Hoofdstuk 6
Principes van gen regulatie en epigenetica
Genetische regulatie
Cis en trans acting
Cis acting
Regulatie op DNA niveau (nucleïnezuren). De regulatorische sequenties zijn promotors en enhancers/
silencers.
De DNA sequentie die zal reguleren, is gelegen op dezelfde streng.
Altijd DNA sequentie. De gen regulatie is op dezelfde streng en reguleert 1 gen op 1 allel.
Trans acting
RNA of eiwit zal diffunderen en zo reguleren op afstand zoals een transcriptie factor.
Het zal binden op een regulatorisch element of korte DNA sequentie. We zien regulatie op beide
allelen van een gen. Het kan meerdere genen tegelijk reguleren.
microRNA
We zien ook cis regulatie op mRNA via 5’ en 3’ UTR. Ze worden gebonden door trans activerende
eiwitten en miRNA. Vaak zal miRNA binden op 3’ UTR omdat hier veel bindingsplaatsen zijn. Ze
worden aangemaakt en diffunderen naar UTR.
We zien vaak een combinatie van cis en trans.
Een enhancer, cis, en transcriptiefactor, trans, die erop zal binden voor activatie
miRNA bindende sequentie, cis, en miRNA, trans dat erop bindt.
Soms worden ze gezien als genetisch en soms als epigenetisch maar niet belangrijk. Vooral hoe ze
reguleren.
1
,Promotor: de aan/ uit knop van genen
Hebben via enhancers en silencers invloed op de transcriptie.
Meeste structurele delen die voor eiwitten coderen worden gereguleerd door RNA pol II.
RNA pol II
Schrijft de eiwit coderende genen, lncRNA’s en miRNA af. Het zal een groot transcriptie initiatie
complex vormen met algemene transcriptiefactoren. Het vormt zich op een cis consensus sequenties
in de buurt van de transcriptie start plaats -> promotor.
RNA pol I
Het schrijft meeste ribosomale RNA af
RNA pol III
Het schrijft tRNA genen, een ribosomaal RNA en sommige kleine RNA’s af.
Consensus sequenties voor promotors
Er zijn meerdere sequenties die samen de promotor maken. Het zijn er een aantal in de buurt.
RNA pol II promotor bevat:
BRE: TFIIB recognition element
TATA box
Inr: initiator element: A is transcriptie start plaats en is altijd een A.
DPE: downstream core promotor element
Dit zijn de veel voorkomende elementen maar geen ervan is nodig of voldoende voor de promotor
activiteit. Vele promotors hebben geen van deze elementen.
Deze 4 elementen vaak terug in promotor maar moet ze niet alle 4 hebben. Soms geen en toch
fungeren als promotor. Deze 4 wijzen op promotor activiteit. Twee letters boven elkaar is dat beiden
mogelijk zijn.
Enhancers, silencers, boundaries, insulators
Cis acting sequenties zijn vaak tussen de 4 en 9 baseparen. Ze kunnen zich zowel stroom opwaarts als
stroom afwaarts bevinden in vele gevallen binnen de 1,5 kb maar verder is mogelijk.
Altijd CIS!
Enhancers: versterken de expressie
Silencers: onderdrukken expressie
Boundary sequentie:
a. Insulators: blokkeren interactie tussen enhancer en promotor door regulatorische
eiwitten te binden
b. Barriere elementen tussen euchromatine en heterochromatine
2
,Transcriptie factoren zijn DNA bindende eiwitten die binden op cis acting sequenties. Ze zijn
combinatorial -> verschillende transcriptie factoren zullen tegelijk binden. FIJNWERKING
Co-activatoren en co-repressoren:
Moduleren de actie van transcriptie factoren zonder dat ze DNA binden
Werken via eiwit eiwit interacties met regulatorische eiwitten
We zien altijd loop vorming maar enhancer moet niet altijd stroom opwaarts.
TADs
Dit zijn topologically associating domains. Het is de genomische regio die promotor enhancer
interacties limiteert en afgebakend door boundaries. Het is evolutionair geconserveerd tussen
species en ze worden bepaald via genoomwijde interactie studies.
Enhancers liggen in de buurt van een gen. Genoom in blokjes en blokje met een gen/ enkele genen
en enhancers die werken in blokje maar niet in de blokjes ernaast. Grote blok indien enhancer ver ligt
van gen want noodzakelijk dat het in zelfde blok ligt. Tussen blokken zit een boundary die dus
reguleert welke enhancer werkt op welk gen.
