GENOOM – DEEL 1: MOLECULAIRE MECHANISMEN - ZELFSTUDIES
WEEK 3: REGULATIE VAN TRANSCRIPTIE (H7)
AN OVERVIEW OF GENE CONTROL
Cellen van één organisme hebben hetzelfde DNA maar verschillen van elkaar in RNA en
eiwitmoleculen. Het DNA in een organisme verandert dus niet, maar door verschillen in genexpressie
worden er van hetzelfde DNA wel andere eiwitten gemaakt.
Cellen van één organisme hebben hetzelfde DNA maar verschillen van elkaar in RNA en
eiwitmoleculen.
Veel structurele eiwitten zijn hetzelfde
Sommige RNA’s en eiwitten zijn specifiek voor 1 type cel
RNA’s komen vaak in een andere hoeveelheid tot expressie in verschillende cellen
De hoeveelheid mRNA zegt niet alles over de hoeveelheid eiwit of over hun post-translationele
modifcaties
De genexpressie in cellen kan gestuurd worden door respons op extracellulaire signalen, zoals
hormonen, deze signalen binden aan receptoren op of in de cel. Doordat verschillende celtypen
verschillende receptoren kunnen hebben, kunnen ze ook verschillend op dezelfde hormonen
reageren.
Alle stappen in het proces van DNA tot eiwit kunnen worden gereguleerd:
Transcriptionale control: wanneer en hoe vaak een gen wordt getranscribeerd
Vb: Het binden van de tryptofaan repressor aan een specifieke sequentie op het DNA voorkomt
het binden van DNA-polymerase II
RNA processing control: reguleren van splicing en processing van het RNA
Vb: Verschillende celtypen in een rat bevatten verschillende vormen van het eiwit
a-tropomyosine, afhankelijk van het splice-patroon in die cellen
RNA transport and localization control: de selectie van het mRNA dat wordt geëxporteerd uit de
nucleus, en bepalen waar in het cytosol dit mRNA terecht komt
Vb: Een nuclear export receptor begeleidt een mRNA molecuul door het nuclear pore complex;
Het mRNA dat voor actine codeert wordt door een signaal in de 3’UTR gelokaliseerd in de actine-
filament-rijke cel cortex.
Translation control: selecteren welke mRNA’s worden getransleerd door ribosomen
Vb: Leacky scanning resulteert in verschillende, maar sterk op elkaar lijkende, eiwitten
mRNA degradation control: bepaalde mRNA’s destabiliseren in het cytoplasma
Vb: De binding van ijzer destabiliseert het mRNA dat codeert voor de receptor die bindt aan het
eiwit dat ijzer de cel in transporteert
Protein activity control: deze valt uiteen in drie stappen:
- bepaalde eiwitten inactiveren/activeren
- bepaalde eiwitten afbreken
- transport of compartimentalisatie van bepaalde eiwitten
Vb: Csk fosforyleert Src tryosine kinase, waardoor het kinase domein van Src tryosine kinase
gemaskeerd wordt en Src tryosine kinase dus inactief wordt
Protein localization control
Vb: Door desfosforylering van transcriptiefactor NF-AT in het cytoplasma, komt het nuclear
import signaal op het eiwit vrij, waardoor het kan binden aan de nuclear import receptor.
Protein degradation control
Vb: Mitotic cyclins zijn normaal stabiel, tot ze aan het einde van de celcylcus plots worden
afgebroken door een geactiveerd anaphase-promoting complex.
,Voor de meeste genen is regulatie op het niveau van transcriptie het meest prominent.
Figuur 7-5
AN OVERVIEW OF GENE CONTROL - SUMMARY
The genome of a cell contains in its DNA sequence the information to make many thousands of
different protein and RNA molecules. A cell typically expresses only a fraction of its genes, and the
different types of cells in multicellular organisms arise because different sets of genes are expressed.
Moreover, cells can change the pattern of genes they express in response to changes in their
environment, such as signals from other cells. Although all of the steps involved in expressing a gene
can in principle be regulated, for most genes the initiation of RNA transcription provides the most
important point of control.
CONTROL OF TRANSCRIPTION BY SEQUENCE-SPECIFIC DNA-BINDING PROTEINS
Transcriptionregulatoren zijn eiwitten en cis-regulatory sequences zijn DNA-sequenties die op
hetzelfde chromosoom liggen waaraan deze transcriptionregulatoren binden. Transcriptie-
regulatoren bepalen welke genen er worden afgeschreven. Een gen wordt aangestuurd door een
specifieke set transcriptieregulatoren en heeft dus een unieke combinatie cis-regulatoire sequenties:
gen-specifiek. DNA-sequenties en eiwitten die veel algemener noodzakelijk zijn voor transcriptie
(promotor met o.a. TATA-box, algemene transcriptiefactoren) zijn niet gen-specifiek .
