MOLECULAIRE BIOLOGIE & MEDISCHE BIOLOGIE
LECTURE 1 | HOOFDSTUK 4
De moleculaire biologie in de medische praktijk
Lichaam= 1013 cellen --> 200 celtypen in weefsels (+3x1013 bacteriën).
Realisatie dat een behandeling/medicijn niet iedereen kan genezen en de moleculaire technieken samen leiden
tot Precision medicine. Praktijk maakt het heel erg kostbaar.
Ziekte aanpakken= Verschil tussen gezond en ziek begrijpen.
- Stappen
1. Aantonen (Diagnose)
2. Interveniëren (Therapie)
- Technieken
▪ Gentherapie= Een stuk genetische informatie in DNA van de patiënt zetten om een mutatie te
compenseren.
- Kenmerken
Al 20 jaar geleden in de kliniek ingebracht.
Goede uitkomsten, maar sommige aid first events.
Bijv. Gencorrectie
▪ IPS (Induced pluripotent stamcells)= Willekeurige cellen pakken en omzetten in een stamcel waardoor
je zelf bepaalde cellen kunt produceren.
▪ Moleculaire markers= Modificatie op DNA, expressie levels van een gen in kaart brengen en een hoge
sensitiviteit en specificiteit; objectieve manier van diagnostiseren.
- Therapeutische mogelijkheden
▪ Epi-drugs= Moleculaire epigenetica
- Termen
Curable genome
Curable epi-genome (Minder ethisch beladen met meer klinische mogelijkheden)
Afstammeling van een oercel (500 genen)
- Kenmerken
▪ Veel genen zijn behouden. Daarom veel modelsystemen om meer over de werking van het lichaam te
weten.
▪ Vroeger werd gedacht dat hoe groter je genoom, hoe
complexer je was. Inmiddels weten we beter. Hoe de genen
gereguleerd worden bepaald de complexiteit.
▪ Lengte DNA zegt niets over de complexiteit van het
organisme (In de mens= 1,5% van 3x109 DNA bp= Eiwit
coderend/ 40% van de junk is uniek;)
- Kenmerken
Introns (Genexpressie-regulatie)
Genexpressie-regulatie (Incl. promoters)
Non-coding RNAs (Genexpressie-regulatie)
▪ Alles wat leeft heeft DNA
- Kenmerken
Veel homologie in DNA= Comparative genomics
(Conserved DNA: bacterie --> mens=
Modelorganismen voor ziekten).
DNA
- Kenmerken
▪ Twee complementaire strengen
▪ Fosfaat backbone
▪ A/T en C/G
▪ Karyotyperen
▪ Epigenetica= Bovenop/rondom het DNA molecuul.
,- Functies
▪ Gen-expressie
▪ Replicatie Interfase chromosomen; Lang/dun
▪ Celdeling --> Mitotische chromosomen; Compact.
Chromosoom
- Vormen
▪ Mitotisch chromosoom= Meest compacte vo rm.
▪ Interfase chromosomen= Lang en dun
- Onderdelen
▪ Telomeren (n=2/chromosoom)= Replicatie van de uiteindes en ter bescherming van reparatie.
Worden korter naarmate je ouder wordt.
▪ Replicatie origens (Multiple)= Startpunt van de duplicatie van DNA.
▪ Centromeer (1/chromosoom)= Bij elkaar houden van twee dochter chromosomen in mitose (100.000
nucleotiden).
- Organisatie van DNA
▪ Histonen= Eiwitten ingewikkeld met DNA (H2A, H2B, H3, H4).
- Soorten
Ook histonvarianten (Bijv. H3.3)
- Karakteristieken
Zelfde histone fold en verschillende N-
terminal tail.
Vormen samen een histone octameer met
acht staarten.
Lossere chromatine structuur
Recruiteren van eiwitten
Zeer selectief ingebouwd in bestaand chromatine
Niet voor histon 4
Post-translationele modificaties= Na de translatie tot eiwit, vinden er chemische modificaties
plaats door andere eiwitten. Staarten steken uit.
