Epigenetica
Introductie over het vak
Verschillende lesonderdelen:
- Introductie
- Epigenetische technieken
- Overerfbare epigenetica
- Epigenetische biomarkers
- Epigenetische therapieën
Erfelijke kenmerken van epigenetica worden doorgegeven via de zwangerschap van
eerste naar de tweede generatie -> hoe kunnen we deze gebruiken in de diagnostiek?
Examen bestaat uit:
- 15/20: schriftelijk examen
o MCQ en openvragen (reproductie of inzichtvragen)
- 5/20: poster presentatie
o Over onderzoeksartikel (recent)
o Voorbeeld staat op blackboard
Thema 1 From genetics tot epigenetics
Het centrale dogma
- DNA bevat code om eiwitten aan te maken
via RNA transcriptie
- We kunnen DNA sequenceren, waardoor we ziekten kunnen achterhalen
- Gedacht (Human genome): 150 000 genen -> veel ziekten kunnen klasseren
- Maar: veel minder enen dan gedacht, veel minder associaties tussen mutaties en
ziekten
- Nu zijn er immers al 100 000 genomen en 1000-den mutaties geïdentificeerd
Voor veel complexe ziekten zijn er geen genetische defecten geïdentificeerd
- Bij veel ziekten kunnen we geen 1 op 1 mutatie correleren met een ziekte
o Waarom bepaalde mutaties wel of niet een ziekte veroorzaken
o In 80% van de complexe ziekte is er geen genetische correlatie
- Genetica en epigenetica kunnen we niet volledig ontko
Aantal genen reflecteert niet de complexiteit van een organisme
1
, - De mens en de bladluis hebben evenveel genen, heeft te maken met de
complexiteit van de regulatie
- Veel DNA in het genoom codeert niet ->hiervan 96% wordt omgezet in RNA
o (In totaal 9% omgezet in RNA)
o RNA-moleculen hebben belangrijke regulatorie functies
▪ Katalytische functies combineren met informatiefuncties
▪ Kunnen als een template dienen om een enzym/complex aan te
voeren
- De regulatiemechanismen gaan de complexiteit bepalen
Genetica legt niet de celdifferentiatie, metamorfose of ziekten in genetische
identieke tweelingen uit
Aantal mysteries volgens de genetica:
- Vlinder kan voorkomen als rups, verpoppen en als insect met vleugels
o Hebben exact hetzelfde DNA maar een verschillende morfologie
(verschillen door regulatie)
- Werkbij en koninginnenbij
o Afhankelijk van de voeding die de bij heeft -> ofwel differentiëren naar een
koninginnenbij of werkbij
o 3 weken vs 2-jaar overleving
- Mierennest
o Veel verschillende soorten mieren (soldaat, agresssief, sterk, …)
o Wordt sterk aangestuurd door epigenetica
▪ Peptide hormonen bepalen het gedrag van de mieren
▪ Veel gebruikt in neuroepigenetica
- Prader willi en Angelman syndroom
o Veroorzaakt worden door een identieke genetische mutatie maar heeft
een verschillend fenotype
o Mutatie in moeder gen vs mutatie in vader gen
o Van elk gen hebben we 2 kopijen -> effect in gen van vader of moeder
o Te maken met genomic imprinting
- Studies in eeneiige tweelingen
o = homozygote tweelingen
o Hoe ouder ze worden, hoe meer ze verschillen in epigenetische
kenmerken
o Cohorts studies: longitudinale studies om de impact van
omgevingsfactoren te bepalen op het genoom
- Celtypen: hebben exact hetzelfde DNA, maar hebben een unieke epigenetische
code
o Naar DNA methylatie patronen kijken aan adhv deze patronen zeggen
welke cel het is
2
, o Boven op de celdifferentiatie kenmerken ook nog andere
methylatiepatronen die variëren door de levensstijl
Vroeger: hoe werd een embryo gecreëerd?
