Miten solu tietää, mitä proteiineja sen pitää tuottaa?
Onhan esimerkiksi ihosoluilla ja aivosoluilla varsin erilaiset toimintaympäristöt, ja niiden toimintaan tarvitaan eri proteiinit.
Geenien toimintaa siis säädellään, jotta oikeat proteiinit tuotettaisiin oikeissa soluissa oikeaan aikaan.
Aitotumaisten proteiinisynteesiin kuuluu siis transkriptio, silmukointi ja translaatio.
Geenien säätelyä tapahtuu kaikissa näissä vaiheissa:
Transkription säätely
Transkriptio onnistuu vain, kun säätelyproteiinit eli transkriptiotekijät sitoutuvat geenin säätelyalueelle, joko promoottorialueelle tai tehostajajaksoihin.
On olemassa myös erityisiä estäjäproteiineja, jotka toiminnallaan estävät transkription aloituksen.
Silmukoinnin säätely
Solu voi säädellä myös sitä, minkälaisen lähetti-RNA:n Esiaste-RNA tuottaa. Se johtuu siitä, että kaikkia eksoneita ei välttämättä tarvitse liittää lähetti-RNA:han.
Esimerkiksi, jos eksoneita on viisi (A-E), niin erilaisia lähetti-RNA:ita voidaan luoda vaikka yhdistämällä
- ABDE
- ACD
- CDE
- ACE
jne. eksonit toisiinsa. Vaihtoehtoja on siis lukemattomia.
Tätä kutsutaan vaihtoehtoiseksi silmukoinniksi.
Translaation säätely
Vielä translaatiossakin solu voi säädellä geenin toimintaa. Samaa lähetti-RNA:ta voi nimittäin käyttää luomaan useita samanlaisia proteiineja. Joten jos solu tarvitsee erityisen paljon jotain tiettyä proteiinia, sitä koodaavaa lähetti-RNA:ta voidaan lukea uudestaan ja uudestaan.
Epigenetiikka
Sen lisäksi, että solu voi itse säädellä geenejään, myös ympäristötekijät voivat vaikuttaa niiden toimintaan.
Epigenetiikka on tieteenhaara, joka tutkii geenien toiminnan säätelijöitä, jotka voivat muuttua ympäristön vaikutuksesta ja ovat perinnöllisiä, mutta eivät muuta DNA:n emäsjärjestystä.
Perinnöllinen muutos voi johtua esimerkiksi DNA-molekyylin tiiviydestä. Jos DNA on tiiviisti pakattu, niin transkriptiota ei tapahdu, sillä RNA-polymeraasi ei pääse lukemaan DNA:ta. Toisaalta löyhästi pakattua kohtaa luetaan enemmän.
Kromatiinin tiukkuuden säätely perustuu histoni-proteiinien muokkaukseen. Histoni-proteiineja voidaan muokata poistamalla tai lisäämällä niihin esimerkiksi metyyliryhmiä (metyyliryhmän lisäystä kutsutaan metylaatioksi).
Ympäristötekijät vaikuttavat siis epigeneettiseen säätelyyn. Esimerkiksi mehiläispopulaatiossa tulevaa kuningatarta ruokitaan erityisellä kuningatarhyytelöllä. Tämä aine aktivoi toukan tiettyjä geenejä, jotka stimuloivat munasarjojen kehittymisen. Vaikka työmehiläiset ja kuningatar kehittyvät samanlaisista toukista, niiden saama ravinto ohjaa niiden kehitystä.
Nämä muutokset histoni-proteiineissa ovat siis ympäristötekijöiden aiheuttamia, mutta ne voivat periytyä myös jälkeläisille. Näin ollen, toisin kuin aiemmin luultiin, niin ympäristötekijät vaikuttavat jälkeläisiin. Esimerkiksi tutkimuksessa on havaittu, että niukka ravinnonsaanti nuorena vaikutti lastenlasten terveyteen.
RNA
Aiemmin todettiin, että RNA:ta on erilaisia tyyppejä. Niitä on muun muassa:
- lähetti-RNA, joka kopioi itseensä DNA emäsjärjestyksen ja siten vie geenin informaation ribosomille
- siirtäjä-RNA, joka tuo aminohappoja ribosomille
- ribosomaalinen RNA, jonka pinnalla proteiinisynteesi tapahtuu
- ei-koodaava-RNA, joka osallistuu geenien säätelyyn, esimerkiksi mikro-RNA, joka säätelee lähetti-RNA:n toimintaa