Pin
Send
Share
Send


Nomenclatuur van menselijke genen

Voor elk bekend menselijk gen keurt de HUGO-genenomenclatuurcommissie (HGNC) een gennaam en symbool (korte afkorting) goed en slaat alle goedgekeurde symbolen op in de HGNC-database. Elk symbool is uniek en elk gen krijgt slechts één symbool. Dit protocol vergemakkelijkt in hoge mate duidelijke en precieze genidentificaties in communicatie en bij het elektronisch ophalen van gegevens uit publicaties. Volgens afspraak delen symbolen voor de verschillende genen binnen een genfamilie allemaal een zekere constructie. De symbolen voor menselijke genen kunnen ook worden toegepast op congruente genen in andere soorten, zoals de muis.

Geschiedenis

Het woord "gen" werd bedacht in 1909 door de Deense botanicus Wilhelm Johannsen voor de fundamentele fysieke en functionele eenheid van erfelijkheid. Het woordgen was afgeleid van de term pangen van Hugo De Vries, zelf een afgeleide van het woord pangenesis, dat Darwin (1868) had bedacht. Het woord pangenesis is gemaakt van de Griekse woorden pan (een voorvoegsel dat "geheel" betekent, "omvattend") en Genesis ('geboorte') of genos ("oorsprong").

Het bestaan ​​van genen werd voor het eerst gesuggereerd door Gregor Mendel, die in de jaren 1860 de overerving in erwtenplanten bestudeerde en een factor veronderstelde die eigenschappen overdraagt ​​van ouder op nageslacht. Hoewel hij de term 'gen' niet gebruikte, legde hij zijn resultaten uit in termen van overgeërfde kenmerken. Mendel was ook de eerste die een onafhankelijk assortiment voorstelde (het idee dat paren van allelen onafhankelijk scheiden tijdens meiose), het onderscheid tussen dominante en recessieve eigenschappen, het onderscheid tussen een heterozygoot en homozygoot (een organisme met respectievelijk verschillende of dezelfde allelen van een bepaald gen op homologe chromosomen), en het verschil tussen wat later zou worden beschreven als genotype (specifieke genetische make-up) en fenotype (fysieke manifestatie van de genetische make-up). Het concept van Mendel werd uiteindelijk genoemd toen Wilhelm Johannsen het woord "gen" bedacht in 1909.

Begin 1900 kreeg het werk van Mendel hernieuwde aandacht van wetenschappers. In 1910 liet Thomas Hunt Morgan zien dat genen zich op specifieke chromosomen bevinden. Later liet hij zien dat genen specifieke locaties op het chromosoom innemen. Met deze kennis begonnen Morgan en zijn studenten aan de eerste chromosomale kaart van de fruitvlieg Drosophila. In 1928 liet Frederick Griffith zien dat genen konden worden overgedragen. In wat nu bekend staat als Griffith's Experiment, brachten injecties in een muis van een dodelijke bacteriestam die door hitte was gedood genetische informatie over naar een veilige stam van dezelfde bacterie, waarbij de muis werd gedood.

In 1941 toonden George Wells Beadle en Edward Lawrie Tatum dat mutaties in genen fouten veroorzaakten in bepaalde stappen in metabole routes. Dit toonde aan dat specifieke genen coderen voor specifieke eiwitten, wat leidt tot de hypothese "één gen, één enzym". Oswald Avery, Collin Macleod en Maclyn McCarty toonden in 1944 dat DNA de informatie van het gen bevat. In 1953 demonstreerden James D. Watson en Francis Crick de moleculaire structuur van DNA, een dubbele helix. Samen vormden deze ontdekkingen het centrale dogma van de moleculaire biologie, dat stelt dat eiwitten worden vertaald uit RNA dat wordt getranscribeerd vanuit DNA. Sindsdien is aangetoond dat dit dogma uitzonderingen heeft, zoals reverse transcriptie in retrovirussen.

