Nucleus genoom 3D organisatie
3D genoom
• 3D configuratie van het genoom is complex, dynamisch en cruciaal voor genregulatie
• Technologische voordelen in chromosoom conformatie
Genregulatie complexe oranismen
Nucleaire compartimentalisatie
• Nodig omdat de DNA inhoud alsmaar groter wordt
• Bacteriën hebben een klein genoom en weinig plaats nodig maar bij de evolutie van de mens
is het aantal nucleotiden toegenomen
• Eukaryote genomen bevatten veel regulatorisch DNA/RNA
• Eukaryote genomen coderen voor multicellulaire ontwikkeling
• Compartimentalisatie zorgt voor kwetsbaarheid van genetisch materiaal (UV licht, stress,
radio): beschadiging van DNA: breuken, mutaties, translocaties
• DNA (1,4m) zal zich moeten opvouwen om zich af te schermen van deze stress factoren
• DNA rond histon (chromatine eiwitten) octameren met de vorming van nucleosomen
• Onregelmatigheden in deze opvouwing:
o Los chromatine = euchromatine -> actief, genen die worden overgeschreven in RNA
o Compact chromatine = heterochromatine -> inactief
• TAD domein = topologisch geassocieerd domein: regio’s van genoom die cogereguleerd
worden
o coördinatie van genen in verschillende chromosomen die samen komen in lussen
o actieve domeinen
• LAD domeinen = lamine geassocieerde domeinen
o Lamines = eiwitten die de kern afschermen
o Filamenteuze lamines liggen rond de DNA inhoud in de kern
o Nucleaire lamines liggen meer aan de periferie
o Gedempte regio’s van het DNA -> inactieve domeinen
, FISH probes maken DNA probes fluorescente tag geven
-> bepaalde genen van een chromosoom zitten in een bepaald territorium van de nucleus
-> binnen deze compartimenten zitten TAD en LAD domeinen
-> deze domeinen kunnen veranderen als cellen gaan differentiëren
-> bv. pluripotente stamcellen: bij ontwikkeling van cellen moeten genen aan/af staan
Genoom is 3D machinerie om genen tot expressie te brengen
Methodes ontwikkeld om de chromatine opvouwing te bestuderen: welke genen zitten samen in
een LAD of TAD domein?
1. Mapping: aspecten van ruimtelijk genoom meten (chromatinelussen, domeinen, nuclear
bodies)
2. Model building: experimentele waarnemingen worden geïnterpreteerd en ruimtelijke
modellen van de kern worden opgesteld
3. Pertubatie experimenten (bv. CRISPR cas): functionele validatie
Chromosomen kunnen gevisualiseerd worden in territoria
• Regulatie van genexpressie in 3 dimensies
• Regulatie van genexpressie door interacties tussen chromatine en proteïne complexen
• Genactivatie/silencing is geassocieerd met de repositionering van de locus naar andere
nucleaire compartimenten
Genoom wordt bekeken als een 3D machinerie om genen tot expressie te brengen
-> chromosomen worden gevisualiseerd in terretoria in de kern
-> genactiviteit en enzymactiviteit zijn afhankelijk van 3D structuur van genoom
Nucleaire compartimentalisatie als mechanisme van controle van genexpressie
-> opvouwing van het DNA en opvouwing met chromatine domeinen zorgt ervoor dat de
densiteit/elasticiteit van een vloeistof in de nucleus varieert
-> verschillende fases: lage en hoge densiteit
• Compact chromatide = viskeus → trage reactiekinetiek (kans dat NF-kB bindt op DNA is klein)
• Actief chromatide = waterig → snellere binding
• Genactivatie/repressie kan worden gereguleerd door fluïditeit
• Gradiënt van fluiditeit kan worden gevormd
• Genactivatie heeft te maken met diffusie eigenschappen van transcriptiefactoren in
verschillende fasen in de nucleus
• Gentranscriptie heeft te maken met reactiesnelheidsnelheid waarmee transcriptiefactoren
binden op DNA
o Bv. transcriptiefactoren
o O.b.v. sequentie van DNA kunnen we NF-kB bindingsmotieven zoeken
o Als NF-kB wordt geactiveerd in de cel en migreert naar de nucleus -> binding op
1000/10 000 plaatsen binden ookal hebben alle genen een NF-kB
