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什么是管家基因?什么是奢侈基因?什么结构基因顺反子?

作者:内标基因

分子检测

管家基因/奢侈基因/结构基因的概念

根据功能和活性的不同,基因可以分为以下两大类:

1、管家基因或者是 组成型基因Constitutive Genes

2、奢侈基因或者是 非组成型基因Nonconstitutive Genes

3、结构基因(顺反子)Structural Genes (Cistrons)

◆什么是管家基因

管家基因,英文是Housekeeping Genes,又称持家基因、内标基因、参考基因,通常是维持基本细胞功能所需的组成型基因,这些功能对细胞的存在至关重要,无论其在组织或生物体中的特定作用如何。因此,不论是正常和病理生理条件,它们在生物体的所有细胞中都表达,而与组织类型、发育阶段、细胞周期状态或外部信号无关。

管家基因是所有细胞中均要稳定表达的一类基因,其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的。如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。管家基因是一类始终保持着低水平的甲基化并且一直处于活性转录状态的基因。


管家基因表达水平受环境因素影响较小,而且是在个体各个生长阶段的大多数、或几乎全部组织中持续表达,或变化很小,因此常存在于生物细胞核的常染色质中。它的表达只受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响,而不受其他机制调节。管家基因在许多生物技术应用和基因组研究中有助于校准。

管家基因高度保守并且在大多数情况下持续表达,因此管家基因常被用于分子技术, 多位点基因分析。一般来说多位点基因分析通常需7个管家基因位点(金黄色葡萄球菌),某些时候可能到10个基因位点(致伤弧菌)。

●管家基因的作用是什么

管家基因的作用有两方面。

1、它们代表了维持生命所需的最小基因集。

2、管家基因被广泛用作实验研究的内部对照。任何相关RT-PCR实验的可靠性都可以通过在检测中包括不变的内源性对照(内标基因/参考基因)来提高,以校正RT-PCR效率的样本间变化和样本定量的误差。具有生物学意义的关于目标mRNA拷贝数的报告需要准确和相关的标准化,美格君强烈建议在定量RT-PCR中使用内标基因。

●管家基因的局限性

管家基因组结合了独特的基因组和进化特征。例如,它们具有较短的内含子和外显子,更简单的序列重复和较低的5'区核小体形成潜力。然而,随着对管家基因新数据的收集,我们发现管家基因存在可靠性问题。逆转录酶错误引起的剪接变体,重复区域以及上游外显子的普遍较低的表达使RT-PCR结果的解释复杂化(图1)。


管家基因检测的问题.jpg

图1:管家基因检测的问题

1、具有多个剪接变体的基因对于基因的不同部分可能具有不同的表达水平。

2、重复区域,可能会影响表达水平的测量。

3、由于逆转录不完善导致上游外显子的表达(平均)较低,只形成部分cDNA分子。


另一个问题是管家基因本身的定义。

寻找在所有组织中表达的基因就足够了吗?

还是这些基因也应该在组织中以恒定的水平表达?

早期的研究通常采用**个来定义管家基因,事实上,实验对照的GAPDH和其他常用的管家基因在不同组织中差异很大。这就是为什么在开始新的实验之前,**查阅你所在领域的文献和技术信息,以确定其他研究人员常用的基因。美格君建议在每个基因表达实验中使用多个管家基因,以说明实验条件可能对单个管家基因表达产生的任何影响。


◆什么是奢侈基因?

奢侈基因,英文是 :luxury genes,又称组织特异性基因(tissue-specific genes),不同类型细胞特异性表达的一类基因,其产物赋予不同细胞特异性的生理功能,如血红蛋白基因、胰岛素基因。奢侈基因在特定的细胞中保持非甲基化或低甲基化状态,在其他细胞组织中处于甲基化状态,如胰岛素基因等。

奢侈基因并不总是在细胞中表达自己。它们在个体寿命的大部分时间内保持不活跃,并在某些细胞中表达,或仅在需要该基因时在特定时间表达。

人类包含大约200种不同类型的细胞,例如皮肤细胞,肝细胞和神经细胞。每个细胞的结构和功能都不同,因为它们中表达的基因组不同。例如,血清白蛋白基因仅在肝细胞(肝细胞)中表达,而胰岛素基因仅在胰腺β细胞中表达。它们根据细胞活动的要求打开或关闭。


例如:植物中硝酸还原酶的基因,大肠杆菌中的乳糖系统。人体中有一些基因存在于所有身体细胞中,但有些基因在肾细胞中起作用,有些在肝细胞中起作用,有些在肠或胃中起作用。它们与适应性酶合成有关。


奢侈基因进一步分为诱导型基因和抑制型基因。那些基因响应于基因活性产物功能所需的化学物质或诱导剂的存在而被打开,称为诱导型基因,例如硝酸盐还原酶的硝酸盐。继续表达自己直到化学物质(通常是最终产物)抑制或抑制其活性的基因被称为可抑制基因。


管家基因和奢侈基因,这一对有趣的基因共同决定细胞的生命历程中的发育、分化细胞周期的调控、细胞衰老甚至死亡。


◆什么是结构基因(顺反子)?

结构基因编码有助于细胞形态或功能特征的化学物质。这些基因又被称为顺反子。它们在原核生物中是连续的,在真核生物中分裂为内含子和外显子。

结构基因进一步分类为:

多肽编码基因:这些基因编码mRNA,而mRNA又编码多肽。产生的多肽可以作为细胞器的组成部分(如肌纤维的肌动蛋白)、酶(如DNA聚合酶)、转运蛋白(如血红蛋白)、激素(如胰岛素)、细胞膜的受体或载体蛋白、抗体、抗原等。

多蛋白编码基因:这些基因中的每个基因可以编码一个以上的多肽。

RNA编码基因:这些基因编码rRNA和tRNA。


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