We zien een correlatie met chromatine structuur domeinen en ze verklaren hoe deleties en inversies
nabijgelegen genen buiten de deletie en inversie kunnen beïnvloeden.
CCTCT binding factor of CTCF
Zink finger insulator protein
Capable or restricting enhancer promotor interactions
Enriched at TAD boundaries
Cohesines zullen CT duidelijk afbakenen samen met insulator eiwit dus zo zien we TADs.
3
, TADs
In interfase vallen chromosomen uit elkaar in verschillende domeinen waar ze bepaalde plaatsen
innemen om zo sneller chromosomen te kunnen vormen na interfase. Binnen territories zien we
TADs die niet tot expressie komen en epigenetisch inactief zijn maar ook die actief zijn.
Binnen in een TAD zien we bv 3 genen die in een bepaalde richting liggen. De regulatorische
elementen kunnen werken op de verschillende genen. Binnen in een TAD is het mogelijk dat ze op
elkaar werken.
Pathologie
F syndroom: foute expressive van WNT6 door middle van een mislocalisatie van enhancers
van een nabijgelegen gen syndactylie dus samengroeiende vingers. We zien foute expressie
want foute genen in de blok die fout beïnvloeden van enhancers wat normaal niet kan want
boundaries. De gen coderende sequenties zijn echter intact.
ADLD: overexpressie van LMNB1 door middel van een deletie van boundary leidt tot de
ziekte. Zo zien we weer foute beïnvloeding doordat een boundary weg is.
Transcriptiefactoren: DNA bindende motieven
Zink Finger motief
Het zijn twee histidines en twee cysteïnesn met geconserveerde aminozuren, 3D structuren die in
het DNA gaan voelen wat de sequentie is. De aminozuursequentie is dan in staat het DNA af te lezen
en er zijn meerdere varianties om specifieke sequenties af te lezen. Men kan ook in vitro deze
structuur maken om bepaalde sequenties te zoeken om aan gen editing te doen. Ze zullen afleen en
de juiste sequentie zoeken waar ze zullen binden en dan een effect uitoefenen.
4
Principes van gen regulatie en epigenetica
Genetische regulatie
Cis en trans acting
Cis acting
Regulatie op DNA niveau (nucleïnezuren). De regulatorische sequenties zijn promotors en enhancers/
silencers.
De DNA sequentie die zal reguleren, is gelegen op dezelfde streng.
Altijd DNA sequentie. De gen regulatie is op dezelfde streng en reguleert 1 gen op 1 allel.
Trans acting
RNA of eiwit zal diffunderen en zo reguleren op afstand zoals een transcriptie factor.
Het zal binden op een regulatorisch element of korte DNA sequentie. We zien regulatie op beide
allelen van een gen. Het kan meerdere genen tegelijk reguleren.
microRNA
We zien ook cis regulatie op mRNA via 5’ en 3’ UTR. Ze worden gebonden door trans activerende
eiwitten en miRNA. Vaak zal miRNA binden op 3’ UTR omdat hier veel bindingsplaatsen zijn. Ze
worden aangemaakt en diffunderen naar UTR.
We zien vaak een combinatie van cis en trans.
Een enhancer, cis, en transcriptiefactor, trans, die erop zal binden voor activatie
miRNA bindende sequentie, cis, en miRNA, trans dat erop bindt.
Soms worden ze gezien als genetisch en soms als epigenetisch maar niet belangrijk. Vooral hoe ze
reguleren.
1
,Promotor: de aan/ uit knop van genen
Hebben via enhancers en silencers invloed op de transcriptie.
Meeste structurele delen die voor eiwitten coderen worden gereguleerd door RNA pol II.
RNA pol II
Schrijft de eiwit coderende genen, lncRNA’s en miRNA af. Het zal een groot transcriptie initiatie
complex vormen met algemene transcriptiefactoren. Het vormt zich op een cis consensus sequenties
in de buurt van de transcriptie start plaats -> promotor.
RNA pol I
Het schrijft meeste ribosomale RNA af
RNA pol III
Het schrijft tRNA genen, een ribosomaal RNA en sommige kleine RNA’s af.
Consensus sequenties voor promotors
Er zijn meerdere sequenties die samen de promotor maken. Het zijn er een aantal in de buurt.