▪ Nucleosoom= Octameer van histonen (2x(H2A + H2B) + 2x(H3+H4)) + 147 bp DNA + 1x linker DNA (<80
bp linker DNA).
- Typen
Heterochromatine= Dicht/strak verpakt DNA, wat niet afgelezen kan worden.
, Euchromatine= Open/losser verpakt DNA, kan wel tot expressie worden gebracht.
- Eigenschappen
Beide zijn mitotisch stabiel.
Dynamische organisatie is nodig om van open naar dicht te gaan; Lokaal of op
commando.
Heterochromatine structuur verspreiding
- Kenmerken
o Positie effect= Een actief gen in een heterochromatine gebied wordt
Inactief door bijvoorbeeld chromsoom translocatie (Silencing).
o Verspreiding wordt gestopt door een barrier.
- Functie
1. Binden chromatine aan
kernstructuren.
2. Binden sterk aan positief
chromatine.
3. Recruteren activerende histon
writers.
Bijv. HS4 barriere bindende
sequentie mist --> Bglobin
repressie wat leidt tot anemie.
o Ondekt adhv Position effect variegation
(PEV)= Verschillend uiterlijk binnen een
weefsel kunnen hebben.
- Karakteristieken
• White gen= Rood pigment
• White inactivatie= Witte
vlekken in het oog.
- Gene knock-out studies
• >100 genen betrokken bij
heterchromatine verspreiding.
• Versterken of verminderen PEV
effect.
• Veel non-histon eiwitten
betrokken bij genexpressie.
- Werking
o Histone-modifying enzyme
(Writer-protein) bindt aan regulatory protein en trekt een reader
protein aan. Dit zorgt voor histone modificatie (mark). Vervolgens
bindt er een nieuw reader-writer complex en dit herhaalt zich.
- Stapeling
Interactie door middel van staarten (Met name H4).
Linker histon H1= Bepaald de richting van het “nucelosoom-uitgaand” DNA.
- Kenmerken
1 molecuul aanwezig per nucleosoom core
Bindt DNA en eiwit
Groter dan andere core histonen.
Minder geconserveerd
11 genen coderen voor Histon H1
▪ Chromatine= Is het DNA + histonen + niet-histon eiwitten in een zigzag-structuur en er vindt
chromatine remodelling plaats. Kan zich verplaatsen wat zorgt voor expressie veranderingen.
- Typen
Niet-histon eiwitten= Bijv. transcriptiefactoren; gelijke hoeveelheid histoneiwitten vs. Niet-
histon eiwitten.
Histon-eiwitten= Zeer geconserveerd; Bijv. Histon 4 (102 aa) --> erwt vs. Hond; slechts 2aa
anders.
- Functies
, Chromatine structuur kan genen uitzetten= Silencing.
Cromatine structuur heeft een cellulair geheugen= Epigenetic inheritance (Gelijk aan
“spreading” mechanismen).
- Belangrijk voor
Ontwikkeling= Celdeling en celdifferentiatie
Gezondheid= In stand houden van
Ziekten= Roken, dieet, vervuiling, stress, ziekten op langere termijn.
- Gen
activatoren
Initiatie van transcriptie door het recruteren van transcriptie
factoren, mediator, RNA polymerase 2.
- Lokale chromatine structuren
ATP-onafhankelijk/ Breathing= Het nucelosome DNA laat
spontaan af en toe een beetje los waardoor sequentie
specifieke eiwitten kunnen binden. Net genoeg tijd (4-5 sec.)
voor transcritptie factoren om hun plekje te vinden.
ATP-afhankelijk/ Nucleosome sliding= Gereguleerd
openzetten.
- Kenmerken
Dozijn verschillende ATP dependent chromatin
remodelers
Binden histonen en DNA
Meer dan 10 subunits
Meerdere rondes ATP hydrolyse
- Typen
Mbv. Chaperones= Negatief geladen eiwitten
1. Histon exchange (Histonstaart verandering; Histon modifiers nodig).
2. Nucleosome core removal
3. Nucleosome core exchange
LECTURE 1 | HOOFDSTUK 4
De moleculaire biologie in de medische praktijk
Lichaam= 1013 cellen --> 200 celtypen in weefsels (+3x1013 bacteriën).
