Biologische modelsystemen
TERMINOLOGIE:
Chromosomen
Chromosomen = informatiedragers en overervingsprincipes
1) chromatiden
2) centromeer
3) korte arm (p-arm)
4) lange arm (q-arm
Cel -> celkern -> chromosoom -> DNA (dubbele helix)
Soorten mutaties en hun effect op proteïne en functie
STRUCTUREEL: NUMERIEK:
1) DELETIE: er is weggenomen 1) POLYPOÏDE: ipv een diploide zet chr, kun je
2) DUPLICATIE: er is iets verdubbeld bv een triploïde set hebben
3) INVERSIE: er is een stukje omgewisseld 2)ANEUPLOÏDE: cel heeft onjuist aantal
4) INSERTIE: er is een stukje toegevoegd chromosomen, maar niet over de volledige
5) TRANSLOCATIE: stukje van 1 chr verhuist naar andere chr set. Bv trisomie 21 -> downsyndroom
,1) SUBSTITUTIE: AZ gaat veranderen tov wild type
2) DELETIE: 1 nucleotide (=fosfaatgroep, suiker en base) wordt weggeknipt
3) INSERTIE: 1 nucleotide wordt toegevoegd
4) INVERSIE: nucleotiden verwisselen van plaats
2 en 3 -> veroorzaken vaak een frameshift (=veranderende codon, resultaat vaak in vroeger stop van
EW -> verlies van functie
=> 1 codon bestaat uit 3 nucleotiden, resulteert in 1 AZ
1) SILENT: er is wel verandering op nucleotide niveau maar resulteert niet in een ander AZ en dus ook
niet in een ander eiwit
2) NONSENSE: de verandering van AZ zorgt voor ‘STOP’
3) MISSENSE: 3.1 conservatief: er is wel verandering van AZ maar de functie blijft bewaard
3.2 non-conservatief: er is wel verandering van AZ en we krijgen een andere functie van
EW
,Deze mutatie kunnen een effect hebben op de functie van het eiwit
1) LOSS-OF-FUNCTION: leiden tot een vermindering of een volledige verlies van de functie van het
EW. Loss-of-function mutaties zijn vaak recessief. Dat betekent dat er meestal 2 kopieën van het
gemuteerde gen nodig zijn om een effect te veroorzaken
2) GAIN-OF-FUNCTION: leiden tot een verhoogde, nieuwe of afwijkende functie van het eiwit. Ze zijn
vaak dominant, omdat zelfs één kopie van het gemuteerde gen al genoeg kan zijn om de nieuwe te
veroorzaken. Vaak ernstige gevolgen.
Variant versus mutatie
1) MUTATIE: permanente verandering in de DNA-sequentie
Geeft aanleiding tot afwijking of ziekte
Kan spontaan ontstaan of door omgevingsfactoren
2) VARIANT: verwijst naar elke genetische verandering of afwijking in de DNA-sequentie
Kunnen neutraal, voordelig of nadelig zijn
Loss-of-function experimenten
Doel: gen uitschakelen of expressie tijdelijk onderdrukken
• Gen knockdown (=KD = tijdelijk)
• Gen knockout (=KO = permanent)
Gain-of-function experimenten
Doel: het gen tot expressie brengen op een verkeerd tijdstip, plaats of met constitutieve activiteit
HOOFDSTUK 1: biologische modelsystemen
Historiek
• voor de 20ste eeuw: NATURALISME
- observatie en beschrijving van het dierenrijk
- beschrijven van rijkdom aan vormen, bouwplannen
- plaatsen in systematische of evolutieve context
• vanaf midden 19de eeuw: sterke opgang van EMBRYOLOGIE
- observatie en beschrijving van vroege ontwikkeling
- beschrijven van vorm van larvale stadia
- gebruikt in evolutieve context
• eind 19de en begin 20ste: splitsing tussen embryologie en evolutionaire biologie
-nadruk lag op experimentele biologie: 1) experimentele embryologie
2) genetica (overerving)
• 1950: intrede van moleculaire biologie: er moet zoiets zijn zoals genen, DNA en
chromosomen
Definitie en keuze van modelorganismen
• Modelorganismen = favoriete organismen voor studie van bepaalde processen
-> niet één ideaal organisme, maar verschillende soorten -> gekozen omwille van bepaald
voordeel (historisch, praktisch -> modelorganismen zijn historisch bepaald geweest en
achteraf om praktische redenen behouden gebleven
• Grote zes: 1) drosophila melanogaster 4) Xenophus laevis
2) Danio rerio 5) gallus gallus
3) Caenorhabditis elegans 6) mus musculus
, -> geen fylogenetische overwegingen: niet gekozen omdat het voorouders van ons zijn, gewoon uit
praktische redenen
Criteria
1. BESCHIKBAARHEID: soms heb je er echt heel veel nodig
Zebravis zijn dat bv beter dat muizen want in 1 kooi kunnen er maar
enkele muizen en zebravissen juist heeeeel veel
2. KOSTPRIJS: muizen: in één kooi kunnen 4 muizen (1 kooi kost 10euro per week) -> niet veel
experimenten
fruitvliegen: in één pot kunnen ong 1000 (kost niet veel) -> veel experimenten
3. TOEGANKELIJKHEID: veel gemakkelijker om een embryo van een kikker te manipuleren dan van een
Muis -> muizen: in uterus kikkers: buiten het lichaam)
4. SNELHEID: stel je doet een onderzoek rond gastrulatie, dan voer je dit onderzoek/experiment best
Uit op een dier waar gastrulatie langzaam gebeurt (bv: gallus galllus = kip)
5. KLEINE LICHAAMSGROOTTE
6. MANIPULEERBAARHEID: gaat bv gemakkelijker bij een groter embryo
7. GENETICA EN GENENKAARTEN: beschikbaar van bijna alle dieren
8. RELEVANTIE: muis staat nog steeds dichts bij de mens van alle modelorganismen, MAAR geen enkel
Modelorganisme voldoet aan alles.
