Moleculaire genetica 2 samenvatting
Inhoud
I. Global structure of chromosomes
II. Mobile genetic elements: Transposition and site-specific recombination
III. RNA processing: splicing, transport, nuclear bodies & RNA world
IV. Regulation of translation
V. Control of gene expression (DNA rearrangements, feedback loops, genome
imprinting)
VI. Posttranscriptional control (Regulation by non-coding RNAs)
College 1: Global structure of Chromosome
- Elk organisme heeft een eigen hoeveelheid chromosomen
- Al onze verschillende cellen hebben hetzelfde chromosomaal DNA, maar de cellen
verschillen in structuur en functie.
o De differentiatie van cellen komt door het chromosomaal DNA, waarin genen
tot expressie komen en eiwitten aanmaken, verschil in expressie van genen
zorgt voor verschillende cellen, allemaal op epi genetisch niveau.
o Epigenetisch betekent iets over de genen (niet controle over genen)
- Phenotypic engineering -> gen manipulatie, testen eerst op planten
DNA
- DNA bestaat uit een dubbele helix (rechts omgeslagen)
o Eén draai bevat 10 baseparen en is 3 nm lang
Histonen
- Om ervoor te zorgen dat het DNA in een celkern past,
is er een goeie folding nodig zodat het
DNA compact wordt gemaakt. Daarnaast moet het ook zijn dat het DNA “unfold”
moet worden voor activiteit.
Eiwitten die inwerken op het DNA om het te folden, en zo het chromatine vormen
zijn de histonen.
o Er zijn 5 soorten histonen; H1, H2A, H2B, H3 en H4
▪ H2A en H2B maken samen een “handshake”, idem dito voor H3 en H4.
Dit gebeurd 2x, en zo wordt er een octameer gevormd
➔ Nucleosoom
(Ronde structuur met het complex van 8 histon eiwitten waaromheen
DNA is gewikkeld)
, o Een histon eiwit bestaat uit een N-terminale deel, en een C-terminale deel.
De N-terminalen zijn erg flexibel, en ze steken uit het nucleosoom, dit is
belangrijk aangezien op de N-terminalen veel modificaties plaatsvinden.
De modificaties trekken andere eiwitten aan die verantwoordelijk zijn voor
bijvoorbeeld transcriptie/translatie en condensatie/decondensatie van de
chromosomale structuur wat belangrijk is voor genexpressie.
- De nucleosomen liggen achter elkaar (beads-on-a-string) met stukken ‘open’ DNA
ertussen: Linker DNA
o Een nucleosoom bevat het nucleosoom zelf + een stuk linker DNA;
Het bevat ongeveer 200 nucleotiden.
- Als je DNA wilt compact wilt maken, moet men DNA buigen.
o G-C zitten liever buiten en kunnen beter buigen omdat
G-C bindingen lastiger van de octameer afgaan (3 H-bruggen)
=> Minor groove outside
o A-T zitten liever binnen en worden in elkaar geduwd omdat dat makkelijker
gaat met A-T
=> Minor groove inside
- Het DNA is echter nog niet compact genoeg om in de celkern te passen:
o De nucleosomen die binden onderling met DNA en duwen de nucleosomen
tegen elkaar
=> DNA wordt dikker en korter -> 30 nanometer fiber (chromatine fiber)
- Essentiele processen zoals transcriptie, replicatie, recombinatie, DNA repair
gebeuren in de context van chromatine, niet op “naakt” DNA.
Unusual chromosomen
I. Lampbrush chromosomen
o Zijn erg groot en erg actief in het synthetiseren van RNA
o Er zijn loops die ervoor zorgen dat het DNA compact is
en tegelijkertijd ook beschikbaar blijft voor RNA-synthese
o Deze lampbrushes zijn dus gebieden op het chromosoom
die actief tot expressie komen dus ze bevatten specifieke
genen die actief zijn.
,- 3C: Chromosome Conformation Capture
=> Dit is een methode om de positie van loops in het menselijk DNA te bepalen.
1.) Stukken DNA binnen een chromosoom worden aan elkaar gekoppeld d.m.v. DNA-
bindings eiwitten
2.) Vervolgens wordt er een cross-link gevormd m.b.v. formaldehyde (het wordt aan
elkaar verbonden)
3.) Daarna wordt het stukje chromosoom geknipt door restrictie-enzymen
o Ze herkennen specifieke plekken om te knippen en zo ontstaan er losse
fragmenten
4.) De uiteindes van het opengeknipte DNA (dus niet de losse fragmenten) wordt
weer aan elkaar verbonden door DNA-ligase en het cross-linking eiwit wordt
verwijderd d.m.v. hitte
o Uiteindelijk krijg je dan een streng DNA met fragmenten die normaal in de
ruimte dicht bij elkaar liggen vanwege de loops, maar die in de lengte van het
chromosoom wel 1000 baseparen van elkaar afliggen.
