Initiatie is de eerste stap en daarmee de voorbereiding op vertaling, transcriptie en replicatie. Samen vormen deze fasen in wezen leiden naar gen uitdrukking. Initiatie speelt ook een rol in de pathofysiologie met betrekking tot ziekten zoals kanker.
Wat is inwijding?
Initiatie is de eerste stap en daarmee de voorbereiding op vertaling, transcriptie en replicatie. Samen vormen deze fasen in wezen leiden naar gen uitdrukking. Vertaling omvat de synthese van eiwitten in de cellen van levende organismen door middel van gekopieerde genetische informatie. Transcriptie daarentegen is de synthese van RNA met behulp van DNA als sjabloon, resulterend in RNA. Net als vertaling is transcriptie een essentieel onderdeel van gen uitdrukking. Binnen geneticareplicatie is de productie van DNA-kopieën. Elk van de bovenstaande processen bestaat uit verschillende fasen. De eerste fase van zowel replicatie, translatie als transcriptie is initiatie. Initiatie is dus het startproces van alle componenten van genexpressie. Meestal wordt initiatie voorafgegaan door de productie van een zogenaamd pre-initiatiecomplex. De initiaties van transcriptie, vertaling en replicatie verschillen van elkaar in de aard en het doel van hun proces. Bovendien verschilt de fase van inwijding met de levensvorm en verloopt dienovereenkomstig bij eukaryoten anders dan bij prokaryoten.
Functie en taak
Om de vertaling te initiëren, wordt een pre-initiatiecomplex gevormd. Dit complex bestaat uit de zogenaamde 40S-subeenheid van het ribosoom en de initiator tRNAMet. Het bevat ook GTP en initiatiefactoren. De combinatie van deze elementen herkent volgroeid mRNA aan het 5'-uiteinde, kan het binden en onderzoeken in een volgende analysestap vanuit de 5'3'-richting. Deze processen vinden plaats totdat het onderzoekscomplex een zogenaamd startcodon of AUG herkent. Na herkenning van dit codon bindt de ribosomale 60S-subeenheid eraan, waardoor de initiatiefactoren vrijkomen. Alleen dan kan mRNA-vertaling plaatsvinden in de zin van vertaling. In alle eukaryoten hangt de gen-expressieve stap van transcriptie ook af van een pre-initiatiecomplex dat bestaat uit verschillende transcriptiefactoren. Factoren die bij het complex betrokken zijn, zijn onder meer TFIIA, TFIID, TFIIB en TFIIF. Het sjabloon van DNA wordt naar het katalytische centrum van RNA-polymerase gevoerd om de vorming van een initiële fosfodiësterbinding te vergemakkelijken. Alleen deze substap start de daadwerkelijke transcriptie. In de startfase van replicatie wordt DNA-amplificatie opnieuw geactiveerd door de dubbele DNA-helix te verbreken. Dit breken vindt plaats op een specifiek punt op het DNA en wordt gerealiseerd met behulp van helicase. Na labelen met primase hecht een polymerase zich aan het gebroken DNA. Aan het begin van de replicatie is helisch DNA in de cel aanwezig in een ongeordende, cirkelvormige of lineaire rangschikking en is het ook gedraaid. Om te worden gerepliceerd, moet eukaryotisch DNA eerst worden losgedraaid, wat resulteert in een toenemende verdraaiing van dubbele DNA-strengen. Tijdens het begin van replicatie treedt ook splitsing van de DNA-strengen op. Voor het initiëren van de replicatiefase is de zogenaamde replicatieoorsprong vereist, waarvan het startpunt afhangt. Bij deze oorsprong waterstof binding tussen bases van de enkele strengen wordt tijdens de inwijding gescheiden. Na het openen van de strengen vindt priming plaats. Een RNA-fragment, ook wel een primer genoemd, wordt door middel van RNA-polymerase-primase aan de vrije enkele strengen gehecht. Dit complex komt overeen met het primosoom en wordt door het DNA-polymerase gebruikt als een "jumpstart". Zodra DNA-polymerase is begonnen met de synthese van de tweede DNA-streng, werkt het zijn weg naar beëindiging. Elke regulering van replicatie vindt dus plaats in de initiatiefase.
Ziekten en aandoeningen
In de pathofysiologie speelt het concept van initiatie vooral een rol in de context van kanker cellen. Het ontstaan van kwaadaardige processen is hoofdzakelijk te wijten aan blootstelling aan schadelijke en mutanogene invloeden. Genetische mechanismen van carcinogenese omvatten puntmutatie, amplificatie, deletie en chromosoomherschikking. In deze context is de puntmutatie een variant van de genmutatie waarbij er een uitwisseling, toevoeging of vervanging is van een specifiek nucleotide in het DNA. Puntmutaties kunnen bijgevolg substituties, overgangen en transversies, invoegingen of weglatingen zijn. Puntmutatie leidt dus tot veranderingen in het genproduct bij de biosynthese van eiwitten. Amplificatie omvat een cellulair proces of moleculair genetische procedure om het nucleïnezuur te amplificeren, wat in het geval van carcinogenese leidt tot carcinogenese. Deleties komen op hun beurt overeen met een verlies van DNA-segmenten, wat kan overeenkomen met het verlies van enkele bases of grotere basensequenties in termen van hele chromosoomsegmenten. Als het maar single is bases worden beïnvloed, vindt de verwijdering meestal plaats in de context van een puntmutatie. Als een heel chromosoom wordt veranderd via deletie, wordt de term chromosomale aberratie gebruikt. Met betrekking tot carcinogenese worden bovengenoemde processen door onderzoekers onderzocht op hun rol bij het ontstaan van kwaadaardige cellen. Het doel van deze onderzoeksinspanningen is om anders te ontwikkelen maatregelen For kanker preventie. In de context van carcinogenese vertegenwoordigt initiatie dus de eerste stap en beschrijft, samengevat, de mutatie die een cel ondergaat als gevolg van een carcinogeen. Theoretisch kan deze mutatie worden geëlimineerd door DNA-reparatie of worden geëlimineerd door apoptose (celdood). Vooral bij oudere patiënten zijn de DNA-herstelmechanismen echter niet langer sterk genoeg om de mutatie te elimineren. De kankerverwekkende mutatie is dus onomkeerbaar. Bij carcinogenese wordt een gen dat de celcyclus en celdeling regelt altijd beïnvloed door een dergelijke mutatie. Kankerverwekkende stoffen zijn genotoxische agentia die voorwaarde kwaadaardige initiatie en noodzakelijkerwijs mutatie veroorzaken.