HOOFDSTUK 2: CAENORHABDITIS ELEGANS
Historiek
Jaren 60: replicatiemechanisme en genetica van virussen (Sydney Brenner)
Rond 1950: DNA structuur ontdekt door Watson en Crick -> bestudeerd in heel klein organisme
(bacterie) -> kennis uitbreiden naar complexere meercellige organismen
=> VEREISTEN:
• Even gemakkelijk te bestuderen als eencellige
• Korte levenscyclus
• Klein, met weinig cellen
• Gemakkelijk en in grote aantallen te kweken
-> introductie van de rondworm= caenorhabditis elegans
Eigenschappen van de caenorhabditis elegans
• Klein (1mm)
• Gemakkelijk te kweken (op agarplaten -> voedsel = E. coli bacterie
• Transparant
• Snelle generatietijd: 3 dagen van ei tot adult (leeft erna nog ong 15 d)
• Zelfbevruchtende hermafrodiet
• Vast en klein aantal cellen -> ontstaan via een vast delingspatroon
• Eenvoudig bouwplan
TERMINOLOGIE:
Chromosomen
Chromosomen = informatiedragers en overervingsprincipes
1) chromatiden
2) centromeer
3) korte arm (p-arm)
4) lange arm (q-arm
Cel -> celkern -> chromosoom -> DNA (dubbele helix)
Soorten mutaties en hun effect op proteïne en functie
STRUCTUREEL: NUMERIEK:
1) DELETIE: er is weggenomen 1) POLYPOÏDE: ipv een diploide zet chr, kun je
2) DUPLICATIE: er is iets verdubbeld bv een triploïde set hebben
3) INVERSIE: er is een stukje omgewisseld 2)ANEUPLOÏDE: cel heeft onjuist aantal
4) INSERTIE: er is een stukje toegevoegd chromosomen, maar niet over de volledige
5) TRANSLOCATIE: stukje van 1 chr verhuist naar andere chr set. Bv trisomie 21 -> downsyndroom
,1) SUBSTITUTIE: AZ gaat veranderen tov wild type
2) DELETIE: 1 nucleotide (=fosfaatgroep, suiker en base) wordt weggeknipt
3) INSERTIE: 1 nucleotide wordt toegevoegd
4) INVERSIE: nucleotiden verwisselen van plaats
2 en 3 -> veroorzaken vaak een frameshift (=veranderende codon, resultaat vaak in vroeger stop van
EW -> verlies van functie
=> 1 codon bestaat uit 3 nucleotiden, resulteert in 1 AZ
1) SILENT: er is wel verandering op nucleotide niveau maar resulteert niet in een ander AZ en dus ook
niet in een ander eiwit
2) NONSENSE: de verandering van AZ zorgt voor ‘STOP’
3) MISSENSE: 3.1 conservatief: er is wel verandering van AZ maar de functie blijft bewaard
3.2 non-conservatief: er is wel verandering van AZ en we krijgen een andere functie van
EW
,Deze mutatie kunnen een effect hebben op de functie van het eiwit
1) LOSS-OF-FUNCTION: leiden tot een vermindering of een volledige verlies van de functie van het
EW. Loss-of-function mutaties zijn vaak recessief. Dat betekent dat er meestal 2 kopieën van het
gemuteerde gen nodig zijn om een effect te veroorzaken
2) GAIN-OF-FUNCTION: leiden tot een verhoogde, nieuwe of afwijkende functie van het eiwit. Ze zijn
vaak dominant, omdat zelfs één kopie van het gemuteerde gen al genoeg kan zijn om de nieuwe te
veroorzaken. Vaak ernstige gevolgen.