De term "gen" wordt gedeeld door vele disciplines, waaronder klassieke genetica, moleculaire genetica, evolutionaire biologie en populatiegenetica. Omdat elke discipline de biologie van het leven anders modelleert, varieert het gebruik van het woord gen tussen de disciplines. Het kan verwijzen naar materiële of conceptuele entiteiten.

Evolutie en genen

In ruime zin is evolutie elke erfelijke verandering in een populatie van organismen in de loop van de tijd. Zoals opgemerkt door Curtis & Barnes (1989),

De veranderingen in populaties die als evolutionair worden beschouwd, zijn die die via het genetische materiaal van generatie op generatie kunnen worden geërfd. Als zodanig kan evolutie ook worden gedefinieerd in termen van allelfrequentie, waarbij allel alternatieve vormen van een gen zijn, zoals een allel voor blauwe oogkleur versus bruine oogkleur. Twee belangrijke en populaire evolutietheorieën die het patroon en het evolutieproces behandelen, zijn de afstammingstheorie met modificatie en de theorie van natuurlijke selectie.

De theorie van afstamming met modificatie, of de "theorie van gemeenschappelijke afstamming" gaat over het evolutiepatroon en stelt in wezen dat alle organismen afstammen van gemeenschappelijke voorouders door een continu vertakkingsproces. De theorie van modificatie door natuurlijke selectie, of de 'theorie van natuurlijke selectie', gaat over mechanismen en causale relaties en biedt een verklaring voor hoe evolutie zou kunnen hebben plaatsgevonden - het proces waardoor evolutie plaatsvond om tot het patroon te komen.

Volgens de moderne evolutionaire synthese, die Charles Darwin's evolutietheorie door natuurlijke selectie integreerde met Gregor Mendel's theorie van genetica als basis voor biologische overerving en wiskundige populatiegenetica, bestaat evolutie voornamelijk uit veranderingen in de frequenties van allelen tussen de ene generatie en een andere als een resultaat van natuurlijke selectie. Natuurlijke selectie wordt traditioneel gezien als werkend op individuele organismen, maar wordt ook gezien als werkend op groepen organismen.

Een alternatief model, de gen-gecentreerde kijk op evolutie, ziet natuurlijke selectie als werkend op het niveau van genen.

Gene-gecentreerde kijk op evolutie

Het gen-gecentreerde beeld van evolutie, genselectietheorie of egoïstische gentheorie, stelt dat natuurlijke selectie werkt door differentiële overleving van concurrerende genen, waardoor de frequentie van die allelen wordt verhoogd waarvan de fenotypische effecten met succes hun eigen voortplanting bevorderen. Volgens deze theorie zijn aanpassingen de fenotypische effecten waardoor genen hun verspreiding bereiken.

Het beeld van het gen als selectie-eenheid werd vooral in de boeken ontwikkeld Aanpassing en natuurlijke selectie, door George C. Williams, en ook in Het egoïstische gen en Het uitgebreide fenotype, beide door Richard Dawkins.

In wezen merkt dit standpunt op dat de genen die vandaag bestaan, degene zijn die zich in het verleden met succes hebben voortgeplant. Vaak delen veel individuele organismen een gen; dus de dood van een individu hoeft niet het uitsterven van het gen te betekenen. Inderdaad, als het offer van een individu de overlevingskansen van andere individuen met hetzelfde gen verbetert, kan de dood van een individu de algehele overleving van het gen verbeteren. Dit is de basis van het egoïstische genbeeld, populair gemaakt door Richard Dawkins. Hij wijst erop in zijn boek, Het egoïstische gen, dat om succesvol te zijn, genen geen ander 'doel' hoeven te hebben dan zichzelf te verspreiden, zelfs ten koste van het welzijn van hun gastheerorganisme. Een mens die zich zo gedraagt, wordt beschreven als 'egoïstisch', hoewel ironisch genoeg een egoïstisch gen altruïstisch gedrag kan bevorderen. Volgens Dawkins, het mogelijk teleurstellende antwoord op de vraag "wat is de zin van het leven?" kan "de overleving en bestendiging van ribonucleïnezuren en hun bijbehorende eiwitten" zijn.

