MENSELIJKE GENETICA
Hoofdstuk 6: principes van genregulatie
en epigenetica
6.1 genetische regulatie
Regulatie van genexpressie cis en trans acting
Regulatie van genexpressie à verschil tussen cis en trans
• Cis acting elementen = DNA sequentie die reguleert op eigen DNA streng
o Reguleert 1 gen, 1 allel
o Voorbeeld 1: promotor van gen A (werkt op dezelfde streng)
o Voorbeeld 2: enhancer (beïnvloedt genexpressie van gen op dezelfde streng)
! enhancers die een stuk verder liggen kunnen ook cis-acting zijn
à Foto: regulatie van gen A en B op homologe chromosomen door cis-acting elementen
• Trans acting elementen = RNA of eiwit dat diffundeert (nooit DNA!)
o Diffunderen in de cel en binden hier op cis acting element om hun invloed uit te
oefenen à regulatie gebeurt op afstand
o Zal binden op een regulatorisch element (korte DNA sequentie)
o Reguleert beide allelen van een gen
o Kan meerdere genen tegelijkertijd reguleren
o Voorbeeld: transcriptiefactoren à binden op enhancers en beïnvloeden de
genexpressie
! trans acting elementen kunnen ook op dezelfde streng werken maar meestal niet
1
, à Foto: het gen Z, gelegen op een ander chromosoom of hetzelfde, produceert het
trans acting element Z dat zal binden op het regulatorisch element 2 op zowel het
paternale als maternale chromosoom
Cis acting elementen kunnen aanwezig zijn in mRNA
• Meestal in de niet coderende regio à thv 5’ en 3’ UTR (untranslated region)
! via transcriptie ontstaan er mRNA met een start- en stopcodon en een 5’ en 3’ UTR à deze
zijn belangrijk voor het binden van factoren die de genregulatie beïnvloeden
- Bv: miRNA’s die binden op 3’ UTR
DUS aan de 3’ UTR zijn er cis acting factors waarop de trans acting factor (miRNA) binden
! Regulatie is altijd een combinatie van cis en trans
- Enhancer (cis) en transcriptiefactor (trans) bindt hierop
- miRNA bindende sequentie (cis) en miRNA (trans) bindt hierop
De promotor: aan/uit knop van genen
Nucleaire genen worden overgeschreven door drie verschillende types van RNA-polymerasen:
RNA polymerase II = belangrijkste RNA polymerase
• schrijft eiwit coderende genen, lncRNA’s en miRNA’s af
• vormt een groot transcriptie initiatie complex met transcriptiefactoren à vormt zich op (cis
acting) consensus sequenties in de buurt van de transcriptie start plaats (promotor)
2
,RNA polymerase I
• schrijft meeste ribosomale RNA’s af
RNA polymerase III
• schrijft tRNA genen, 1 ribosomaal RNA en sommige kleine RNA’s af
Consensus sequenties voor promotors
Promotors zijn cis acting elementen die bepalen welke delen van de DNA streng overgeschreven
zullen worden à elke promotor bestaat uit een collectie van korte welbepaalde elementen die
meestal enkele honderde nucleotiden van de transcriptie startsite gelegen zijn.
! Consensusequentie = sequentie die meestal dezelfde basevolgorde heeft maar die af en toe
wel eens kunnen verschillen
RNA polymerase II promotor bevat typisch
• BRE: TFIIB recognition element à TFIIB bindt aan BRE waarna de RNA polymerase
gepositioneerd wordt aan de
transcriptiestartplaats
• TATA box
• Lnr: initiatior (A = transcriptiestartplaats)
• DPE: downstream core promotor element
! Niet alle promotors hebben alle 4 de elementen, zelfs als de elementen niet aanwezig zijn is er nog
steeds een promotoractiviteit
Enhancers, silencers, boundaries, insulators
Dit zijn ook cis-acting elementen van 4-9 bp
• Bevinden zich zowel stroomop- als stroomafwaarts van een gen
• Meestal binnen de 1500 bp maar soms veel verder
! enhancers = versterken de expressie
! silencers = onderdrukken de expressie
! boundary sequenties: om ervoor te zorgen dat enhancers/silencers niet inwerken op de
foute genen
- Insulators (genetica) blokkeren de interactie tussen enhancer en promotor door het
binden van regulatorische eiwitten
- Barrière elementen (epigenetica) zijn barrières tussen euchromatine en
heterechromatine
3
, Figuur transcriptiefactoren
• Bij transcriptie: promotor, RNA polymerase II en DNA
• Om de enhancers hun werk te kunnen laten doen, zal het DNA een looping moeten maken
zodat de proteïnen die gebonden zijn aan de enhancer (cis, acting element/oranje box)
kunnen interageren me d proteïnen geboden aan de promotor van het target gen à nu kan
de transcriptie beïnvloedt worden
Topologically associating domains (TADs)
TADs zijn genomische regio die promotor enhancer interacties limiteren
• Zijn bepaalde regio’s die in elkaars buurt liggen en afgebakend worden door boundaries en
insulators à enhancer kan alleen maar interageren met genen binnen deze regio (TAD)
• Evolutionair geconserveerd tussen species
• Worden bepaald via genoomwijde interactie studies
• Correlatie met chromatine structuur domeinen
• Verklaren hoe deleties en inversies nabijgelegen genen buiten de deletie of inversie kunnen
beïnvloeden
! DUS geen interactie tussen rode en blauwe driehoek
(twee verschillende TADs)
4
Hoofdstuk 6: principes van genregulatie
en epigenetica
6.1 genetische regulatie
Regulatie van genexpressie cis en trans acting
Regulatie van genexpressie à verschil tussen cis en trans
• Cis acting elementen = DNA sequentie die reguleert op eigen DNA streng
o Reguleert 1 gen, 1 allel
o Voorbeeld 1: promotor van gen A (werkt op dezelfde streng)
o Voorbeeld 2: enhancer (beïnvloedt genexpressie van gen op dezelfde streng)
! enhancers die een stuk verder liggen kunnen ook cis-acting zijn
à Foto: regulatie van gen A en B op homologe chromosomen door cis-acting elementen
• Trans acting elementen = RNA of eiwit dat diffundeert (nooit DNA!)