Promotor DNA Algemeen Activatie
Algemene DNA Algemeen Activatie
trancriptiefactor (GTF)
TATA-box DNA Algemeen Activatie
CIS regulatoire sequenties DNA Gen-specifiek Activatie of repressie
Enhancer DNA Gen-specifiek Activatie
Silencer DNA Gen-specifiek Activatie
Transcriptieregulator/ Eiwit Gen-specifiek Activatie of repressie
Gen- specifieke
transcriptiefactor
Activator Eiwit Gen-specifiek Activatie
Repressor Eiwit Gen-specifiek Repressie
Co-activator Eiwit Gen-specifiek Activatie
Co-repressor Eiwit Gen-specifiek Repressie
Nucleotiden kunnen worden afgelezen in de minor en major groove. De major groove is groter en
bevat meer moleculaire contactpunten. Daardoor maken vrijwel alle transcriptiefactoren de meeste
contactpunten met het DNA in de major groove.
, Transcriptieregulatoren kunnen specfieke cis-regulatoire sequenties aflezen doordat ze veel (+/- 20)
verschillende contacten maken met het DNA. Ze maken contact met aminozuren die uitsteken uit
structurele motieven: alfa-helices en bèta-sheets. Deze ongeveer 20 contacten door o.a.
waterstofbindingen, ionische bindingen en hydrofobe interacties zorgen er samen voor dat de
interactie zowel zeer specifiek als zeer sterk is.
Veel voorkomende structurele motieven in trancriptieregulatoren:
Helix-turn-helix Homeodomein eiwitten Leucine zipper eiwitten
Twee alfa-helices die verbonden Drie alfa-helices, die dicht bij Twee lange alfa-helices
zijn met een korte elkaar zitten door hydrofobe dimeriseren door interactie van
aminozuurketen die een bocht interacties hydrofobe aminzouren, vaak
vormt leucine. Daaronder vormen ze
een Y-vormige structuur die
DNA bindt
Bèta-sheet DNA- Zinkvinger eiwitten Helix-loop-helix eiwitten
herkenningseiwitten
Twee strengen vormen een Bevat een zinkatoom dat een Een korte alfa-helix is met een
bèta-sheet die in de major alfa-helix en een bèta-sheet bij loop verbonden aan een
groove kan binden elkaar houdt langere alfa-helix. Door
dimerisatie ontstaat er een
vergelijkbare structuur als de
Leucine zipper.
Monomeer transcriptiefactoren herkennen 6 tot 8 nucleotiden en zijn daardoor niet heel specifek.
Wanneer twee monomeren dimeriseren, wordt lengte van herkenning twee keer zo groot. Dit
WEEK 3: REGULATIE VAN TRANSCRIPTIE (H7)
AN OVERVIEW OF GENE CONTROL
Cellen van één organisme hebben hetzelfde DNA maar verschillen van elkaar in RNA en
eiwitmoleculen. Het DNA in een organisme verandert dus niet, maar door verschillen in genexpressie
worden er van hetzelfde DNA wel andere eiwitten gemaakt.
Cellen van één organisme hebben hetzelfde DNA maar verschillen van elkaar in RNA en
eiwitmoleculen.
Veel structurele eiwitten zijn hetzelfde
Sommige RNA’s en eiwitten zijn specifiek voor 1 type cel
RNA’s komen vaak in een andere hoeveelheid tot expressie in verschillende cellen
De hoeveelheid mRNA zegt niet alles over de hoeveelheid eiwit of over hun post-translationele
modifcaties
De genexpressie in cellen kan gestuurd worden door respons op extracellulaire signalen, zoals
hormonen, deze signalen binden aan receptoren op of in de cel. Doordat verschillende celtypen
verschillende receptoren kunnen hebben, kunnen ze ook verschillend op dezelfde hormonen
reageren.
Alle stappen in het proces van DNA tot eiwit kunnen worden gereguleerd:
Transcriptionale control: wanneer en hoe vaak een gen wordt getranscribeerd
Vb: Het binden van de tryptofaan repressor aan een specifieke sequentie op het DNA voorkomt
het binden van DNA-polymerase II
RNA processing control: reguleren van splicing en processing van het RNA
Vb: Verschillende celtypen in een rat bevatten verschillende vormen van het eiwit
a-tropomyosine, afhankelijk van het splice-patroon in die cellen
RNA transport and localization control: de selectie van het mRNA dat wordt geëxporteerd uit de
nucleus, en bepalen waar in het cytosol dit mRNA terecht komt
Vb: Een nuclear export receptor begeleidt een mRNA molecuul door het nuclear pore complex;
Het mRNA dat voor actine codeert wordt door een signaal in de 3’UTR gelokaliseerd in de actine-
filament-rijke cel cortex.
