H7, controle van genexpressie
7.1 Overzicht van gen controle
Differentiatie, celtypen in een multicellulair organismen gaan van elkaar verschillen tijdens
ontwikkeling doordat ze andere sets aan RNA en eiwitmoleculen synthetiseren en accumuleren.
Veranderingen in genexpressie die de ontwikkeling van multicellulaire organismen mogelijk maken,
komen over het algemeen niet tot stand door veranderingen in de DNA sequentie van het genoom.
Housekeeping genes, veel processen komen in alle cellen voor en er zijn dus veel gen producten die
in alle lichaamscellen voorkomen. Denk hierbij aan de structurele eiwitten voor chromosomen, RNA
& DNA polymerase, eiwitten van het cytoskelet zoals actine etc. Deze genen die in elk celtype
voorkomen, kunnen nog wel per cel verschillen in hun mate van expressie.
Cel specialisatie, desondanks dat gespecialiseerde cellen in een multicellulair organisme allemaal een
eigen patroon van genexpressie hebben, is elke cel in staat zijn patroon van genexpressie aan te
passen als respons op extracellulaire cues. Verschillende celtypen reageren vaak wel anders op
eenzelfde extracellulair signaal.
Controle, een cel kan op meerdere
manieren controleren welke eiwitten
die aanmaakt:
1. Transcriptionele controle (hoe
vaak een gen getranscribeerd
wordt)
2. RNA processing controle
3. RNA transport en lokalisatie
controle
4. Translationele controle (welke
mRNAs in het cytoplasma worden getransleerd)
5. mRNA degradatie controle
6. Eiwit activiteit controle
Voor de meeste genen is transcriptionele controle het belangrijkst.
7.2 Controle van transcriptie door sequentie specifieke DNA-bindende eiwitten
Transcriptie regulatoren, bepalen welke genen wel of niet afgeschreven worden. Ze herkennen
specifieke DNA sequenties op het DNA. Dit zijn meestal cis-regulatory sequenties wat wil zeggen dat
ze op hetzelfde chromosoom zitten als het gen dat ze controleren. Het binden van een transcriptie
regulator aan zijn DNA sequentie resulteert in een serie van reacties die uiteindelijk specificeert
welke genen getranscribeerd worden en in welke mate.
cis-regulatory sequences, transcriptie van een gen wordt door zijn eigen collectie aan cis-
regulatory sequenties gereguleerd. Deze liggen meestal dicht bij het gen zelf in de upstream
regio. De meeste genen worden door meerdere transcriptieregulatoren (en dus ook meer
cis-regulatory sequenties) gecontroleerd. De positie, identiteit en schikking van cis-
regulatory sequenties bepaalt uiteindelijk de tijd en plaats dat elk gen getranscribeerd
wordt.
DNA groeves, zoals rechts te zien is, bevat de DNA dubbele helix kleine en grote groeves.
Transcriptie regulatoren moeten korte, specifieke cis-regulatory sequenties herkennen
binnen deze structuren. De buitenkant van de DNA dubbele helix zit vol met DNA sequentie
informatie die door transcriptie regulatoren herkend wordt en deze regulatoren hoeven dus
niet ín de helix. De meeste transcriptie regulatoren, maken hun contacten met de major
groeve.
Herkenning, een transcriptieregulator herkent een specifieke cis-regulatory sequentie
doordat het oppervlak van het eiwit heel complementair is t.o.v. het specifieke oppervlak
van de DNA dubbele helix. De vele contacten (H-bruggen, hydrofobe interactie & ionische bindingen)
, zorgen ervoor dat de interactie erg
sterk en specifiek is. Zo zie je rechts
een voorbeeld van de interacties
van een transcriptie regulator en
zijn specifieke DNA sequentie.
DNA bindingsmotieven,
desondanks dat elke eiwit-DNA
herkenning uniek is, bevatten
transcriptie regulatoren vaak een
set een DNA-bindende motieven.
Deze vaak voorkomende
structurele motieven zijn in panel
7-1 van het boek weergegeven.
Vaak wordt er gebruik gemaakt van een α helix of β sheet om de major groove van DNA te binden.
De aminozuur (AZ) zijketens die uit de eiwitmotieven steken, maken de specifieke contacten met
DNA.
Sequentie logo, een monomeer van een typische
transcriptie regulator herkent 6-8 nt paren van DNA.