Een aantal prominente evolutionisten, waaronder Ernst Mayr en Stephen Jay Gould, die selectie op andere niveaus dan het individu wel herkennen, wijzen de egoïstische gentheorie echter sterk af. Mayr (2001) stelt dat "de reductionistische stelling dat het gen het voorwerp van selectie is" "ongeldig" is. Gould (2002) noemt de theorie een 'conceptuele fout' die het beroep op een zijspoor zette en 'zowel een fervent aanhang van quasi-religieuze aard inspireerde' als 'sterke oppositie van veel evolutionisten'.

Chemie en functie van genen

Chemische structuur van een gen

James Watson, een van de ontdekkers van de structuur van het DNA-molecuul

Een DNA-molecuul of -streng omvat vier soorten opeenvolgend verbonden nucleotiden, die samen het genetische alfabet vormen. Een opeenvolging van drie opeenvolgende nucleotiden, een codon genoemd, is het eiwitcoderende vocabulaire. De sequentie van codons in een gen specificeert de aminozuursequentie van het eiwit waarvoor het codeert.

In de meeste eukaryote soorten codeert zeer weinig van het DNA in het genoom in feite voor eiwitten, en de genen kunnen worden gescheiden door enorme sequenties van zogenaamd "junk-DNA". Bovendien zijn de genen vaak intern gefragmenteerd door niet-coderende sequenties die introns worden genoemd, die vele malen langer kunnen zijn dan de coderende sequentie. Introns worden op de hielen van transcriptie verwijderd door splitsen. In de primaire moleculaire zin vertegenwoordigen ze echter delen van een gen.

Alle genen en tussenliggend DNA vormen samen het genoom van een organisme, dat in veel soorten is verdeeld over verschillende chromosomen en meestal aanwezig is in twee of meer kopieën. De locatie (of locus) van een gen en het chromosoom waarop het zich bevindt, is in zekere zin willekeurig. Genen die samen op de chromosomen van de ene soort voorkomen, zoals mensen, kunnen op afzonderlijke chromosomen in een andere soort, zoals muizen, voorkomen. Twee genen die zich dicht bij elkaar op een chromosoom bevinden, kunnen coderen voor eiwitten die in hetzelfde cellulaire proces of in volledig niet-gerelateerde processen voorkomen. Als een voorbeeld van het eerste, bevinden veel van de genen die betrokken zijn bij spermatogenese zich samen op het Y-chromosoom.

Veel soorten dragen meer dan één kopie van hun genoom in elk van hun somatische cellen. Deze organismen worden diploïde genoemd als ze twee kopieën hebben, of polyploïde als ze meer dan twee kopieën hebben. In dergelijke organismen zijn de kopieën vrijwel nooit identiek. Met betrekking tot elk gen, kunnen de kopieën die een individu bezit, verschillende allelen zijn, die synergistisch of antagonistisch kunnen werken om een ​​eigenschap of fenotype te genereren. De manieren waarop genkopieën op elkaar inwerken, worden verklaard door chemische dominantie-relaties.

Expressie van moleculaire genen

Om verschillende redenen is de relatie tussen een DNA-streng en een fenotype-eigenschap niet direct. Dezelfde DNA-streng in twee verschillende individuen kan resulteren in verschillende eigenschappen vanwege het effect van andere DNA-strengen of de omgeving.

