Aarhus Universitet

Intern kommunikation i gener forbedrer genekspressionen

Pressemeddelelse   •   Nov 15, 2010 10:15 CET

Forskere fra Danmarks Grundforskningsfonds ”Centre for mRNP Biogenesis and Metabolism” ved Aarhus Universitet har fundet en mekanisme, hvorigennem start- og slutpunktet af et gen kommunikerer, hvilket fører til en mere effektiv genekspressionsproces. Undersøgelsen øger indsigten i de grundlæggende mekanismer, som driver og styrer genekspressionen i menneskeceller – en indsigt der er afgørende for at forstå og bekæmpe de genetiske sygdomme mennesker rammes af.

I et undersøgelse netop offentliggjort i det amerikanske tidsskrift Molecular Cell beskriver forskerne fra Molekylærbiologisk Institut ved Aarhus Universitet et funktionelt samspil mellem gentransskriptionens første og sidste fase - processer der tidligere mentes at være adskilt både tidsmæssigt og rumligt. Undersøgelsen er hovedsagligt udført i professor Torben Heick Jensen laboratorium af seniorforsker Søren Lykke-Andersen og postdoc Christophe Mapendano.

Baggrundsinformation
Det er altafgørende for livets opretholdelse, at celler kan kontrollere ekspressionen fra individuelle gener på en organiseret og en tilpasningsdygtig måde. Herunder er styringen af antallet af RNA kopier en væsentlig proces, der forvaltes ved at balancere syntese, forarbejdning og nedbrydning af RNA transskripter. De fleste gener - uanset om de er protein- eller RNA-kodende - transskriberes til et 'umodent' RNA molekyle, som bliver forarbejdet på forskellige måder, hvorved det modne og funktionelle RNA bliver dannet.

Tidligere har den generelle opfattelse været, at de nævnte processer finder sted uafhængigt af hinanden og i en bestemt rækkefølge, men forskningen gennem de seneste årtier har vist, at de for de flestes vedkommende er tæt sammenflettede, og at ét trin kan påvirke det næste og omvendt. De nye forskningsresultater beskriver endnu et sådant samspil mellem to processer i RNA transskriptionen. Der er tale om en såkaldt 'positiv feedback kommunikation' mellem afslutningen og ny-igangsættelse af transskriptionen af protein-kodende gener, således at en effektiv afslutning af en transskriptionscyklus gør det nemmere for næste cyklus at starte – formodentlig gennem effektiv genbrug af de enzymer, der er involverede i transskriptionsprocessen. Såkaldte ”gene loops”, som er benævnelsen for fysiske kontakter mellem geners start- og slutpunkter, er allerede velkendte, og disse udgør sandsynlige brohoveder for tilbageførsel og genbrug af transskriptionsenzymerne. De nye resultater beskriver for første gang en direkte funktionel relevans af sådanne fysiske kontakter.

Genekspressionen kan reguleres ved tilstedeværelse eller fravær af den interne kommunikation i gener
Ud fra et simpelt cost-benefit synspunkt giver det mening, at der findes et effektivt system, hvorigennem transskriptionsenzymer kan genanvendes. Det kan være med til at sikre en pålidelig og stabil opretholdelse at genekspressionen. Cellen kan ydermere drage fordel af en sådan funktionel interaktion mellem start- og slutpunkterne af gener, da den derigennem besidder en mulighed for at regulere genekspressionen. Transskriptionen af et givent gen kan fx hurtigt nedsættes ved at bryde forbindelsen mellem genets start- og slutpunkt.

Således forventes det, at der i en nær fremtid opdages eksempler på gener, som reguleres gennem tilstedeværelse eller fravær af den beskrevne interne kommunikation. Resultaterne kan på længere sigt bidrage til forståelsen og bekæmpelse af genetiske sygdomme hos mennesker.

Link til artiklen:

Crosstalk between mRNA 3' End Processing and Transcription Initiation:

Christophe K. Mapendano,1,2,4 , Søren Lykke-Andersen,1,2,4 Jørgen Kjems,2 Edouard Bertrand,3
and Torben Heick Jensen1,2

1)Centre for mRNP Biogenesis and Metabolism
2)Department of Molecular Biology, Aarhus University, C.F. Møllers Allé 3, Building 1130, DK-8000 Aarhus, Denmark
3)Institute of Molecular Genetics of Montpellier, Unité Mixte de Recherche 5535, Centre National de la Recherche Scientifique, 34293, Montpellier, France
4)These authors contributed equally to this work

---

Figur: Tegningen illustrerer på en forsimplet måde, hvorledes de offentliggjorte forskningsresultater fortolkes.
Øverst vises et 'lineært' gen (parallelle vandrette linjer), hvor der ikke er nogen direkte kommunikation/kontakt mellem start- og slutpunktet. 
Start (rød kasse) og stop (grøn kasse) afgrænser det område, hvor transskriptionsenzymerne (blå figurer) aflæser (transskriberer) genet, og derved producerer en RNA kopi (sort bølget linje). De gule pile angiver transskriptionsretningen. Sorte pile viser, hvor transskriptionsenzymerne hhv. ‘til-‘ og ‘afkobles’ til genet. 
I forbindelse med afkoblingen af transskriptionsenzymet frigives det producerede RNA også. Den illustrerede afstand mellem genets start- og slutpunkt forhindrer effektiv genbrug af transskriptionsenzymet (vist med en lang pil og stiplet linje).

Nederst vises et 'looped' gen, hvor start- og stopområderne kommunikerer (i det viste eksempel ved direkte fysisk nærhed/kontakt). Dette tillader hurtig og effektiv genbrug af transskriptionsenzymerne (illustreret med en kort sort pil fra genets afslutning til genets begyndelse).
Figur: Søren Lykke-Andersen

Figur i høj opløsning

Mere information
Professor Torben Heick Jensen
Centre for mRNP Biogenesis and Metabolism
Molekylærbiologisk Institut, Aarhus Universitet, 8000 Aarhus C
6020 2705

http://www.mrnp.dk/