Variant versus mutatie
1) MUTATIE: permanente verandering in de DNA-sequentie
Geeft aanleiding tot afwijking of ziekte
Kan spontaan ontstaan of door omgevingsfactoren
2) VARIANT: verwijst naar elke genetische verandering of afwijking in de DNA-sequentie
Kunnen neutraal, voordelig of nadelig zijn
Loss-of-function experimenten
Doel: gen uitschakelen of expressie tijdelijk onderdrukken
• Gen knockdown (=KD = tijdelijk)
• Gen knockout (=KO = permanent)
Gain-of-function experimenten
Doel: het gen tot expressie brengen op een verkeerd tijdstip, plaats of met constitutieve activiteit
HOOFDSTUK 1: biologische modelsystemen
Historiek
• voor de 20ste eeuw: NATURALISME
- observatie en beschrijving van het dierenrijk
- beschrijven van rijkdom aan vormen, bouwplannen
- plaatsen in systematische of evolutieve context
• vanaf midden 19de eeuw: sterke opgang van EMBRYOLOGIE
- observatie en beschrijving van vroege ontwikkeling
- beschrijven van vorm van larvale stadia
- gebruikt in evolutieve context
• eind 19de en begin 20ste: splitsing tussen embryologie en evolutionaire biologie
-nadruk lag op experimentele biologie: 1) experimentele embryologie
2) genetica (overerving)
• 1950: intrede van moleculaire biologie: er moet zoiets zijn zoals genen, DNA en
chromosomen
Definitie en keuze van modelorganismen
• Modelorganismen = favoriete organismen voor studie van bepaalde processen
-> niet één ideaal organisme, maar verschillende soorten -> gekozen omwille van bepaald
voordeel (historisch, praktisch -> modelorganismen zijn historisch bepaald geweest en
achteraf om praktische redenen behouden gebleven
• Grote zes: 1) drosophila melanogaster 4) Xenophus laevis
2) Danio rerio 5) gallus gallus
3) Caenorhabditis elegans 6) mus musculus
, -> geen fylogenetische overwegingen: niet gekozen omdat het voorouders van ons zijn, gewoon uit
praktische redenen
Criteria
1. BESCHIKBAARHEID: soms heb je er echt heel veel nodig
Zebravis zijn dat bv beter dat muizen want in 1 kooi kunnen er maar
enkele muizen en zebravissen juist heeeeel veel
2. KOSTPRIJS: muizen: in één kooi kunnen 4 muizen (1 kooi kost 10euro per week) -> niet veel
experimenten
fruitvliegen: in één pot kunnen ong 1000 (kost niet veel) -> veel experimenten
3. TOEGANKELIJKHEID: veel gemakkelijker om een embryo van een kikker te manipuleren dan van een
Muis -> muizen: in uterus kikkers: buiten het lichaam)
4. SNELHEID: stel je doet een onderzoek rond gastrulatie, dan voer je dit onderzoek/experiment best
Uit op een dier waar gastrulatie langzaam gebeurt (bv: gallus galllus = kip)
5. KLEINE LICHAAMSGROOTTE
6. MANIPULEERBAARHEID: gaat bv gemakkelijker bij een groter embryo
7. GENETICA EN GENENKAARTEN: beschikbaar van bijna alle dieren
8. RELEVANTIE: muis staat nog steeds dichts bij de mens van alle modelorganismen, MAAR geen enkel
Modelorganisme voldoet aan alles.
HOOFDSTUK 2: CAENORHABDITIS ELEGANS
Historiek
Jaren 60: replicatiemechanisme en genetica van virussen (Sydney Brenner)
Rond 1950: DNA structuur ontdekt door Watson en Crick -> bestudeerd in heel klein organisme
(bacterie) -> kennis uitbreiden naar complexere meercellige organismen
=> VEREISTEN:
• Even gemakkelijk te bestuderen als eencellige
• Korte levenscyclus
• Klein, met weinig cellen
• Gemakkelijk en in grote aantallen te kweken
-> introductie van de rondworm= caenorhabditis elegans
Eigenschappen van de caenorhabditis elegans
• Klein (1mm)
• Gemakkelijk te kweken (op agarplaten -> voedsel = E. coli bacterie
• Transparant
• Snelle generatietijd: 3 dagen van ei tot adult (leeft erna nog ong 15 d)
• Zelfbevruchtende hermafrodiet
• Vast en klein aantal cellen -> ontstaan via een vast delingspatroon
• Eenvoudig bouwplan