Translation control: selecteren welke mRNA’s worden getransleerd door ribosomen
Vb: Leacky scanning resulteert in verschillende, maar sterk op elkaar lijkende, eiwitten
mRNA degradation control: bepaalde mRNA’s destabiliseren in het cytoplasma
Vb: De binding van ijzer destabiliseert het mRNA dat codeert voor de receptor die bindt aan het
eiwit dat ijzer de cel in transporteert
Protein activity control: deze valt uiteen in drie stappen:
- bepaalde eiwitten inactiveren/activeren
- bepaalde eiwitten afbreken
- transport of compartimentalisatie van bepaalde eiwitten
Vb: Csk fosforyleert Src tryosine kinase, waardoor het kinase domein van Src tryosine kinase
gemaskeerd wordt en Src tryosine kinase dus inactief wordt
Protein localization control
Vb: Door desfosforylering van transcriptiefactor NF-AT in het cytoplasma, komt het nuclear
import signaal op het eiwit vrij, waardoor het kan binden aan de nuclear import receptor.
Protein degradation control
Vb: Mitotic cyclins zijn normaal stabiel, tot ze aan het einde van de celcylcus plots worden
afgebroken door een geactiveerd anaphase-promoting complex.
,Voor de meeste genen is regulatie op het niveau van transcriptie het meest prominent.
Figuur 7-5
AN OVERVIEW OF GENE CONTROL - SUMMARY
The genome of a cell contains in its DNA sequence the information to make many thousands of
different protein and RNA molecules. A cell typically expresses only a fraction of its genes, and the
different types of cells in multicellular organisms arise because different sets of genes are expressed.
Moreover, cells can change the pattern of genes they express in response to changes in their
environment, such as signals from other cells. Although all of the steps involved in expressing a gene
can in principle be regulated, for most genes the initiation of RNA transcription provides the most
important point of control.
CONTROL OF TRANSCRIPTION BY SEQUENCE-SPECIFIC DNA-BINDING PROTEINS
Transcriptionregulatoren zijn eiwitten en cis-regulatory sequences zijn DNA-sequenties die op
hetzelfde chromosoom liggen waaraan deze transcriptionregulatoren binden. Transcriptie-
regulatoren bepalen welke genen er worden afgeschreven. Een gen wordt aangestuurd door een
specifieke set transcriptieregulatoren en heeft dus een unieke combinatie cis-regulatoire sequenties:
gen-specifiek. DNA-sequenties en eiwitten die veel algemener noodzakelijk zijn voor transcriptie
(promotor met o.a. TATA-box, algemene transcriptiefactoren) zijn niet gen-specifiek .
Promotor DNA Algemeen Activatie
Algemene DNA Algemeen Activatie
trancriptiefactor (GTF)
TATA-box DNA Algemeen Activatie
CIS regulatoire sequenties DNA Gen-specifiek Activatie of repressie
Enhancer DNA Gen-specifiek Activatie
Silencer DNA Gen-specifiek Activatie
Transcriptieregulator/ Eiwit Gen-specifiek Activatie of repressie
Gen- specifieke
transcriptiefactor
Activator Eiwit Gen-specifiek Activatie
Repressor Eiwit Gen-specifiek Repressie
Co-activator Eiwit Gen-specifiek Activatie
Co-repressor Eiwit Gen-specifiek Repressie
Nucleotiden kunnen worden afgelezen in de minor en major groove. De major groove is groter en
bevat meer moleculaire contactpunten. Daardoor maken vrijwel alle transcriptiefactoren de meeste
contactpunten met het DNA in de major groove.
, Transcriptieregulatoren kunnen specfieke cis-regulatoire sequenties aflezen doordat ze veel (+/- 20)
verschillende contacten maken met het DNA. Ze maken contact met aminozuren die uitsteken uit
structurele motieven: alfa-helices en bèta-sheets. Deze ongeveer 20 contacten door o.a.
waterstofbindingen, ionische bindingen en hydrofobe interacties zorgen er samen voor dat de
interactie zowel zeer specifiek als zeer sterk is.
Veel voorkomende structurele motieven in trancriptieregulatoren:
Helix-turn-helix Homeodomein eiwitten Leucine zipper eiwitten
Twee alfa-helices die verbonden Drie alfa-helices, die dicht bij Twee lange alfa-helices
zijn met een korte elkaar zitten door hydrofobe dimeriseren door interactie van
aminozuurketen die een bocht interacties hydrofobe aminzouren, vaak
vormt leucine. Daaronder vormen ze
een Y-vormige structuur die
DNA bindt
Bèta-sheet DNA- Zinkvinger eiwitten Helix-loop-helix eiwitten
herkenningseiwitten
Twee strengen vormen een Bevat een zinkatoom dat een Een korte alfa-helix is met een
bèta-sheet die in de major alfa-helix en een bèta-sheet bij loop verbonden aan een
groove kan binden elkaar houdt langere alfa-helix. Door
dimerisatie ontstaat er een
vergelijkbare structuur als de
Leucine zipper.
Monomeer transcriptiefactoren herkennen 6 tot 8 nucleotiden en zijn daardoor niet heel specifek.
Wanneer twee monomeren dimeriseren, wordt lengte van herkenning twee keer zo groot. Dit
