Hoofdstuk 8: De controle van genexpressie
Een typische eukaryotische cel brengt slechts een fractie van zijn genen tot expressie en de verschillende typen
cellen in meercellige organismen worden verschillende sets genen tot expressie gebracht als cellen differentiëren.
Hoewel alle stappen die betrokken zijn bij het tot expressie brengen van genen, in principe kunnen worden
gereguleerd, is voor de meeste genen de initiatie van transcriptie het belangrijkste controlepunt.
De transcriptie van individuele genen wordt in cellen in- en uitgeschakeld door transcriptieregulatoren. Deze werken
door zich te binden aan korte stukjes DNA, die regulerende DNA-sequenties worden genoemd. Hoewel elke
transcriptieregulator unieke kenmerken heeft, binden de meeste zich aan DNA met behulp van een klein aantal
structurele motieven. De precieze aminozuursequentie die in het DNA-bindende motief is gevouwen, bepaalt de
specifieke DNA-sequentie die wordt herkend.
In bacteriën binden transcriptieregulatoren zich meestal aan regulerende DNA-sequenties in de buurt van waar RNA-
polymerase bindt. Ze kunnen de transcriptie van het gen activeren of onderdrukken. In eukaryoten worden
regulatoire DNA-sequenties vaak gescheiden van de promotor door vele duizenden nucleotideparen.
Eukaryotische transcriptieregulatoren werken op twee fundamentele manieren: (1) ze kunnen het assemblage-
proces van RNA-polymerase en de algemene transcriptiefactoren bij de promotor direct beïnvloeden, en (2) ze
kunnen de chromatinestructuur van promotorregio's lokaal wijzigen.
In eukaryoten wordt de expressie van een gen over het algemeen gecontroleerd door een combinatie van
transcriptieregulatoren. Bij meercellige planten en dieren zorgt de productie van verschillende
transcriptieregulatoren in verschillende celtypen ervoor dat alleen die genen tot expressie komen die geschikt zijn
voor het specifieke celtype.
Cellen in meercellige organismen hebben mechanismen die hun nageslacht in staat stellen om te 'onthouden' wat
voor soort cel ze zouden moeten zijn.
Een enkele transcriptieregulator kan, indien uitgedrukt in de juiste pre-cursorcel, de vorming van een gespecialiseerd
celtype of zelfs een heel orgaan teweegbrengen.
Cellen kunnen ook genexpressie reguleren door gebeurtenissen te controleren die plaatsvinden nadat de transcriptie
is begonnen. Veel van deze mechanismen zijn afhankelijk van RNA-moleculen die hun eigen transcriptie of translatie
kunnen beïnvloeden.
MicroRNA's (miRNA's) regelen de genexpressie door basenparing met specifieke mRNA's en hun stabiliteit en
translatie te reguleren.
Cellen hebben een verdedigingsmechanisme voor het vernietigen van 'vreemde' dubbelstrengs RNA's, waarvan er
vele door virussen worden geproduceerd. Wetenschappers kunnen profiteren van dit mechanisme, RNA-
interferentie genaamd, om genen van belang te inactiveren door simpelweg cellen te injecteren met
dubbelstrengige RNA's die zich richten op de mRNA's die door die genen worden geproduceerd.
, Hoofdstuk 15: Intracellulaire compartimenten en transport
Eukaryotische cellen bevatten meerder membrane-enclosed organellen, o.a. de nucleus, het ER, Golgiapparaat,
lysosomen, endosomen, mitochondriën en peroxisomen.
De meeste organellen eiwitten worden gemaakt in het cytosol en getransporteerd naar het organel waar het zijn
functie kan uitoefenen. Sorting signals in de aminozuursequentie sturen de eiwitten naar het juiste organel. Eiwitten
die functioneren in het cytosol hebben niet zo’n sequentie.
Nucleaire eiwitten bevatten nucleair lokalisatiesignalen die helpen bij het sturen van het actieve transport van het
cytosol naar de kern via nucleaire poriën, die de nucleaire envelop met dubbel membraan binnendringen. Eiwitten
komen de kern binnen zonder te worden ontvouwd.
De meeste mitochondriale en chloroplast-eiwitten worden gemaakt in het cytosol en worden vervolgens actief naar
de organellen getransporteerd door protiëntranslocators in hun membranen. Eiwitten moeten worden ontvouwd
om ze door de translocators in het chloroplast- en mitochondriale-membraan te laten.
De ER is de membraanfabriek van de cel; het maakt de meeste lipiden van de cel en veel van zijn eiwitten. De
eiwitten worden gemaakt door ribosomen die aan het oppervlak van de ruwe ER zijn gebonden.
Ribosomen in het cytosol worden naar het ER gestuurd als het eiwit dat ze maken een ER-signaalsequentie heeft, die
wordt herkend door een signaalherkenningsdeeltje (SRP) in het cytosol; de binding van het ribosoom-SRP-complex
aan een receptor op het ER-membraan start het translocatieproces dat het groeiende polypetide door het ER-
membraan voert via een translocatiekanaal.
