어떤 유전자가 언제, 어떻게 그리고 어느 정도 발현되는가는 세포의 종류, 기능, 화학적 환경 그리고 외부로부터의 신호에 달려있다.
유전자 발현의 조절에는 몇 가지 전략이 사용된다.
유전자 발현은 전사, RNA 가공, 번역 혹은 번역 후 수준에서 조절된다.
일부 유전자는 항상 발현되고성유전자(constitutive gene)], 반면에 다른 유전자는 특정 세포에서 특정 시기에만 발현된다.
전사인자(transcription factor)는 DNA에 결합하여 유전자 발현을 조절하는 조절 단백질이다. 활성인자(activator)는 프로모터에 RNA 중합효소가 잘 부착하도록 하여 젖당 오페론을 양성 조절함으로써 촉진적으로 유전자 발현을 조절한다. 억제자(repressor)가 억제적으로 유전자 발현을 조절한다.
바이러스(virus)는 숙주세포를 바이러스 공장으로 전환할 때 유전자 조절의 예를 제공한다.
많은 원핵생물 유전자는 오페론에서 조절된다.
원핵생물에서 몇몇 유전자는 오페론(operon)이라 부르는 단일 전사단위의 일부이다. 오페론은 프로모터, 작동자(operator) 그리고 2개 이상의구조유전자(structural gene)로 구성된다.
유도 오페론은 발현이 필요 없으면 꺼진다. 반면에 억제 오페론은 발현이필요하면 켜진다. 오페론이 꺼지면 억제자 단백질은 작동자에 결합하여 전사를 차단한다.
lac 오페론은 유도체계의 예이고, 반면에 trp 오페론은 억제체계의 예이다.
진핵생물 유전자는 전사인자와 DNA 변화에 의해 조절된다
진핵생물의 유전자 발현은 전사과정과 이후의 단계에서 모두 조절된다.
보편전사인자(general transcription factor)는 단백질 암호화 유전자의핵심 프로모터 서열에 결합하여 RNA 중합효소 II를 프로모터에 안내한다.
특이적 전사인자(활성자와 억제자)는 프로모터 근처의 특정 DNA 서열에결합하여 전사개시 속도에 영향을 준다.
후생적(epigenetic)이란 용어는 DNA 서열의 변화를 수반하지 않는 유전자 발현의 변화를 말한다.
시토신의 메틸화는 일반적으로 전사를 억제한다.
뉴클레오솜에서 히스톤(histone) 단백질의 변형에 의한 염색질 재구성(chromatin remodeling)도 전사에 영향을 준다.
진핵생물의 유전자 발현은 전사 후 조절된다
진핵세포의 유전자 발현 조절에서 가장 큰 영역을 차지하는 것이 번역 단계이다. 이 과정은 리보솜 소단위와 숙주의 개시인자와 같은 많은 종류의 분자가 관여하는 협동작용이다.
mRNA 전구체의 대체짜깁기(alternative splicing)는 서로 다른 단백질을 생성한다. 이러한 대체짜깁기는 단일 유전자로부터 서로 다른 활성과 기능을 가진 단백질의 집단을 생성하는 의도적인 기작일 수 있다.
마이크로 RNA(microRNA)는 작은 비암호화 RNA로서 특정 mRNA의 조기 분해를 유발하여 이 mRNA의 번역을 억제한다.
단백질의 농도는mRNA가 만들어진 이후에 작용하는 요인들에 의해 틀림없이 결정될 것인데 세포는 두 가지 방법 즉 mRNA의 번역을 막거나 혹은 새롭게 합성된 단백질이 세포에서 지속하는 시간을 바꿈으로서 번역 억제자(translational repressor)에 의해 조절된다.