

Det centrale dogme

Gen-ekspression processen – fra DNA til RNA til proteiner – kaldes “det centrale dogme” af forskere. Hvis du har fulgt DNA Basics blog-serien hidtil, har du nu en glimrende forståelse af de essentielle begreber inden for DNA. Vi håber at du vil fortsætte med at læse med når vi fortsætter med at udforske interessante DNA-koncepter i de kommende måneder.