Aristoteles (384 v. Chr. – 322 v. Chr)
- Alle informatie zat in de zaadcel -> bevatte een minimens
- Bevruchting door zaadcel te vermengen met een eicel
- Eicel: voedingsbodem voor de groei
- Erven alle kenmerken van de vader over
- Heeft geduurd tot 17e eeuw
Antonie van Leeuwenhoek (1632 – 1723)
- = uitvinder van de microscoop
- Ging cellen uitvergroten -> studie op eierdooiers
- Preformatie theorie is niet correct
- In functie van de tijd zijn er morfologische
veranderingen -> progressieve ontwikkeling
Gregor Mendel (1822 – 1884)
- Erfbare fenotypische eigenschappen
- Planten bestuderen en deze kenmerken correleren met zaden
- Er moet een dragen zijn van deze kenmerken -> recessief en dominant
Darwin (1859)
- Stapsgewijze ontwikkelingen van organismen die random gebeuren
- Kan levenskansen verhogen of verminderen
- Survival of the fittest
- Argumenten wogen meer door dan Lamarck
- Maar 50% gelijk
Lamarck (1801)
- Adaptieve ontwikkelingen van organismen
- Co-evolutie
3
, o Bomen willen overleven en maken de stam langer,
hierdoor kunnen alleen giraffen overleven met een
langere nek
- Omgevingsfactoren hebben inderdaad een impact = meer de
epigenetische impact
o Hebben niet altijd een positieve impact
o Genexpressie veranderen door epigenetische
informatie -> kunnen kanker ontwikkelen
o Variaties van epigenetische modificaties zorgen voor
veranderingen in de Genexpressie -> kan voordelen en nadelen hebben
▪ Voordelen: beter beschermd
▪ Nadelen: ontwikkeling van kanker
- Epigenetica stond onder invloed van de evolutie = neo darwinisme
o Onderhevig aan natuurlijke selectie
Conrad Waddington (1905 – 1975)
- Waddington’ landscape
o Bal die van een helling rolt -> hoe kunnen al die
verschillende celtypen in een embryo ontstaan
o Valleien en heuvels -> bal gaat kiezen welke
richting het uit gaat
o Eenmaal een afslag genomen -> enkel tot die celtypes ontwikkelen
o Iedere stap in de ontwikkeling verliest de cel zijn vrijheden
- Kort na bevruchting = omnipotent -> hoe verder hoe beperkter de cellen hun lot
zou zijn
- Touwtjes: hieraan tekken, kan je het landschap veranderen en kan je bepalen in
welke vallei de knikker zou vallen
o Sommige concentreren uitleggen in stamceltherapie en epigenetische
ziekteprocessen
o Van bevruchte eicellen naar immuuncellen = 1-richtingsverkeer
▪ Elke celtype heeft zijn identieke code
o Epigenetica is reversibel -> is de celdifferentiatie dan ook reversibel?
o Aan welke touwtjes zou je moeten trekken zodat de bal zou terug komen
▪ IPSC (induced pluripotent stemmcells)
▪ Terug naar het pluripotent stadium en nadien naar een andere
vallei sturen
Watson & Crick (1953)
- Kwamen erachter dat DNA een helix model heeft
- Complentaire basen (GC vs AT) -> doorbraak om de erfelijkheid te begrijpen
4
Introductie over het vak
Verschillende lesonderdelen:
- Introductie
- Epigenetische technieken
- Overerfbare epigenetica
- Epigenetische biomarkers
- Epigenetische therapieën
Erfelijke kenmerken van epigenetica worden doorgegeven via de zwangerschap van
eerste naar de tweede generatie -> hoe kunnen we deze gebruiken in de diagnostiek?
Examen bestaat uit:
- 15/20: schriftelijk examen
o MCQ en openvragen (reproductie of inzichtvragen)
- 5/20: poster presentatie
o Over onderzoeksartikel (recent)
o Voorbeeld staat op blackboard
Thema 1 From genetics tot epigenetics
Het centrale dogma
- DNA bevat code om eiwitten aan te maken
via RNA transcriptie
- We kunnen DNA sequenceren, waardoor we ziekten kunnen achterhalen
- Gedacht (Human genome): 150 000 genen -> veel ziekten kunnen klasseren
- Maar: veel minder enen dan gedacht, veel minder associaties tussen mutaties en
ziekten
- Nu zijn er immers al 100 000 genomen en 1000-den mutaties geïdentificeerd
Voor veel complexe ziekten zijn er geen genetische defecten geïdentificeerd
- Bij veel ziekten kunnen we geen 1 op 1 mutatie correleren met een ziekte
o Waarom bepaalde mutaties wel of niet een ziekte veroorzaken
o In 80% van de complexe ziekte is er geen genetische correlatie
- Genetica en epigenetica kunnen we niet volledig ontko
Aantal genen reflecteert niet de complexiteit van een organisme
1
, - De mens en de bladluis hebben evenveel genen, heeft te maken met de
complexiteit van de regulatie
- Veel DNA in het genoom codeert niet ->hiervan 96% wordt omgezet in RNA
o (In totaal 9% omgezet in RNA)
o RNA-moleculen hebben belangrijke regulatorie functies
▪ Katalytische functies combineren met informatiefuncties