3D genoom
• 3D configuratie van het genoom is complex, dynamisch en cruciaal voor genregulatie
• Technologische voordelen in chromosoom conformatie
Genregulatie complexe oranismen
Nucleaire compartimentalisatie
• Nodig omdat de DNA inhoud alsmaar groter wordt
• Bacteriën hebben een klein genoom en weinig plaats nodig maar bij de evolutie van de mens
is het aantal nucleotiden toegenomen
• Eukaryote genomen bevatten veel regulatorisch DNA/RNA
• Eukaryote genomen coderen voor multicellulaire ontwikkeling
• Compartimentalisatie zorgt voor kwetsbaarheid van genetisch materiaal (UV licht, stress,
radio): beschadiging van DNA: breuken, mutaties, translocaties
• DNA (1,4m) zal zich moeten opvouwen om zich af te schermen van deze stress factoren
• DNA rond histon (chromatine eiwitten) octameren met de vorming van nucleosomen
• Onregelmatigheden in deze opvouwing:
o Los chromatine = euchromatine -> actief, genen die worden overgeschreven in RNA
o Compact chromatine = heterochromatine -> inactief
• TAD domein = topologisch geassocieerd domein: regio’s van genoom die cogereguleerd
worden
o coördinatie van genen in verschillende chromosomen die samen komen in lussen
o actieve domeinen
• LAD domeinen = lamine geassocieerde domeinen
o Lamines = eiwitten die de kern afschermen
o Filamenteuze lamines liggen rond de DNA inhoud in de kern
o Nucleaire lamines liggen meer aan de periferie
o Gedempte regio’s van het DNA -> inactieve domeinen
, FISH probes maken DNA probes fluorescente tag geven
-> bepaalde genen van een chromosoom zitten in een bepaald territorium van de nucleus
-> binnen deze compartimenten zitten TAD en LAD domeinen
-> deze domeinen kunnen veranderen als cellen gaan differentiëren
-> bv. pluripotente stamcellen: bij ontwikkeling van cellen moeten genen aan/af staan
Genoom is 3D machinerie om genen tot expressie te brengen
Methodes ontwikkeld om de chromatine opvouwing te bestuderen: welke genen zitten samen in
een LAD of TAD domein?
1. Mapping: aspecten van ruimtelijk genoom meten (chromatinelussen, domeinen, nuclear
bodies)
2. Model building: experimentele waarnemingen worden geïnterpreteerd en ruimtelijke
modellen van de kern worden opgesteld
3. Pertubatie experimenten (bv. CRISPR cas): functionele validatie
Chromosomen kunnen gevisualiseerd worden in territoria
• Regulatie van genexpressie in 3 dimensies
• Regulatie van genexpressie door interacties tussen chromatine en proteïne complexen
• Genactivatie/silencing is geassocieerd met de repositionering van de locus naar andere
nucleaire compartimenten
Genoom wordt bekeken als een 3D machinerie om genen tot expressie te brengen
-> chromosomen worden gevisualiseerd in terretoria in de kern
-> genactiviteit en enzymactiviteit zijn afhankelijk van 3D structuur van genoom
Nucleaire compartimentalisatie als mechanisme van controle van genexpressie
-> opvouwing van het DNA en opvouwing met chromatine domeinen zorgt ervoor dat de
densiteit/elasticiteit van een vloeistof in de nucleus varieert
-> verschillende fases: lage en hoge densiteit
• Compact chromatide = viskeus → trage reactiekinetiek (kans dat NF-kB bindt op DNA is klein)
• Actief chromatide = waterig → snellere binding
• Genactivatie/repressie kan worden gereguleerd door fluïditeit
• Gradiënt van fluiditeit kan worden gevormd
• Genactivatie heeft te maken met diffusie eigenschappen van transcriptiefactoren in
verschillende fasen in de nucleus
• Gentranscriptie heeft te maken met reactiesnelheidsnelheid waarmee transcriptiefactoren
binden op DNA
o Bv. transcriptiefactoren
o O.b.v. sequentie van DNA kunnen we NF-kB bindingsmotieven zoeken
o Als NF-kB wordt geactiveerd in de cel en migreert naar de nucleus -> binding op
1000/10 000 plaatsen binden ookal hebben alle genen een NF-kB