5.) De fragmenten kunnen in volgorde bepaald worden bepaald d.m.v. een
Polymerase Chain Reaction (PCR)
- Dit is een loop domein, elk bevat tussen 50k en 200k baseparen. Als de genen
geactiveerd moeten worden in een loop, zal de loop groter worden gemaakt zodat er
makkelijker genexpressie kan plaatsvinden, of juist kleiner wanneer er geen
genexpressie plaatsvindt.
, II. Polytene chromosoom
o Dit zijn grote en dikke chromosomen opgebouwd uit een groot aantal
standaard chromosomen omdat meerdere DNA-replicaties niet hebben geleid
tot celdeling (het DNA werden niet van elkaar gehaald na replicatie)
o 95% van het DNA zit in de band gedeelte (zwart), het is erg compact.
5% van het DNA zit in de interband gedeelte (wit), niet compact DNA.
o Puffs zijn ook aanwezig in chromosomen:
▪ Puffs in polythene chromosomen zijn delen waar het
chromosoom veel minder compact is en een andere structuur
hebben.
▪ Nieuwe puffs ontstaan en oude puffs gaan weg als nieuwe
gen tot expressie komen, en oude worden juist uitgezet.
▪ In de puffs vindt veel meer transcriptie plaats;
Puffs zijn actief in RNA-synthese en dus essentieel voor de
productie van specifieke eiwitten die belangrijk zijn bij de
ontwikkeling van bijvoorbeeld een fruitvlieg.
- Chromosomen in menselijke cellen bezetten specifieke plaatsen in de celkern, dit is
om het verwikkelen van de chromosomen te voorkomen.
o Dit is te zien d.m.v. FISH-analyse (Fluorescence In Situ Hybridisation), waarbij
ieder chromosoom een eigen kleur krijgt. In het midden van de celkern
bevinden zich meer genen.
o De chromosomen worden in een fractale bol gevouwen
=> Ze zijn knot-free gevouwen, wat erg compact is. Maar ze hebben ook de
mogelijkheid om minder compact te worden voor genexpressie.
Inhoud
I. Global structure of chromosomes
II. Mobile genetic elements: Transposition and site-specific recombination
III. RNA processing: splicing, transport, nuclear bodies & RNA world
IV. Regulation of translation
V. Control of gene expression (DNA rearrangements, feedback loops, genome
imprinting)
VI. Posttranscriptional control (Regulation by non-coding RNAs)
College 1: Global structure of Chromosome
- Elk organisme heeft een eigen hoeveelheid chromosomen
- Al onze verschillende cellen hebben hetzelfde chromosomaal DNA, maar de cellen
verschillen in structuur en functie.
o De differentiatie van cellen komt door het chromosomaal DNA, waarin genen
tot expressie komen en eiwitten aanmaken, verschil in expressie van genen
zorgt voor verschillende cellen, allemaal op epi genetisch niveau.
o Epigenetisch betekent iets over de genen (niet controle over genen)
- Phenotypic engineering -> gen manipulatie, testen eerst op planten
DNA
- DNA bestaat uit een dubbele helix (rechts omgeslagen)
o Eén draai bevat 10 baseparen en is 3 nm lang
Histonen
- Om ervoor te zorgen dat het DNA in een celkern past,
is er een goeie folding nodig zodat het
DNA compact wordt gemaakt. Daarnaast moet het ook zijn dat het DNA “unfold”
moet worden voor activiteit.
Eiwitten die inwerken op het DNA om het te folden, en zo het chromatine vormen
zijn de histonen.
o Er zijn 5 soorten histonen; H1, H2A, H2B, H3 en H4
▪ H2A en H2B maken samen een “handshake”, idem dito voor H3 en H4.
Dit gebeurd 2x, en zo wordt er een octameer gevormd
➔ Nucleosoom
(Ronde structuur met het complex van 8 histon eiwitten waaromheen
DNA is gewikkeld)
, o Een histon eiwit bestaat uit een N-terminale deel, en een C-terminale deel.
De N-terminalen zijn erg flexibel, en ze steken uit het nucleosoom, dit is
belangrijk aangezien op de N-terminalen veel modificaties plaatsvinden.
De modificaties trekken andere eiwitten aan die verantwoordelijk zijn voor
bijvoorbeeld transcriptie/translatie en condensatie/decondensatie van de
chromosomale structuur wat belangrijk is voor genexpressie.