Sequentie specifieke DNA-bindingseiwitten binden
echter niet specifiek aan één enkele DNA sequentie,
maar binden aan een groep gerelateerde sequenties.
Cis-regulatory sequenties worden daarom vaak als
sequentie logo weergegeven.
Specificiteit, de DNA sequentie die door een
monomeer herkend wordt (6-8 nt) bevat niet genoeg
informatie om uitgekozen te worden uit de groep van
vergelijkbare sequentie die random over het genoom
verdeeld zijn. Er moeten dus zaken zijn die bijdragen
aan de specificiteit. Veel transcriptie regulatoren
vormen dimeren en dat verdubbelt de cis-regulatory sequentie die herkend moet worden. Dit
verbetert de affiniteit en specificiteit van transcriptie regulator binding.
Hergebruiken, transcriptie regulatoren kunnen ook
heterodimeren vormen. 1 transcriptieregulator kan veel
verschillende ‘partners’ hebben en zo dus hergebruikt worden
om meerdere DNA-bindende specificiteiten te creëren.
Bindingscurve, in het simpelste geval houden de niet-
covalente bindingen tussen twee (hetero)dimeren de twee
monomeren zo sterk bij elkaar dat ze nooit loskomen van
elkaar. In dat geval zou de bindingscurve een standaard
exponentiële vorm hebben. In veel gevallen worden de
(hetero)dimeren echter zwakjes bij elkaar gehouden en
komen ze met name als monomeren voor in oplossing. Op de
DNA sequenties worden echter dimeren waargenomen. Je
spreekt hier van coöperatie. Dan volgt de bindingscurve een
sigmoïde vorm.
Coöperatieve binding, over een range van concentratie van de transcriptie regulator volgt binding
een alles-of-niets principe. Dat wil zeggen dat bij de meeste concentraties de cis-regulatory
sequentie bijna compleet bezet is of bijna compleet leeg is.
Nucleosomen, transcriptie regulatoren hebben een lagere affiniteit voor nucleosomen dan voor
naakt DNA en dat heeft 2 redenen:
1. Het oppervlakte van de cis-regulatory sequentie die herkend wordt door de transcriptie
regulator zit misschien wel naar de histon kern gericht.
7.1 Overzicht van gen controle
Differentiatie, celtypen in een multicellulair organismen gaan van elkaar verschillen tijdens
ontwikkeling doordat ze andere sets aan RNA en eiwitmoleculen synthetiseren en accumuleren.
Veranderingen in genexpressie die de ontwikkeling van multicellulaire organismen mogelijk maken,
komen over het algemeen niet tot stand door veranderingen in de DNA sequentie van het genoom.
Housekeeping genes, veel processen komen in alle cellen voor en er zijn dus veel gen producten die
in alle lichaamscellen voorkomen. Denk hierbij aan de structurele eiwitten voor chromosomen, RNA
& DNA polymerase, eiwitten van het cytoskelet zoals actine etc. Deze genen die in elk celtype
voorkomen, kunnen nog wel per cel verschillen in hun mate van expressie.
Cel specialisatie, desondanks dat gespecialiseerde cellen in een multicellulair organisme allemaal een
eigen patroon van genexpressie hebben, is elke cel in staat zijn patroon van genexpressie aan te
passen als respons op extracellulaire cues. Verschillende celtypen reageren vaak wel anders op
eenzelfde extracellulair signaal.
Controle, een cel kan op meerdere
manieren controleren welke eiwitten
die aanmaakt:
1. Transcriptionele controle (hoe
vaak een gen getranscribeerd
wordt)
2. RNA processing controle
3. RNA transport en lokalisatie
controle
4. Translationele controle (welke
mRNAs in het cytoplasma worden getransleerd)
5. mRNA degradatie controle
6. Eiwit activiteit controle
Voor de meeste genen is transcriptionele controle het belangrijkst.
