Transcriptie
Transcriptie in prokaryoten (bacteriën)
Onderzoek naar transcriptie in prokaryoten leidde tot het achterhalen van het mechanisme van
transcriptie in prokaryoten. Genen kunnen verdeeld worden in twee functioneel verschillende gebieden:
• Het coderende gebied.
Dit gebied codeert voor de sequentie aminozuren die tezamen een eiwit vormen.
• Promotor = Het regulerende gebied.
Dit gebied reguleert de snelheid van transcriptie door RNA polymerase, doordat RNA polymerase
kan binden aan de promotor. Dit gebied ligt enkele nucleotiden (ongeveer 10 stuks) upstream van
het coderende gebied.
Er bestaat een klein aantal eiwitten die kunnen binden aan RNA polymerase (= sigma factoren) om te
zorgen dat RNA polymerase bindt aan de promotor. Deze eiwitten zijn verantwoordelijk voor transcriptie.
Bacteriën hebben slechts één type RNA polymerase.
Transcriptie in eukaryoten (mensen)
Onderzoek naar transcriptie in eukaryoten vond plaats vanaf 1975. Transcriptie in eukaryoten is complexer
dan transcriptie in prokaryoten. Eukaryoten hebben vele verschillende transcriptiefactoren en drie typen
RNA polymerase.
Functionele gebieden van een gen
Genen kunnen verdeeld worden in twee functioneel verschillende gebieden:
• Het coderende gebied.
Dit gebied codeert voor de sequentie aminozuren die tezamen een eiwit vormen. Dit gebied wordt
voornamelijk bedekt door beschermende eiwitten.
• Het regulerende gebied.
Dit gebied reguleert de snelheid van transcriptie door RNA polymerase.
Regulatoire elementen in het DNA
In 1983 had men vastgesteld dat er drie genetische elementen betrokken zijn bij het initiëren van
transcriptie door RNA polymerase in eukaryoten:
• Core promotor.
De core promotor heeft dezelfde functie als de promotor in prokaryoten: RNA polymerase kan
binden aan deze DNA-sequentie.
• Enhancers.
Enhancers zijn regulatoire elementen in het DNA waaraan activators kunnen binden. Hierdoor
wordt transcriptie gestimuleerd. Een enhancer kan duizenden nucleotiden upstream of
downstream van de core promotor liggen. Genen in eukaryoten kunnen meerdere enhancers
bevatten. Een enhancer is richting onafhankelijk, omdat het transcriptie van een gen stimuleert
door looping.
• Silencers.
Silencers zijn regulatoire elementen in het DNA waaraan repressors kunnen binden. Hierdoor wordt
transcriptie geïnhibieerd. Een silencers kan duizenden nucleotiden upstream of downstream van de
core promotor liggen. Genen in eukaryoten kunnen meerdere silencers bevatten.
Verschillende genen kunnen gedeeltelijk dezelfde enhancers en/of silencers bevatten. Hierdoor kan
transcriptie van elk gen individueel gereguleerd worden.
LET OP! Enhancers en silencers kunnen de activiteit van RNA polymerase niet direct reguleren, maar
indirect via eiwitten die binden aan deze DNA sequenties.
1
, De eerste humane transcriptiefactor: Sp1
De eerste humane transcriptiefactor (activator) die is ontdekt is specifity protein 1 (Sp1). Sp1 bindt aan een
GC-box, een enhancer die voornamelijk bestaat uit de nucleotiden G en C. Met deze kennis was men in
staat om Sp1, dat in zeer kleine hoeveelheden voorkomt in de cel, te zuiveren. Men synthetiseerde DNA
moleculen die bestonden uit de nucleotiden G en C en verankerde deze aan onoplosbare suikerbolletjes
(beads). Vervolgens werd hieraan een mix van humane nucleaire eiwitten toegevoegd. Alleen Sp1 bond
aan het gesynthetiseerde DNA, waardoor men na centrifugatie in staat was Sp1 te zuiveren.
Sp1 bestaat uit drie belangrijke domeinen:
• Zinkvingerdomeinen (3 stuks).
Een zinkvinger wordt gekenmerkt doordat een deel van eiwit zich vouwt
rondom een zinkatoom. Het zinkatoom wordt omgeven door vier
aminozuren. Dit zijn meestal de aminozuren cysteïne en/of histidine. De
zinkvingerdomeinen kunnen binden aan het DNA.
• Glutaminerijk domein.
Het glutaminerijkdomein is het activatiedomein, wat betekent dat het
betrokken is bij het stimuleren van transcriptie. Men heeft dit ontdekt
door gebruik te maken van mutant Sp1 zonder glutaminerijk domein.