Realisatie dat een behandeling/medicijn niet iedereen kan genezen en de moleculaire technieken samen leiden
tot Precision medicine. Praktijk maakt het heel erg kostbaar.
Ziekte aanpakken= Verschil tussen gezond en ziek begrijpen.
- Stappen
1. Aantonen (Diagnose)
2. Interveniëren (Therapie)
- Technieken
▪ Gentherapie= Een stuk genetische informatie in DNA van de patiënt zetten om een mutatie te
compenseren.
- Kenmerken
Al 20 jaar geleden in de kliniek ingebracht.
Goede uitkomsten, maar sommige aid first events.
Bijv. Gencorrectie
▪ IPS (Induced pluripotent stamcells)= Willekeurige cellen pakken en omzetten in een stamcel waardoor
je zelf bepaalde cellen kunt produceren.
▪ Moleculaire markers= Modificatie op DNA, expressie levels van een gen in kaart brengen en een hoge
sensitiviteit en specificiteit; objectieve manier van diagnostiseren.
- Therapeutische mogelijkheden
▪ Epi-drugs= Moleculaire epigenetica
- Termen
Curable genome
Curable epi-genome (Minder ethisch beladen met meer klinische mogelijkheden)
Afstammeling van een oercel (500 genen)
- Kenmerken
▪ Veel genen zijn behouden. Daarom veel modelsystemen om meer over de werking van het lichaam te
weten.
▪ Vroeger werd gedacht dat hoe groter je genoom, hoe
complexer je was. Inmiddels weten we beter. Hoe de genen
gereguleerd worden bepaald de complexiteit.
▪ Lengte DNA zegt niets over de complexiteit van het
organisme (In de mens= 1,5% van 3x109 DNA bp= Eiwit
coderend/ 40% van de junk is uniek;)
- Kenmerken
Introns (Genexpressie-regulatie)
Genexpressie-regulatie (Incl. promoters)
Non-coding RNAs (Genexpressie-regulatie)
▪ Alles wat leeft heeft DNA
- Kenmerken
Veel homologie in DNA= Comparative genomics
(Conserved DNA: bacterie --> mens=
Modelorganismen voor ziekten).
DNA
- Kenmerken
▪ Twee complementaire strengen
▪ Fosfaat backbone
▪ A/T en C/G
▪ Karyotyperen
▪ Epigenetica= Bovenop/rondom het DNA molecuul.
,- Functies
▪ Gen-expressie
▪ Replicatie Interfase chromosomen; Lang/dun
▪ Celdeling --> Mitotische chromosomen; Compact.
Chromosoom
- Vormen
▪ Mitotisch chromosoom= Meest compacte vo rm.
▪ Interfase chromosomen= Lang en dun
- Onderdelen
▪ Telomeren (n=2/chromosoom)= Replicatie van de uiteindes en ter bescherming van reparatie.
Worden korter naarmate je ouder wordt.
▪ Replicatie origens (Multiple)= Startpunt van de duplicatie van DNA.
▪ Centromeer (1/chromosoom)= Bij elkaar houden van twee dochter chromosomen in mitose (100.000
nucleotiden).
- Organisatie van DNA
▪ Histonen= Eiwitten ingewikkeld met DNA (H2A, H2B, H3, H4).
- Soorten
Ook histonvarianten (Bijv. H3.3)
- Karakteristieken
Zelfde histone fold en verschillende N-
terminal tail.
Vormen samen een histone octameer met
acht staarten.
Lossere chromatine structuur
Recruiteren van eiwitten
Zeer selectief ingebouwd in bestaand chromatine
Niet voor histon 4
Post-translationele modificaties= Na de translatie tot eiwit, vinden er chemische modificaties
plaats door andere eiwitten. Staarten steken uit.
