Umlagerung und Modifikation von DNA
Umlagerungen und Modifikationen der Nukleotidsequenzen in DNA sind Ausnahmen von den Regeln der genetischen Expression und verursachen manchmal signifikante Veränderungen in der Struktur und Funktion von Zellen. Verschiedene Körperzellen verdanken ihre spezialisierten Strukturen und Funktionen verschiedenen Genen. Dies bedeutet nicht, dass der Satz genetischer Informationen zwischen den Körperzellen variiert., Tatsächlich wird für jede Zelle der gesamte DNA-Gehalt der Chromosomen normalerweise genau von Generation zu Generation dupliziert, und im Allgemeinen ist der genetische Inhalt und die Anordnung zwischen verschiedenen Zelltypen desselben Organismus auffallend ähnlich. Infolgedessen kann die Differenzierung von Zellen ohne den Verlust oder die irreversible Inaktivierung unnötiger Gene erfolgen, eine Beobachtung, die durch das Vorhandensein spezifischer Gene in einer Reihe von adulten Geweben verstärkt wird., Zum Beispiel sind normale Kopien der Gene, die Hämoglobin kodieren, in der gleichen Anzahl in roten Blutkörperchen vorhanden, die Hämoglobin bilden, wie in einer Reihe anderer Zelltypen, die dies nicht tun.
Trotz der allgemeinen Einheitlichkeit des genetischen Inhalts in allen Zellen eines Organismus haben Studien in einigen Organismen einige klare Beispiele für programmierte, reversible Veränderungen in der DNA von sich entwickelnden Geweben gezeigt. Eine der dramatischsten DNA-Umlagerungen tritt im Immunsystem von Säugetieren auf., Die Abwehr des Körpers gegen das Eindringen fremder Organismen beinhaltet die Synthese einer Vielzahl von Antikörpern durch Lymphozyten (eine Art weißer Blutkörperchen). Antikörper sind Proteine, die an bestimmte eindringende Moleküle oder Organismen binden und sie entweder inaktivieren oder ihre Zerstörung signalisieren. Die Bindungsstellen an jedem Antikörpermolekül werden von einer leichten und einer schweren Aminosäurekette gebildet, die von verschiedenen DNA-Segmenten im Lymphozytenkern kodiert werden. Diese DNA-Segmente unterliegen erheblichen Umlagerungen, was zur Synthese einer Vielzahl von Antikörpern führt., Einige invasive Organismen, wie Trypanosom-Parasiten, die Schlafkrankheit verursachen, unternehmen große Anstrengungen, um ihre eigene DNA neu zu ordnen, um der Vielseitigkeit der Antikörperproduktion ihrer Wirte auszuweichen. Die Parasiten sind von einer dicken Schicht Glykoprotein bedeckt(ein Protein mit Zucker)., Mit der Zeit können Wirtsorganismen eine Infektion überwinden, indem sie Antikörper gegen die Glykoproteinschicht der Parasiten produzieren, aber diese Reaktion wird durch die selektive Umlagerung der DNA der Trypanosomen, die für das Glykoprotein kodiert, erwartet und umgangen, wodurch die Oberfläche, die dem Immunsystem der Wirte präsentiert wird, ständig verändert wird.
Sorgfältige Vergleiche der Genstruktur haben auch epigenetische Modifikationen ergeben, vererbbare Veränderungen, die auf der Zucker-Phosphat-Seite von Basen in der DNA auftreten und somit keine Umlagerungen in der DNA-Sequenz selbst verursachen., Ein Beispiel für eine epigenetische Modifikation beinhaltet die Zugabe einer Methylgruppe zu Cytosinbasen. Dies scheint die Inaktivierung von Genen zu verursachen, die nicht in einem bestimmten Zelltyp exprimiert werden müssen. Ein wichtiges Merkmal der Methylierung von Cytosin liegt in seiner Kopierfähigkeit, so dass Methylgruppen in der DNA einer teilenden Zelle zu Methylgruppen an den gleichen Positionen in der DNA beider Tochterzellen führen.