Oplosbare eiwitten die bestemd zijn voor uitscheiding of voor het lumen van een organel passeren volledig het ER-
lumen, terwijl transmembraaneiwitten die bestemd zijn voor het ER-membraan of voor andere celmembranen
verankerd blijven in de lipide-dubbellaag door een of meer membraan-overspannende alfa-helices.
In het ER-lumen vouwen eiwitten zich op, assembleren ze zich met andere eiwitten, vormen ze disulfidebindingen en
worden ze versierd met oligosaccharideketens.
Het verlaten van de ER is een belangrijke stap in kwaliteitscontrole; eiwitten die ofwel niet goed vouwen of niet
samenkomen met hun normale partners, worden in het ER vastgehouden door chaperonne-eiwitten en worden
uiteindelijk afgebroken.
Een opeenhoping van verkeerd gevouwen eiwitten veroorzaakt een reactie die de omvang van de ER vergroot,
waardoor het vermogen om nieuwe eiwitten op de juiste manier te vouwen toeneemt.
Eiwittransport van het ER naar het Goli-apparaat en van het Golgi naar andere bestemmingen wordt gemedieerd
door transport vesicles die voortdurend uit het ene membraan loskomen en samensmelten met een ander, een
proces dat vesicular transport wordt genoemd.
Transport vesikels hebben kenmerkende coat proteins op hun cytosolische oppervlak; de samenstelling van de
coating en cargo proteins helpen om receptoren met hun gebonden cargo op te nemen in de vormende vesikel.
Gecoate vesikels verliezen hun protein coat snel nadat ze er tussenuit geknepen zijn, waardoor ze kunnen aanmeren
en vervolgens kunnen samensmelten met een hun target membraan; het aanleggen en fuseren worden gemedieerd
door eiwitten op de vesikel en op het target membraan, waaronder Rab-eiwitten en SNARE's.
Het Golgi-apparaat ontvangt nieuw gemaakte eiwitten uit het ER, het modificeert hun oligosacchariden, sorteert de
eiwitten en stuurt ze van de transgolgi-netwerk naar het plasmamembraan, lysosomen of secretoire vesikels.
In alle eukaryote cellen komen transport vesikels continu uit het transgolgi-netwerk en fuseren met het
plasmamembraan, een proces dat constitutieve exocytose wordt genoemd; het proces levert
plasmamembraanlipiden en eiwitten aan het celoppervlak en maakt ook moleculen vrij uit de cel in het proces van
secretie.
Een typische eukaryotische cel brengt slechts een fractie van zijn genen tot expressie en de verschillende typen
cellen in meercellige organismen worden verschillende sets genen tot expressie gebracht als cellen differentiëren.
Hoewel alle stappen die betrokken zijn bij het tot expressie brengen van genen, in principe kunnen worden
gereguleerd, is voor de meeste genen de initiatie van transcriptie het belangrijkste controlepunt.
De transcriptie van individuele genen wordt in cellen in- en uitgeschakeld door transcriptieregulatoren. Deze werken
door zich te binden aan korte stukjes DNA, die regulerende DNA-sequenties worden genoemd. Hoewel elke
transcriptieregulator unieke kenmerken heeft, binden de meeste zich aan DNA met behulp van een klein aantal
structurele motieven. De precieze aminozuursequentie die in het DNA-bindende motief is gevouwen, bepaalt de
specifieke DNA-sequentie die wordt herkend.
In bacteriën binden transcriptieregulatoren zich meestal aan regulerende DNA-sequenties in de buurt van waar RNA-
polymerase bindt. Ze kunnen de transcriptie van het gen activeren of onderdrukken. In eukaryoten worden
regulatoire DNA-sequenties vaak gescheiden van de promotor door vele duizenden nucleotideparen.
Eukaryotische transcriptieregulatoren werken op twee fundamentele manieren: (1) ze kunnen het assemblage-
proces van RNA-polymerase en de algemene transcriptiefactoren bij de promotor direct beïnvloeden, en (2) ze
kunnen de chromatinestructuur van promotorregio's lokaal wijzigen.
In eukaryoten wordt de expressie van een gen over het algemeen gecontroleerd door een combinatie van
transcriptieregulatoren. Bij meercellige planten en dieren zorgt de productie van verschillende
transcriptieregulatoren in verschillende celtypen ervoor dat alleen die genen tot expressie komen die geschikt zijn
voor het specifieke celtype.
Cellen in meercellige organismen hebben mechanismen die hun nageslacht in staat stellen om te 'onthouden' wat
voor soort cel ze zouden moeten zijn.
Een enkele transcriptieregulator kan, indien uitgedrukt in de juiste pre-cursorcel, de vorming van een gespecialiseerd
celtype of zelfs een heel orgaan teweegbrengen.
Cellen kunnen ook genexpressie reguleren door gebeurtenissen te controleren die plaatsvinden nadat de transcriptie
is begonnen. Veel van deze mechanismen zijn afhankelijk van RNA-moleculen die hun eigen transcriptie of translatie
kunnen beïnvloeden.