▪ Nucleosoom= Octameer van histonen (2x(H2A + H2B) + 2x(H3+H4)) + 147 bp DNA + 1x linker DNA (<80
bp linker DNA).
- Typen
Heterochromatine= Dicht/strak verpakt DNA, wat niet afgelezen kan worden.
, Euchromatine= Open/losser verpakt DNA, kan wel tot expressie worden gebracht.
- Eigenschappen
Beide zijn mitotisch stabiel.
Dynamische organisatie is nodig om van open naar dicht te gaan; Lokaal of op
commando.
Heterochromatine structuur verspreiding
- Kenmerken
o Positie effect= Een actief gen in een heterochromatine gebied wordt
Inactief door bijvoorbeeld chromsoom translocatie (Silencing).
o Verspreiding wordt gestopt door een barrier.
- Functie
1. Binden chromatine aan
kernstructuren.
2. Binden sterk aan positief
chromatine.
3. Recruteren activerende histon
writers.
Bijv. HS4 barriere bindende
sequentie mist --> Bglobin
repressie wat leidt tot anemie.
o Ondekt adhv Position effect variegation
(PEV)= Verschillend uiterlijk binnen een
weefsel kunnen hebben.
- Karakteristieken
• White gen= Rood pigment
• White inactivatie= Witte
vlekken in het oog.
- Gene knock-out studies
• >100 genen betrokken bij
heterchromatine verspreiding.
• Versterken of verminderen PEV
effect.
• Veel non-histon eiwitten
betrokken bij genexpressie.
- Werking
o Histone-modifying enzyme
(Writer-protein) bindt aan regulatory protein en trekt een reader
protein aan. Dit zorgt voor histone modificatie (mark). Vervolgens
bindt er een nieuw reader-writer complex en dit herhaalt zich.
- Stapeling
Interactie door middel van staarten (Met name H4).
Linker histon H1= Bepaald de richting van het “nucelosoom-uitgaand” DNA.
- Kenmerken
1 molecuul aanwezig per nucleosoom core
Bindt DNA en eiwit
Groter dan andere core histonen.
Minder geconserveerd
11 genen coderen voor Histon H1
▪ Chromatine= Is het DNA + histonen + niet-histon eiwitten in een zigzag-structuur en er vindt
chromatine remodelling plaats. Kan zich verplaatsen wat zorgt voor expressie veranderingen.
- Typen
Niet-histon eiwitten= Bijv. transcriptiefactoren; gelijke hoeveelheid histoneiwitten vs. Niet-
histon eiwitten.
Histon-eiwitten= Zeer geconserveerd; Bijv. Histon 4 (102 aa) --> erwt vs. Hond; slechts 2aa
anders.
- Functies
, Chromatine structuur kan genen uitzetten= Silencing.
Cromatine structuur heeft een cellulair geheugen= Epigenetic inheritance (Gelijk aan
“spreading” mechanismen).
- Belangrijk voor
Ontwikkeling= Celdeling en celdifferentiatie
Gezondheid= In stand houden van
Ziekten= Roken, dieet, vervuiling, stress, ziekten op langere termijn.
- Gen
activatoren
Initiatie van transcriptie door het recruteren van transcriptie
factoren, mediator, RNA polymerase 2.
- Lokale chromatine structuren
ATP-onafhankelijk/ Breathing= Het nucelosome DNA laat
spontaan af en toe een beetje los waardoor sequentie
specifieke eiwitten kunnen binden. Net genoeg tijd (4-5 sec.)
voor transcritptie factoren om hun plekje te vinden.
ATP-afhankelijk/ Nucleosome sliding= Gereguleerd
openzetten.
- Kenmerken
Dozijn verschillende ATP dependent chromatin
remodelers
Binden histonen en DNA
Meer dan 10 subunits
Meerdere rondes ATP hydrolyse
- Typen
Mbv. Chaperones= Negatief geladen eiwitten
1. Histon exchange (Histonstaart verandering; Histon modifiers nodig).
2. Nucleosome core removal
3. Nucleosome core exchange