RNA pol II promotor bevat:
BRE: TFIIB recognition element
TATA box
Inr: initiator element: A is transcriptie start plaats en is altijd een A.
DPE: downstream core promotor element
Dit zijn de veel voorkomende elementen maar geen ervan is nodig of voldoende voor de promotor
activiteit. Vele promotors hebben geen van deze elementen.
Deze 4 elementen vaak terug in promotor maar moet ze niet alle 4 hebben. Soms geen en toch
fungeren als promotor. Deze 4 wijzen op promotor activiteit. Twee letters boven elkaar is dat beiden
mogelijk zijn.
Enhancers, silencers, boundaries, insulators
Cis acting sequenties zijn vaak tussen de 4 en 9 baseparen. Ze kunnen zich zowel stroom opwaarts als
stroom afwaarts bevinden in vele gevallen binnen de 1,5 kb maar verder is mogelijk.
Altijd CIS!
Enhancers: versterken de expressie
Silencers: onderdrukken expressie
Boundary sequentie:
a. Insulators: blokkeren interactie tussen enhancer en promotor door regulatorische
eiwitten te binden
b. Barriere elementen tussen euchromatine en heterochromatine
2
,Transcriptie factoren zijn DNA bindende eiwitten die binden op cis acting sequenties. Ze zijn
combinatorial -> verschillende transcriptie factoren zullen tegelijk binden. FIJNWERKING
Co-activatoren en co-repressoren:
Moduleren de actie van transcriptie factoren zonder dat ze DNA binden
Werken via eiwit eiwit interacties met regulatorische eiwitten
We zien altijd loop vorming maar enhancer moet niet altijd stroom opwaarts.
TADs
Dit zijn topologically associating domains. Het is de genomische regio die promotor enhancer
interacties limiteert en afgebakend door boundaries. Het is evolutionair geconserveerd tussen
species en ze worden bepaald via genoomwijde interactie studies.
Enhancers liggen in de buurt van een gen. Genoom in blokjes en blokje met een gen/ enkele genen
en enhancers die werken in blokje maar niet in de blokjes ernaast. Grote blok indien enhancer ver ligt
van gen want noodzakelijk dat het in zelfde blok ligt. Tussen blokken zit een boundary die dus
reguleert welke enhancer werkt op welk gen.
We zien een correlatie met chromatine structuur domeinen en ze verklaren hoe deleties en inversies
nabijgelegen genen buiten de deletie en inversie kunnen beïnvloeden.
CCTCT binding factor of CTCF
Zink finger insulator protein
Capable or restricting enhancer promotor interactions
Enriched at TAD boundaries
Cohesines zullen CT duidelijk afbakenen samen met insulator eiwit dus zo zien we TADs.
3
, TADs
In interfase vallen chromosomen uit elkaar in verschillende domeinen waar ze bepaalde plaatsen
innemen om zo sneller chromosomen te kunnen vormen na interfase. Binnen territories zien we
TADs die niet tot expressie komen en epigenetisch inactief zijn maar ook die actief zijn.
Binnen in een TAD zien we bv 3 genen die in een bepaalde richting liggen. De regulatorische
elementen kunnen werken op de verschillende genen. Binnen in een TAD is het mogelijk dat ze op
elkaar werken.
Pathologie
F syndroom: foute expressive van WNT6 door middle van een mislocalisatie van enhancers
van een nabijgelegen gen syndactylie dus samengroeiende vingers. We zien foute expressie
want foute genen in de blok die fout beïnvloeden van enhancers wat normaal niet kan want
boundaries. De gen coderende sequenties zijn echter intact.
ADLD: overexpressie van LMNB1 door middel van een deletie van boundary leidt tot de
ziekte. Zo zien we weer foute beïnvloeding doordat een boundary weg is.
Transcriptiefactoren: DNA bindende motieven
Zink Finger motief
Het zijn twee histidines en twee cysteïnesn met geconserveerde aminozuren, 3D structuren die in
het DNA gaan voelen wat de sequentie is. De aminozuursequentie is dan in staat het DNA af te lezen
en er zijn meerdere varianties om specifieke sequenties af te lezen. Men kan ook in vitro deze
structuur maken om bepaalde sequenties te zoeken om aan gen editing te doen. Ze zullen afleen en
de juiste sequentie zoeken waar ze zullen binden en dan een effect uitoefenen.
4