MicroRNA's (miRNA's) regelen de genexpressie door basenparing met specifieke mRNA's en hun stabiliteit en
translatie te reguleren.
Cellen hebben een verdedigingsmechanisme voor het vernietigen van 'vreemde' dubbelstrengs RNA's, waarvan er
vele door virussen worden geproduceerd. Wetenschappers kunnen profiteren van dit mechanisme, RNA-
interferentie genaamd, om genen van belang te inactiveren door simpelweg cellen te injecteren met
dubbelstrengige RNA's die zich richten op de mRNA's die door die genen worden geproduceerd.
, Hoofdstuk 15: Intracellulaire compartimenten en transport
Eukaryotische cellen bevatten meerder membrane-enclosed organellen, o.a. de nucleus, het ER, Golgiapparaat,
lysosomen, endosomen, mitochondriën en peroxisomen.
De meeste organellen eiwitten worden gemaakt in het cytosol en getransporteerd naar het organel waar het zijn
functie kan uitoefenen. Sorting signals in de aminozuursequentie sturen de eiwitten naar het juiste organel. Eiwitten
die functioneren in het cytosol hebben niet zo’n sequentie.
Nucleaire eiwitten bevatten nucleair lokalisatiesignalen die helpen bij het sturen van het actieve transport van het
cytosol naar de kern via nucleaire poriën, die de nucleaire envelop met dubbel membraan binnendringen. Eiwitten
komen de kern binnen zonder te worden ontvouwd.
De meeste mitochondriale en chloroplast-eiwitten worden gemaakt in het cytosol en worden vervolgens actief naar
de organellen getransporteerd door protiëntranslocators in hun membranen. Eiwitten moeten worden ontvouwd
om ze door de translocators in het chloroplast- en mitochondriale-membraan te laten.
De ER is de membraanfabriek van de cel; het maakt de meeste lipiden van de cel en veel van zijn eiwitten. De
eiwitten worden gemaakt door ribosomen die aan het oppervlak van de ruwe ER zijn gebonden.
Ribosomen in het cytosol worden naar het ER gestuurd als het eiwit dat ze maken een ER-signaalsequentie heeft, die
wordt herkend door een signaalherkenningsdeeltje (SRP) in het cytosol; de binding van het ribosoom-SRP-complex
aan een receptor op het ER-membraan start het translocatieproces dat het groeiende polypetide door het ER-
membraan voert via een translocatiekanaal.
Oplosbare eiwitten die bestemd zijn voor uitscheiding of voor het lumen van een organel passeren volledig het ER-
lumen, terwijl transmembraaneiwitten die bestemd zijn voor het ER-membraan of voor andere celmembranen
verankerd blijven in de lipide-dubbellaag door een of meer membraan-overspannende alfa-helices.
In het ER-lumen vouwen eiwitten zich op, assembleren ze zich met andere eiwitten, vormen ze disulfidebindingen en
worden ze versierd met oligosaccharideketens.
Het verlaten van de ER is een belangrijke stap in kwaliteitscontrole; eiwitten die ofwel niet goed vouwen of niet
samenkomen met hun normale partners, worden in het ER vastgehouden door chaperonne-eiwitten en worden
uiteindelijk afgebroken.
Een opeenhoping van verkeerd gevouwen eiwitten veroorzaakt een reactie die de omvang van de ER vergroot,
waardoor het vermogen om nieuwe eiwitten op de juiste manier te vouwen toeneemt.
Eiwittransport van het ER naar het Goli-apparaat en van het Golgi naar andere bestemmingen wordt gemedieerd
door transport vesicles die voortdurend uit het ene membraan loskomen en samensmelten met een ander, een
proces dat vesicular transport wordt genoemd.
Transport vesikels hebben kenmerkende coat proteins op hun cytosolische oppervlak; de samenstelling van de
coating en cargo proteins helpen om receptoren met hun gebonden cargo op te nemen in de vormende vesikel.
Gecoate vesikels verliezen hun protein coat snel nadat ze er tussenuit geknepen zijn, waardoor ze kunnen aanmeren
en vervolgens kunnen samensmelten met een hun target membraan; het aanleggen en fuseren worden gemedieerd
door eiwitten op de vesikel en op het target membraan, waaronder Rab-eiwitten en SNARE's.
Het Golgi-apparaat ontvangt nieuw gemaakte eiwitten uit het ER, het modificeert hun oligosacchariden, sorteert de
eiwitten en stuurt ze van de transgolgi-netwerk naar het plasmamembraan, lysosomen of secretoire vesikels.
In alle eukaryote cellen komen transport vesikels continu uit het transgolgi-netwerk en fuseren met het
plasmamembraan, een proces dat constitutieve exocytose wordt genoemd; het proces levert
plasmamembraanlipiden en eiwitten aan het celoppervlak en maakt ook moleculen vrij uit de cel in het proces van
secretie.