o Diffunderen in de cel en binden hier op cis acting element om hun invloed uit te
oefenen à regulatie gebeurt op afstand
o Zal binden op een regulatorisch element (korte DNA sequentie)
o Reguleert beide allelen van een gen
o Kan meerdere genen tegelijkertijd reguleren
o Voorbeeld: transcriptiefactoren à binden op enhancers en beïnvloeden de
genexpressie
! trans acting elementen kunnen ook op dezelfde streng werken maar meestal niet
1
, à Foto: het gen Z, gelegen op een ander chromosoom of hetzelfde, produceert het
trans acting element Z dat zal binden op het regulatorisch element 2 op zowel het
paternale als maternale chromosoom
Cis acting elementen kunnen aanwezig zijn in mRNA
• Meestal in de niet coderende regio à thv 5’ en 3’ UTR (untranslated region)
! via transcriptie ontstaan er mRNA met een start- en stopcodon en een 5’ en 3’ UTR à deze
zijn belangrijk voor het binden van factoren die de genregulatie beïnvloeden
- Bv: miRNA’s die binden op 3’ UTR
DUS aan de 3’ UTR zijn er cis acting factors waarop de trans acting factor (miRNA) binden
! Regulatie is altijd een combinatie van cis en trans
- Enhancer (cis) en transcriptiefactor (trans) bindt hierop
- miRNA bindende sequentie (cis) en miRNA (trans) bindt hierop
De promotor: aan/uit knop van genen
Nucleaire genen worden overgeschreven door drie verschillende types van RNA-polymerasen:
RNA polymerase II = belangrijkste RNA polymerase
• schrijft eiwit coderende genen, lncRNA’s en miRNA’s af
• vormt een groot transcriptie initiatie complex met transcriptiefactoren à vormt zich op (cis
acting) consensus sequenties in de buurt van de transcriptie start plaats (promotor)
2
,RNA polymerase I
• schrijft meeste ribosomale RNA’s af
RNA polymerase III
• schrijft tRNA genen, 1 ribosomaal RNA en sommige kleine RNA’s af
Consensus sequenties voor promotors
Promotors zijn cis acting elementen die bepalen welke delen van de DNA streng overgeschreven
zullen worden à elke promotor bestaat uit een collectie van korte welbepaalde elementen die
meestal enkele honderde nucleotiden van de transcriptie startsite gelegen zijn.
! Consensusequentie = sequentie die meestal dezelfde basevolgorde heeft maar die af en toe
wel eens kunnen verschillen
RNA polymerase II promotor bevat typisch
• BRE: TFIIB recognition element à TFIIB bindt aan BRE waarna de RNA polymerase
gepositioneerd wordt aan de
transcriptiestartplaats
• TATA box
• Lnr: initiatior (A = transcriptiestartplaats)
• DPE: downstream core promotor element
! Niet alle promotors hebben alle 4 de elementen, zelfs als de elementen niet aanwezig zijn is er nog
steeds een promotoractiviteit
Enhancers, silencers, boundaries, insulators
Dit zijn ook cis-acting elementen van 4-9 bp
• Bevinden zich zowel stroomop- als stroomafwaarts van een gen
• Meestal binnen de 1500 bp maar soms veel verder
! enhancers = versterken de expressie
! silencers = onderdrukken de expressie
! boundary sequenties: om ervoor te zorgen dat enhancers/silencers niet inwerken op de
foute genen
- Insulators (genetica) blokkeren de interactie tussen enhancer en promotor door het
binden van regulatorische eiwitten
- Barrière elementen (epigenetica) zijn barrières tussen euchromatine en
heterechromatine
3
, Figuur transcriptiefactoren
• Bij transcriptie: promotor, RNA polymerase II en DNA
• Om de enhancers hun werk te kunnen laten doen, zal het DNA een looping moeten maken
zodat de proteïnen die gebonden zijn aan de enhancer (cis, acting element/oranje box)
kunnen interageren me d proteïnen geboden aan de promotor van het target gen à nu kan
de transcriptie beïnvloedt worden
Topologically associating domains (TADs)
TADs zijn genomische regio die promotor enhancer interacties limiteren
• Zijn bepaalde regio’s die in elkaars buurt liggen en afgebakend worden door boundaries en
insulators à enhancer kan alleen maar interageren met genen binnen deze regio (TAD)
• Evolutionair geconserveerd tussen species
• Worden bepaald via genoomwijde interactie studies
• Correlatie met chromatine structuur domeinen
• Verklaren hoe deleties en inversies nabijgelegen genen buiten de deletie of inversie kunnen
beïnvloeden
! DUS geen interactie tussen rode en blauwe driehoek
(twee verschillende TADs)
4