7.2 Controle van transcriptie door sequentie specifieke DNA-bindende eiwitten
Transcriptie regulatoren, bepalen welke genen wel of niet afgeschreven worden. Ze herkennen
specifieke DNA sequenties op het DNA. Dit zijn meestal cis-regulatory sequenties wat wil zeggen dat
ze op hetzelfde chromosoom zitten als het gen dat ze controleren. Het binden van een transcriptie
regulator aan zijn DNA sequentie resulteert in een serie van reacties die uiteindelijk specificeert
welke genen getranscribeerd worden en in welke mate.
cis-regulatory sequences, transcriptie van een gen wordt door zijn eigen collectie aan cis-
regulatory sequenties gereguleerd. Deze liggen meestal dicht bij het gen zelf in de upstream
regio. De meeste genen worden door meerdere transcriptieregulatoren (en dus ook meer
cis-regulatory sequenties) gecontroleerd. De positie, identiteit en schikking van cis-
regulatory sequenties bepaalt uiteindelijk de tijd en plaats dat elk gen getranscribeerd
wordt.
DNA groeves, zoals rechts te zien is, bevat de DNA dubbele helix kleine en grote groeves.
Transcriptie regulatoren moeten korte, specifieke cis-regulatory sequenties herkennen
binnen deze structuren. De buitenkant van de DNA dubbele helix zit vol met DNA sequentie
informatie die door transcriptie regulatoren herkend wordt en deze regulatoren hoeven dus
niet ín de helix. De meeste transcriptie regulatoren, maken hun contacten met de major
groeve.
Herkenning, een transcriptieregulator herkent een specifieke cis-regulatory sequentie
doordat het oppervlak van het eiwit heel complementair is t.o.v. het specifieke oppervlak
van de DNA dubbele helix. De vele contacten (H-bruggen, hydrofobe interactie & ionische bindingen)
, zorgen ervoor dat de interactie erg
sterk en specifiek is. Zo zie je rechts
een voorbeeld van de interacties
van een transcriptie regulator en
zijn specifieke DNA sequentie.
DNA bindingsmotieven,
desondanks dat elke eiwit-DNA
herkenning uniek is, bevatten
transcriptie regulatoren vaak een
set een DNA-bindende motieven.
Deze vaak voorkomende
structurele motieven zijn in panel
7-1 van het boek weergegeven.
Vaak wordt er gebruik gemaakt van een α helix of β sheet om de major groove van DNA te binden.
De aminozuur (AZ) zijketens die uit de eiwitmotieven steken, maken de specifieke contacten met
DNA.
Sequentie logo, een monomeer van een typische
transcriptie regulator herkent 6-8 nt paren van DNA.
Sequentie specifieke DNA-bindingseiwitten binden
echter niet specifiek aan één enkele DNA sequentie,
maar binden aan een groep gerelateerde sequenties.
Cis-regulatory sequenties worden daarom vaak als
sequentie logo weergegeven.
Specificiteit, de DNA sequentie die door een
monomeer herkend wordt (6-8 nt) bevat niet genoeg
informatie om uitgekozen te worden uit de groep van
vergelijkbare sequentie die random over het genoom
verdeeld zijn. Er moeten dus zaken zijn die bijdragen
aan de specificiteit. Veel transcriptie regulatoren
vormen dimeren en dat verdubbelt de cis-regulatory sequentie die herkend moet worden. Dit
verbetert de affiniteit en specificiteit van transcriptie regulator binding.
Hergebruiken, transcriptie regulatoren kunnen ook
heterodimeren vormen. 1 transcriptieregulator kan veel
verschillende ‘partners’ hebben en zo dus hergebruikt worden
om meerdere DNA-bindende specificiteiten te creëren.
Bindingscurve, in het simpelste geval houden de niet-
covalente bindingen tussen twee (hetero)dimeren de twee
monomeren zo sterk bij elkaar dat ze nooit loskomen van
elkaar. In dat geval zou de bindingscurve een standaard
exponentiële vorm hebben. In veel gevallen worden de
(hetero)dimeren echter zwakjes bij elkaar gehouden en
komen ze met name als monomeren voor in oplossing. Op de
DNA sequenties worden echter dimeren waargenomen. Je
spreekt hier van coöperatie. Dan volgt de bindingscurve een
sigmoïde vorm.
Coöperatieve binding, over een range van concentratie van de transcriptie regulator volgt binding
een alles-of-niets principe. Dat wil zeggen dat bij de meeste concentraties de cis-regulatory
sequentie bijna compleet bezet is of bijna compleet leeg is.
Nucleosomen, transcriptie regulatoren hebben een lagere affiniteit voor nucleosomen dan voor
naakt DNA en dat heeft 2 redenen:
1. Het oppervlakte van de cis-regulatory sequentie die herkend wordt door de transcriptie
regulator zit misschien wel naar de histon kern gericht.
