Überexpression

Definition

Unter Überexpression versteht man die deutlich über der Norm liegende Expression eines bestimmten Genes in einer Zelle. Daraus folgt in der Regel eine verstärkte Synthese des Proteins, für das das Gen codiert. Gründe für eine Überexpression können sein:

eine virale Infektion der entsprechenden Zelle durch Einflussnahme der viralen DNA auf das Erbmaterial der Wirtszelle
eine Störung der Genregulation
eine im Rahmen der molekularbiologischen Arbeit bewusst im Labor erzeugte Überexpression.

Funktionsweise einer Gen- bzw. Proteinüberexpression

Virale Einflussnahme auf die DNA der Wirtszelle
Erhöhung der Expressionsrate des Gens durch eine Modifikation des Promotors
Erzeugung zahlreicher chromosomaler bzw. genetischer Kopien
Erhöhung der Anteile des entsprechenden Gens durch Plasmidlokalisation des Gens
mRNA-Modifikation (Erhöhung der Haltbarkeit)

Arten der Expression

kontinuierliche Expression: Permanente Expression des Gens über einen konstitutiven Promotor mit daraus resultierender intrazellulärer Akkumulation des entsprechenden Proteins
induzierte Expression: Verwendung eines induzierbaren Promotors. Dadurch kann eine Expression der entsprechenden genetischen Region beliebig beeinflusst werden. Dieses Verfahren kommt häufig bei Wachstumsphasen oder sich verschlechternder metabolischer Versorgungslage zum Tragen. Die induzierte Expression wird in eine Wachstumsphase und eine Produktionsphase unterteilt: Die Wachstumsphase dient der Produktion von möglichst viel Biomasse, während in der Produktionsphase durch Induktion des Promotors das Zielprotein produziert wird. Dieser Prozess hat zur Folge, dass man eine maximale Produktmenge aus der Zelle erhält, weswegen diese Form der Expression häufig vor dem programmierten Zelltod, der Apoptose, von statten geht.

Anwendung

es erfolgt eine Überexpression eines bestimmten Proteins, welches anschließend gereinigt und weiterverarbeitet wird (Produzieren eines Proteins z. B. als Arzneimittel oder Produktion eines Proteins zu Forschungszwecken)
Überexpression, um das entstehende Protein in Bezug auf seine Auswirkungen auf den Produktionsorganismus zu untersuchen
die analytische Überexpression legt weniger Wert auf eine große Masse an produzierten Protein, weswegen hier in der Regel keine weitere Hochregulierung der Expression erfolgt
die produzierende Überexpression dient der Herstellung bestimmter Proteine für medizinische oder industrielle Zwecke, daher erfolgt hier in der Regel eine Optimierung und Erhöhung der Produktion

Systeme der Überexpression

Induktion: Induktion bestimmter Genabschnitte wie z. B. dem lac-Operon auf dem genetischen Code von Escherichia coli
Vektoren
Promotoren
gezielte Überproduktion durch Substratinduktion (z. B. bei Escherichia coli)