▪ Kunnen als een template dienen om een enzym/complex aan te
voeren
- De regulatiemechanismen gaan de complexiteit bepalen
Genetica legt niet de celdifferentiatie, metamorfose of ziekten in genetische
identieke tweelingen uit
Aantal mysteries volgens de genetica:
- Vlinder kan voorkomen als rups, verpoppen en als insect met vleugels
o Hebben exact hetzelfde DNA maar een verschillende morfologie
(verschillen door regulatie)
- Werkbij en koninginnenbij
o Afhankelijk van de voeding die de bij heeft -> ofwel differentiëren naar een
koninginnenbij of werkbij
o 3 weken vs 2-jaar overleving
- Mierennest
o Veel verschillende soorten mieren (soldaat, agresssief, sterk, …)
o Wordt sterk aangestuurd door epigenetica
▪ Peptide hormonen bepalen het gedrag van de mieren
▪ Veel gebruikt in neuroepigenetica
- Prader willi en Angelman syndroom
o Veroorzaakt worden door een identieke genetische mutatie maar heeft
een verschillend fenotype
o Mutatie in moeder gen vs mutatie in vader gen
o Van elk gen hebben we 2 kopijen -> effect in gen van vader of moeder
o Te maken met genomic imprinting
- Studies in eeneiige tweelingen
o = homozygote tweelingen
o Hoe ouder ze worden, hoe meer ze verschillen in epigenetische
kenmerken
o Cohorts studies: longitudinale studies om de impact van
omgevingsfactoren te bepalen op het genoom
- Celtypen: hebben exact hetzelfde DNA, maar hebben een unieke epigenetische
code
o Naar DNA methylatie patronen kijken aan adhv deze patronen zeggen
welke cel het is
2
, o Boven op de celdifferentiatie kenmerken ook nog andere
methylatiepatronen die variëren door de levensstijl
Vroeger: hoe werd een embryo gecreëerd?
Aristoteles (384 v. Chr. – 322 v. Chr)
- Alle informatie zat in de zaadcel -> bevatte een minimens
- Bevruchting door zaadcel te vermengen met een eicel
- Eicel: voedingsbodem voor de groei
- Erven alle kenmerken van de vader over
- Heeft geduurd tot 17e eeuw
Antonie van Leeuwenhoek (1632 – 1723)
- = uitvinder van de microscoop
- Ging cellen uitvergroten -> studie op eierdooiers
- Preformatie theorie is niet correct
- In functie van de tijd zijn er morfologische
veranderingen -> progressieve ontwikkeling
Gregor Mendel (1822 – 1884)
- Erfbare fenotypische eigenschappen
- Planten bestuderen en deze kenmerken correleren met zaden
- Er moet een dragen zijn van deze kenmerken -> recessief en dominant
Darwin (1859)
- Stapsgewijze ontwikkelingen van organismen die random gebeuren
- Kan levenskansen verhogen of verminderen
- Survival of the fittest
- Argumenten wogen meer door dan Lamarck
- Maar 50% gelijk
Lamarck (1801)
- Adaptieve ontwikkelingen van organismen
- Co-evolutie
3
, o Bomen willen overleven en maken de stam langer,
hierdoor kunnen alleen giraffen overleven met een
langere nek
- Omgevingsfactoren hebben inderdaad een impact = meer de
epigenetische impact
o Hebben niet altijd een positieve impact
o Genexpressie veranderen door epigenetische
informatie -> kunnen kanker ontwikkelen
o Variaties van epigenetische modificaties zorgen voor
veranderingen in de Genexpressie -> kan voordelen en nadelen hebben
▪ Voordelen: beter beschermd
▪ Nadelen: ontwikkeling van kanker
- Epigenetica stond onder invloed van de evolutie = neo darwinisme
o Onderhevig aan natuurlijke selectie
Conrad Waddington (1905 – 1975)
- Waddington’ landscape
o Bal die van een helling rolt -> hoe kunnen al die
verschillende celtypen in een embryo ontstaan
o Valleien en heuvels -> bal gaat kiezen welke
richting het uit gaat
o Eenmaal een afslag genomen -> enkel tot die celtypes ontwikkelen
o Iedere stap in de ontwikkeling verliest de cel zijn vrijheden
- Kort na bevruchting = omnipotent -> hoe verder hoe beperkter de cellen hun lot
zou zijn
- Touwtjes: hieraan tekken, kan je het landschap veranderen en kan je bepalen in
welke vallei de knikker zou vallen
o Sommige concentreren uitleggen in stamceltherapie en epigenetische
ziekteprocessen
o Van bevruchte eicellen naar immuuncellen = 1-richtingsverkeer
▪ Elke celtype heeft zijn identieke code
o Epigenetica is reversibel -> is de celdifferentiatie dan ook reversibel?
o Aan welke touwtjes zou je moeten trekken zodat de bal zou terug komen
▪ IPSC (induced pluripotent stemmcells)
▪ Terug naar het pluripotent stadium en nadien naar een andere
vallei sturen
Watson & Crick (1953)
- Kwamen erachter dat DNA een helix model heeft
- Complentaire basen (GC vs AT) -> doorbraak om de erfelijkheid te begrijpen
4