Deze mutant Sp1 is in staat om te binden aan DNA, maar niet in staat
om transcriptie te stimuleren. Dit betekent dat binding van Sp1 aan het
DNA geen invloed heeft op transcriptie.
• Dimerisatiedomein.
Sp1 functioneert als dimeer.
Klassen transcriptiefactoren
• Basale factoren/machinerie.
RNA polymerase is zonder binding van verschillende transcriptiefactoren aan de core promotor (=
basale factoren) niet in staat om genen van eukaryoten te transcriberen, omdat het dan niet kan
binden aan de core promotor. Enkele basale factoren zijn TFIIA, TFIID en TFIIE. Deze basale factoren
zijn verantwoordelijk voor initiatie van transcriptie van genen in eukaryoten. Het zorgt voor
transcriptie van een gen door RNA polymerase op een basale, zeer lage snelheid.
• Co-activatoren/Mediatoren.
Co-activatoren kunnen niet binden aan specifieke DNA-sequenties, maar wel aan basale factoren
en activators of repressors. Co-activatoren zijn niet verantwoordelijk voor initiatie van transcriptie
van genen in eukaryoten, omdat bij afwezigheid van co-activatoren transcriptie op een basale, zeer
lage snelheid plaatsvindt.*
• Activators.
Activators binden aan enhancers en co-activatoren. Binding van een activator aan een enhancer,
leidt tot het buigen van het DNA (DNA looping). Hierdoor komt de enhancer, en ook de activator, in
de buurt van de core promotor, waardoor de activator contact kan maken met de co-activator. Dit
leidt tot het vormen van het basale transcriptiecomplex. Activators verhogen op deze manier de
snelheid waarmee het basale complex transcriptie initieert.
• Repressors.
Repressors verlagen de snelheid waarmee het basale complex transcriptie initieert door te binden
aan co-activatoren (competitie met activators), door het gehele complex te remmen of door
binding van activator aan de enhancer te voorkomen.
* Het blokkeren van de transcriptie van een co-activator leidt ertoe dat cellen niet meer in staat zijn om
eiwitten te produceren. Hierdoor gaan de cellen dood. Dit toont aan dat co-activatoren essentieel zijn voor
de transcriptie van genen.
2
Transcriptie in prokaryoten (bacteriën)
Onderzoek naar transcriptie in prokaryoten leidde tot het achterhalen van het mechanisme van
transcriptie in prokaryoten. Genen kunnen verdeeld worden in twee functioneel verschillende gebieden:
• Het coderende gebied.
Dit gebied codeert voor de sequentie aminozuren die tezamen een eiwit vormen.
• Promotor = Het regulerende gebied.
Dit gebied reguleert de snelheid van transcriptie door RNA polymerase, doordat RNA polymerase
kan binden aan de promotor. Dit gebied ligt enkele nucleotiden (ongeveer 10 stuks) upstream van
het coderende gebied.
Er bestaat een klein aantal eiwitten die kunnen binden aan RNA polymerase (= sigma factoren) om te
zorgen dat RNA polymerase bindt aan de promotor. Deze eiwitten zijn verantwoordelijk voor transcriptie.
Bacteriën hebben slechts één type RNA polymerase.
Transcriptie in eukaryoten (mensen)
Onderzoek naar transcriptie in eukaryoten vond plaats vanaf 1975. Transcriptie in eukaryoten is complexer
dan transcriptie in prokaryoten. Eukaryoten hebben vele verschillende transcriptiefactoren en drie typen
RNA polymerase.
Functionele gebieden van een gen
Genen kunnen verdeeld worden in twee functioneel verschillende gebieden:
• Het coderende gebied.
Dit gebied codeert voor de sequentie aminozuren die tezamen een eiwit vormen. Dit gebied wordt
voornamelijk bedekt door beschermende eiwitten.
• Het regulerende gebied.
Dit gebied reguleert de snelheid van transcriptie door RNA polymerase.
Regulatoire elementen in het DNA
In 1983 had men vastgesteld dat er drie genetische elementen betrokken zijn bij het initiëren van
transcriptie door RNA polymerase in eukaryoten:
• Core promotor.
De core promotor heeft dezelfde functie als de promotor in prokaryoten: RNA polymerase kan
binden aan deze DNA-sequentie.
• Enhancers.
Enhancers zijn regulatoire elementen in het DNA waaraan activators kunnen binden. Hierdoor
wordt transcriptie gestimuleerd. Een enhancer kan duizenden nucleotiden upstream of
downstream van de core promotor liggen. Genen in eukaryoten kunnen meerdere enhancers
bevatten. Een enhancer is richting onafhankelijk, omdat het transcriptie van een gen stimuleert
door looping.