- De nucleosomen liggen achter elkaar (beads-on-a-string) met stukken ‘open’ DNA
ertussen: Linker DNA
o Een nucleosoom bevat het nucleosoom zelf + een stuk linker DNA;
Het bevat ongeveer 200 nucleotiden.
- Als je DNA wilt compact wilt maken, moet men DNA buigen.
o G-C zitten liever buiten en kunnen beter buigen omdat
G-C bindingen lastiger van de octameer afgaan (3 H-bruggen)
=> Minor groove outside
o A-T zitten liever binnen en worden in elkaar geduwd omdat dat makkelijker
gaat met A-T
=> Minor groove inside
- Het DNA is echter nog niet compact genoeg om in de celkern te passen:
o De nucleosomen die binden onderling met DNA en duwen de nucleosomen
tegen elkaar
=> DNA wordt dikker en korter -> 30 nanometer fiber (chromatine fiber)
- Essentiele processen zoals transcriptie, replicatie, recombinatie, DNA repair
gebeuren in de context van chromatine, niet op “naakt” DNA.
Unusual chromosomen
I. Lampbrush chromosomen
o Zijn erg groot en erg actief in het synthetiseren van RNA
o Er zijn loops die ervoor zorgen dat het DNA compact is
en tegelijkertijd ook beschikbaar blijft voor RNA-synthese
o Deze lampbrushes zijn dus gebieden op het chromosoom
die actief tot expressie komen dus ze bevatten specifieke
genen die actief zijn.
,- 3C: Chromosome Conformation Capture
=> Dit is een methode om de positie van loops in het menselijk DNA te bepalen.
1.) Stukken DNA binnen een chromosoom worden aan elkaar gekoppeld d.m.v. DNA-
bindings eiwitten
2.) Vervolgens wordt er een cross-link gevormd m.b.v. formaldehyde (het wordt aan
elkaar verbonden)
3.) Daarna wordt het stukje chromosoom geknipt door restrictie-enzymen
o Ze herkennen specifieke plekken om te knippen en zo ontstaan er losse
fragmenten
4.) De uiteindes van het opengeknipte DNA (dus niet de losse fragmenten) wordt
weer aan elkaar verbonden door DNA-ligase en het cross-linking eiwit wordt
verwijderd d.m.v. hitte
o Uiteindelijk krijg je dan een streng DNA met fragmenten die normaal in de
ruimte dicht bij elkaar liggen vanwege de loops, maar die in de lengte van het
chromosoom wel 1000 baseparen van elkaar afliggen.
5.) De fragmenten kunnen in volgorde bepaald worden bepaald d.m.v. een
Polymerase Chain Reaction (PCR)
- Dit is een loop domein, elk bevat tussen 50k en 200k baseparen. Als de genen
geactiveerd moeten worden in een loop, zal de loop groter worden gemaakt zodat er
makkelijker genexpressie kan plaatsvinden, of juist kleiner wanneer er geen
genexpressie plaatsvindt.
, II. Polytene chromosoom
o Dit zijn grote en dikke chromosomen opgebouwd uit een groot aantal
standaard chromosomen omdat meerdere DNA-replicaties niet hebben geleid
tot celdeling (het DNA werden niet van elkaar gehaald na replicatie)
o 95% van het DNA zit in de band gedeelte (zwart), het is erg compact.
5% van het DNA zit in de interband gedeelte (wit), niet compact DNA.
o Puffs zijn ook aanwezig in chromosomen:
▪ Puffs in polythene chromosomen zijn delen waar het
chromosoom veel minder compact is en een andere structuur
hebben.
▪ Nieuwe puffs ontstaan en oude puffs gaan weg als nieuwe
gen tot expressie komen, en oude worden juist uitgezet.
▪ In de puffs vindt veel meer transcriptie plaats;
Puffs zijn actief in RNA-synthese en dus essentieel voor de
productie van specifieke eiwitten die belangrijk zijn bij de
ontwikkeling van bijvoorbeeld een fruitvlieg.
- Chromosomen in menselijke cellen bezetten specifieke plaatsen in de celkern, dit is
om het verwikkelen van de chromosomen te voorkomen.
o Dit is te zien d.m.v. FISH-analyse (Fluorescence In Situ Hybridisation), waarbij
ieder chromosoom een eigen kleur krijgt. In het midden van de celkern
bevinden zich meer genen.
o De chromosomen worden in een fractale bol gevouwen
=> Ze zijn knot-free gevouwen, wat erg compact is. Maar ze hebben ook de
mogelijkheid om minder compact te worden voor genexpressie.