  • De DNA-streng wordt alleen tot expressie gebracht als deze wordt getranscribeerd naar RNA. Omdat de transcriptie begint met een specifieke basenpaarsequentie (een promotor) en stopt bij een andere (een terminator), moet de DNA-streng correct tussen de twee worden geplaatst. Als dit niet het geval is, wordt dit beschouwd als junk-DNA en wordt het niet tot expressie gebracht.
  • Cellen reguleren de activiteit van genen gedeeltelijk door hun transcriptiesnelheid te verhogen of te verlagen. Op de korte termijn vindt deze regulatie plaats door de binding of ontbinding van eiwitten, bekend als transcriptiefactoren, aan specifieke niet-coderende DNA-sequenties die regulerende elementen worden genoemd. Daarom moet, om tot expressie te worden gebracht, de DNA-streng goed worden gereguleerd door andere DNA-strengen.
  • De DNA-streng kan ook tot zwijgen worden gebracht door DNA-methylatie of door chemische veranderingen in de eiwitcomponenten van chromosomen.
  • Het RNA wordt vaak bewerkt voordat het in een eiwit wordt omgezet. Eukaryotische cellen splitsen de transcripten van een gen door de exons te houden en de introns te verwijderen. Daarom moet de DNA-streng in een exon zijn om tot expressie te worden gebracht. Vanwege de complexiteit van het splitsingsproces, kan één getranscribeerd RNA op alternatieve manieren worden gesplitst om niet één, maar een verscheidenheid aan eiwitten (alternatieve splitsing) te produceren uit één pre-mRNA (mRNA-transcript in pre-splitsingsfase). Prokaryoten produceren een soortgelijk effect door leeskaders te verschuiven (de drie manieren waarop het mRNA kan worden gelezen door de nucleotiden te groeperen in sets van drie, als codons) tijdens vertaling.
  • De vertaling van RNA in een eiwit begint ook met een specifieke start- en stopsequentie.
  • Eenmaal geproduceerd, interageert het eiwit met de vele andere eiwitten in de cel, volgens het celmetabolisme. Deze interactie produceert uiteindelijk de eigenschap.

Dit complexe proces helpt de verschillende betekenissen van "gen" te verklaren:

  • een nucleotidesequentie in een DNA-streng;
  • of het getranscribeerde RNA, voorafgaand aan het splitsen;
  • of het getranscribeerde RNA na splitsing, d.w.z. zonder de introns

De laatste betekenis van gen is het resultaat van een meer "materiële entiteit" dan de eerste.

Mutaties en evolutie

Net zoals er veel factoren zijn die de expressie van een bepaalde DNA-streng beïnvloeden, zijn er veel manieren om genetische mutaties te hebben.

Natuurlijke variaties in regulatorische sequenties lijken bijvoorbeeld ten grondslag te liggen aan veel van de erfelijke eigenschappen die in organismen worden gezien. De invloed van dergelijke variaties op het evolutiepad kan zo groot of groter zijn dan variatie in sequenties die coderen voor eiwitten. Hoewel regulerende elementen in de moleculaire biologie vaak worden onderscheiden van genen, voldoen ze in feite aan de gedeelde en historische betekenis van het woord. Inderdaad, een fokker of geneticus heeft, bij het volgen van het overervingspatroon van een eigenschap, geen onmiddellijke manier om te weten of dit patroon voortkomt uit coderende sequenties of regulerende sequenties. Gewoonlijk zal hij of zij het eenvoudig toeschrijven aan variaties binnen een gen.

Fouten tijdens DNA-replicatie kunnen leiden tot de duplicatie van een gen, dat na verloop van tijd kan verschillen. Hoewel de twee sequenties hetzelfde kunnen blijven, of slechts licht gewijzigd kunnen worden, worden ze typisch beschouwd als afzonderlijke genen (d.w.z. niet als allelen van hetzelfde gen). Hetzelfde geldt wanneer dubbele sequenties in verschillende soorten verschijnen. Hoewel de allelen van een gen in volgorde verschillen, worden ze toch beschouwd als een enkel gen (bezetten een enkele locus).

