Samenvatting Moleculaire Biologie II (2022-23)(C003370)

He1senberg Samenvatting Universiteit Gent




Moleculaire biologie II
(C003370)
Academiejaar: 2022-2023
Lesgever: R. Beyaert

,2

,Genoomstructuur 04

Transcriptie 09

RNA splicing 19

RNA-editing 27

Transcriptie regulatie in eukaryoten 29

Regulatorische RNA 56

Translatie 66

Replicatie 76

DNA-repair 82

Homologe recombinatie 86



Referenties
› Ufora PowerPoints
› 978-0-321-76243-6
› 978-0-7167-7601-7




3

, Hoofdstuk 1
Genoomstructuur

Chromosoom diversiteit
 Belang van opvouwen DNA in chromosomen
➢ Compactere vorm die past in de cel
➢ Bescherming tegen schade
➢ Efficiënte overdracht naar beide dochtercellen tijdens celdeling
➢ Algemene organisatie die genexpressie, DNA-herstel, replicatie en recombinatie
vergemakkelijkt
 Eiwitten in chromosomen
➢ De helft van de moleculaire massa van een eukaryotische chromosoom is geassocieerde
eiwitten
▪ Kleine, basische (+) eiwitten zoals histonen (geordend in nucleosomen)
▪ Eiwitten die transcriptie, replicatie, repair en recombinatie van DNA reguleren
Prokaryoten
 Meestal circulair genoom, sommige species hebben echter ook een lineaire of een mengeling
van de twee
 Circulaire en lineaire genomen hebben verschillende replicatiemechanisme-vereisten
 Plasmiden als extra-chromosomaal DNA
 Nucleoid bestaande uit supergewonden lussen (niet gelijk aan kern)
Eukaryoten
 Meerdere lineaire chromosomen
 Preferentiële positie in kern (chromosoom territoria)
 Aantal varieert van 2 tot 100 (mens 46, muis 40, paard 64)
➢ Somatische cellen (diploïd), germinale cellen (haploïd)
➢ Polyploïde cellen voornamelijk bij planten
▪ Megakaryocyten zijn polyploïde reuzecellen in het beenmerg van waaruit bloedplaatjes
ontstaan (max 128 kopijen van elk chromosoom)
 Grootte van het genoom
➢ Varieert enorm en is niet gecorreleerd met de complexiteit van het organisme
➢ 3200 Mb - mens, 12Mb gist, 120k Mb tulp
 Eiwitcoderende genen
➢ ~20 000 (<2% bij mens)
➢ Rest: tRNA, rRNA, miRNA, IncRNA, transposons, pseudogenen, …
➢ Grotere genen door meer regulatorische sequenties + introns
➢ Langere intergene sequenties (veel meer dan bij prokaryoten)
 Extra-chromosomaal DNA
➢ In mitochondria en chloroplasten
➢ Humaan mitochondriaal DNA (mtDNA)
▪ Circulair dubbelstrengige DNA (dsDNA) met slechts 37 genen (13 eiwitten)
• De meeste eiwitten zijn toch afkomstig van kern-gecodeerde genen




4

,Chromosoom duplicatie & segregatie (+hoofdstuk 8, p.76)
 Oorsprong van replicatie
➢ Prokaryoten: één ORI (Origin of replication)
➢ Eukaryoten: meerdere ORI op elk chromosoom
 Telomeren
➢ Repetitieve en deels enkelstrengige sequentie (TG-rijk) aan de twee uiteinden van lineaire
chromosomen
➢ Gebonden aan verschillende eiwitten (Shelterin complex in een specifiek structuur (t-loop,
G-quadruplex))
➢ Functie: merken van chromosoomuiteinden als verschillend van DNA-breuken
 Centromeer
➢ Plaats waar twee zusterchromatiden, na verdubbeling, tijdens de mitose en meiose aan
elkaar blijven
➢ Sterk repetitieve sequentie
➢ Dirigeren de vorming van het kinetochoor (complex) nodig voor chromosoom segregatie
 Chromosoom segregatie
➢ Proces waarbij twee zusterchromatiden of gepaarde homologe chromosomen van elkaar
scheiden en naar tegenovergestelde polen van de nucleus migreren
➢ Tijdens mitose en meiose (anafase 1 & 2)
➢ Cohesine houdt zusterchromatiden samen tijdens replicatie (M fase)
 Cohesine
➢ Complex van eiwitten waaronder Smc1 en Smc3 die behoren tot de 'structural maintenance
of chromosome' (SMC)-familie (ATPase domein + dimerisatie domein)
➢ Vormen samen een 'ring' rond zusterchromatiden (bij replicatie) of delen van eenzelfde
chromosoom (bij DNA loop extrusions die zorgen voor chromatine compactering)
➢ Kan geopend worden door een protease
➢ Ook rol voor analoge complexen gekend als condensine
 Chromatine compactering
➢ M fase: gecondenseerd, chromosomen zijn volledig van elkaar ontwonden
➢ G1, S1, G2 fases (=interfase): diffuus, significant minder compact




5

, Het nucleosoom
 Samengesteld uit een kern van 8 histon eiwitten met daarrond
gewonden DNA (core DNA, 147bp).
 Het DNA tussen elk nucleosoom =linker DNA
 Resulteert in 6-voudige DNA compactering = 10nm vezel

Histonen
 Kleine en positief geladen (veel +AZ: Lys/Arg)
 “Core” histonen
➢ H2A, H2B & H3, H4
➢ Hebben zelfde structureel domein = histon-fold domein
▪ (3 alfa-helices gescheiden door 2 lussen)
➢ N-terminale staarten (die veel AZ modificaties dragen en dus
belangrijk zijn in epigenetica) steken op specifieke plaatsen
uit de kern van het nucleosoom en stabiliseren DNA
opwinding rond een histon octameer

 “Linker” histon, H1
➢ Bindt aan linker DNA en induceert sterkere DNA opwinding
rond het nucleosoom
▪ Dit in combinatie met de N-terminale (core) staarten
zorgen voor een een 40-voudige compactering= 30nm
vezel
▪ Is echter nog onvoldoende om in celkern te krijgen
▪ Hiervoor zijn nog andere eiwitachtige structuren
(nucleaire scaffold) nodig die lussen van 40-90kb maken.




 Geordende assemblage (zie rechter figuur)

 Varianten
➢ Hebben één of meerdere verschillende AZ
➢ Vervangt één type histon (-> alternatieve nucleosomen/histonen)
➢ CENPA
▪ Vervangt H3
▪ Interactie met kinetochoor eiwitten door langere N-terminale staart
▪ Draagt bij tot de mitotische spindle vorming en segregatie




➢H2AX
▪ Vervangt H2A en komt redelijk vaak voor (2-25%)
▪ Wordt gefosforyleerd indien gelegen naast dubbelstrengige DNA-breuk
▪ Gefosforyleerd H2AX wordt herkend door DNA repair enzymen
 Nucleosoom onafhankelijke functies van histonen? Cu reductase



6