• Silencers.
Silencers zijn regulatoire elementen in het DNA waaraan repressors kunnen binden. Hierdoor wordt
transcriptie geïnhibieerd. Een silencers kan duizenden nucleotiden upstream of downstream van de
core promotor liggen. Genen in eukaryoten kunnen meerdere silencers bevatten.
Verschillende genen kunnen gedeeltelijk dezelfde enhancers en/of silencers bevatten. Hierdoor kan
transcriptie van elk gen individueel gereguleerd worden.
LET OP! Enhancers en silencers kunnen de activiteit van RNA polymerase niet direct reguleren, maar
indirect via eiwitten die binden aan deze DNA sequenties.
1
, De eerste humane transcriptiefactor: Sp1
De eerste humane transcriptiefactor (activator) die is ontdekt is specifity protein 1 (Sp1). Sp1 bindt aan een
GC-box, een enhancer die voornamelijk bestaat uit de nucleotiden G en C. Met deze kennis was men in
staat om Sp1, dat in zeer kleine hoeveelheden voorkomt in de cel, te zuiveren. Men synthetiseerde DNA
moleculen die bestonden uit de nucleotiden G en C en verankerde deze aan onoplosbare suikerbolletjes
(beads). Vervolgens werd hieraan een mix van humane nucleaire eiwitten toegevoegd. Alleen Sp1 bond
aan het gesynthetiseerde DNA, waardoor men na centrifugatie in staat was Sp1 te zuiveren.
Sp1 bestaat uit drie belangrijke domeinen:
• Zinkvingerdomeinen (3 stuks).
Een zinkvinger wordt gekenmerkt doordat een deel van eiwit zich vouwt
rondom een zinkatoom. Het zinkatoom wordt omgeven door vier
aminozuren. Dit zijn meestal de aminozuren cysteïne en/of histidine. De
zinkvingerdomeinen kunnen binden aan het DNA.
• Glutaminerijk domein.
Het glutaminerijkdomein is het activatiedomein, wat betekent dat het
betrokken is bij het stimuleren van transcriptie. Men heeft dit ontdekt
door gebruik te maken van mutant Sp1 zonder glutaminerijk domein.
Deze mutant Sp1 is in staat om te binden aan DNA, maar niet in staat
om transcriptie te stimuleren. Dit betekent dat binding van Sp1 aan het
DNA geen invloed heeft op transcriptie.
• Dimerisatiedomein.
Sp1 functioneert als dimeer.
Klassen transcriptiefactoren
• Basale factoren/machinerie.
RNA polymerase is zonder binding van verschillende transcriptiefactoren aan de core promotor (=
basale factoren) niet in staat om genen van eukaryoten te transcriberen, omdat het dan niet kan
binden aan de core promotor. Enkele basale factoren zijn TFIIA, TFIID en TFIIE. Deze basale factoren
zijn verantwoordelijk voor initiatie van transcriptie van genen in eukaryoten. Het zorgt voor
transcriptie van een gen door RNA polymerase op een basale, zeer lage snelheid.
• Co-activatoren/Mediatoren.
Co-activatoren kunnen niet binden aan specifieke DNA-sequenties, maar wel aan basale factoren
en activators of repressors. Co-activatoren zijn niet verantwoordelijk voor initiatie van transcriptie
van genen in eukaryoten, omdat bij afwezigheid van co-activatoren transcriptie op een basale, zeer
lage snelheid plaatsvindt.*
• Activators.
Activators binden aan enhancers en co-activatoren. Binding van een activator aan een enhancer,
leidt tot het buigen van het DNA (DNA looping). Hierdoor komt de enhancer, en ook de activator, in
de buurt van de core promotor, waardoor de activator contact kan maken met de co-activator. Dit
leidt tot het vormen van het basale transcriptiecomplex. Activators verhogen op deze manier de
snelheid waarmee het basale complex transcriptie initieert.
• Repressors.
Repressors verlagen de snelheid waarmee het basale complex transcriptie initieert door te binden
aan co-activatoren (competitie met activators), door het gehele complex te remmen of door
binding van activator aan de enhancer te voorkomen.
* Het blokkeren van de transcriptie van een co-activator leidt ertoe dat cellen niet meer in staat zijn om
eiwitten te produceren. Hierdoor gaan de cellen dood. Dit toont aan dat co-activatoren essentieel zijn voor
de transcriptie van genen.
2