The Shifting Locus of Biological Centrality

Toen het Human Genome Project in 1990 begon, schatten de schattingen van wetenschappers van het aantal genen dat ze zouden vinden ongeveer 100.000-150.000, voornamelijk vanwege het aantal verschillende soorten eiwitten dat in het lichaam wordt gevonden en de veronderstelling dat één gen codeerde voor één eiwit. Tegen het einde van het project in 2003 was de schatting 20.000 tot 25.000 genen die codeerden voor eiwitten, wat werd verondersteld te betekenen dat veel genen coderen voor twee, drie of vier, of misschien meer verschillende soorten eiwitten.

Dit markeerde het begin van een verschuiving van het gevoel dat DNA en de genen die het draagt, unieke invloed en controle uitoefenen bij het vormgeven van de fysieke mogelijkheden van een individu. Als één gen meer dan één eiwit aanmaakt, is het mechanisme dat bepaalt welk eiwit uit een bepaald gen wordt geproduceerd, van cruciaal belang voor het vormgeven van de fysieke mogelijkheden van het individu. Van vergelijkbaar belang als de vraag of de genen centraal staan, is hoe een bepaalde menselijke cel een subset van de 20-25.000 genen selecteert die uiteindelijk de ongeveer 10.000 eiwitten oplevert die de cel nodig heeft uit de ongeveer 100.000 beschikbare eiwitten om het.

Na de verschillende decennia waarin DNA en de genen die erop worden gedragen op grote schaal worden behandeld als de "sterren" van de cellulaire wereld, vormen nieuwe kandidaten een uitdaging voor gelijkwaardige of misschien zelfs primaire erkenning in termen van centraal belang voor de cellulaire functie. Eén, gekoppeld aan het RNA World-model van de oorsprong van het leven, wijst op het groeiende aantal geïdentificeerde soorten niet-coderend functioneel RNA, waarvan vele een rol spelen bij de regulatie van genexpressie. In deze visie is DNA een passieve, onveranderlijke opslag van informatie, terwijl RNA het actieve informatiemiddel is dat zelfs beïnvloedt welke DNA-segmenten tot expressie worden gebracht. Deze zienswijze suggereert dat RNA op zijn minst een gelijkwaardige plaats moet verdienen met DNA als factor die de fysiologie en psychologie van een organisme beïnvloedt.

De tweede weergave verplaatst de focus volledig weg van de celkern, DNA en RNA. Het merkt op dat cellen de selectie van genen die ze tot expressie brengen veranderen op basis van omgevingsinvloeden die ze ervaren, en verder dat cellen de omgeving ervaren door bemiddeling van het beschermende celmembraan en de duizenden eiwitten die erin drijven. Met membraaneiwitten die gevoelig zijn voor zowel magnetische als elektromagnetische signalen, worden de cellen objectpartners voor hun directe omgeving (epigenetische factoren), waaronder invloeden van gedachten en emoties van de menselijke geest die reageren op de omgeving (zoals de adrenalinestoot wanneer een persoon wordt wakker in een brandend huis). In deze visie wordt de geest de tussenliggende derde actor in de traditionele tweedeling van de natuur (genen) of koestering (omgeving).

Referenties

  • Curtis, H. en N. S. Barnes. 1989. Biologie, Vijfde editie. New York: Worth Publishers.
  • Dawkins, R. 1990. Het egoïstische gen. Oxford Universiteit krant. ISBN 0192860925
  • Lipton, Bruce. 2005. The Biology of Belief: Unleashing the Power of Consciousness, Matter, and Miracles. Santa Rosa, CA: Mountain of Love Productions. ISBN 0975991477
  • Williams, G.C. 1966. Aanpassing en natuurlijke selectie. Princeton, NJ: Princeton University Press.

Bekijk de video: The Next Gen Xbox Has Been Officially Revealed. The Xbox Series X (Oktober 2021).

Pin
Send
Share
Send