HOOFDSTUK 4: WEEFSELDIFFERENTIATIE EN DIFFERENTIËLE GENEXPRESSIE
4.1 Differentiatie
Zygote: omnipotent → differentiatie: mogelijkheden beperkt: multipotent → cellen 1 bepaalde
functie: unipotent
Totale potentialiteit wordt onveranderlijk bewaard
Een zygote bevat alle informatie om een nieuw complex organisme van dezelfde soort te
genereren. De genetische informatie in elke lichaamscel van hetzelfde individu is onderling gelijk.
Wat maakt het verschil tss de zygote als moedercel en de door mitose van deze moedercel
afstammende cellen?
Lichaamscellen differentiëren in verschillende richtingen en gaan verschillende functies
uitoefenen in het volwassen organisme. De hypothese van Weismann stelt dat een gering aantal
cellen niet deelneemt aan het differentiatieproces. Deze cellen vertegenwoordigen het germen
die de oerkiemcellen leveren waaruit later de gameten gevormd worden. Alle overige cellen
worden als soma aangeduid.
Hoe gebeurt de differentiatie?
Chromosoom diminutietheorie
Tijdens de klievingsdelingen gaat genetische informatie verloren zodat bepaalde functies niet
meer uitgevoerd kunnen worden.
Dit is een foute hypothese, want bij mitotische delingen wordt de genetische informatie
onveranderlijk doorgegeven.
Secundair verloren gaan van genetische informatie? Nee → Dolly:
De gedifferentieerde cellen bevatten nog alle genetische informatie. Men kan experimenteel
de kern van een zygote verwijderen en vervangen dr de kern van een somatische cel zonder de
normale ontwikkeling en differentiatie te verstoren.
Determinatieve klievingstheorie
Elke blastomeer is al gedetermineerd om een bepaalde cel te worden. De klievingsdelingen
verlopen asymmetrisch. 2 dochtercellen krijgen elk een deel van het ectoplasma en van het
plasmalemma → cel wordt in bepaalde richting geduwd ~ ‘epigenetische informatie’
Experimenteel
* 1 dochterblastomeer kapot prikken → geen intact embryo → mozaïekeieren bij Protostomia
Deze bevestigen de theorie.
* Bij Deuterostomia regulatie-eieren
Twee eerste blastomeren komen los → 1-eiïge tweeling
Regulerend vermogen neemt af bij verdere ontwikkeling
→ theorie klopt!
Chemische inductie
Determinatie (het meegeven van epigenetische informatie vr een latere bestemming aan de
blastomeren) is niet voldoende als verklaring vr differentiatie. De onderlinge plaats van
verschillende cellen is van essentieel belang vr de latere bestemming. Hieruit ontstaat idee van
chemische inductie.
° neurale buis dorsaal vd chorda door chemische inductie door vrijstelling van chemische
inductoren.
1
,experimenteel
Stukje chorda van een embryo op een andere plaats inplanten → daar ontstaat de neurale buis.
Chemische inductoren aantonen: stoffen uit chorda halen → inspuiten → daar zal chorda
ontstaan.
Als cellen hun eindbestemming gekregen hebben, gaan ze een specifieke functie uitoefenen via
een combinatie van een hogere graad van coördinatie (neuraal-hormonaal) en specifieke
genregulatie. In de verschillende cellen wordt continu of sequentieel een set van genen
geactiveerd of geïnactiveerd.
Een cel krijgt een bepaalde functie door DIFFERENTIËLE GENEXPRESSIE!!!
4.2 Informatieflow van DNA over RNA naar eiwit
Hoe worden functionele eiwitten gevormd vertrekkend van genetisch gecodeerde informatie in
een cel?
UNIVERSEEL mechanisme
DNA → mRNA → eiwitten
DNA-replicatie → transcriptie → mRNA → translatie → eiwitten
DNA polymeer van nucleotiden (stikstofbasen): G (Guanine), A (Adenine): purines
C (Cytosine), T(Thymine): pyrimidines
Bevat de genen die coderen vr eiwitten
Andere organische celcomponenten zoals lipiden of koolhydraten worden niet rechtstreeks in het
genoom gecodeerd. Hun metabolisme berust op de beschikbaarheid van bepaalde enzymen. De
eiwitten in een cel bepalen de karakteristieken en functionele mogelijkheden van die cel.
4.3 DNA, de cellulaire database
Watson & Crick (1953)
Dubbele helix structuur
2 antiparallelle complementaire strengen
5’ 3’
3’ 5’
2
, DNA groeit langs 3’ uiteinde (van 5’
naar 3’)
Complementaire basepaarvorming: G
C
A
=T
5’
3’
3’
Semi-conservatieve replicatie: elk DNA molecule bevat een oude en een nieuwe streng
Tijdens de replicatie gaan beide DNA strengen lokaal uit elkaar en aligneren zich nieuwe
strengen, nieuwe complementaire nucleotiden langs elke streng. DNA polymerase vormt een
fosfodiësterbinding om de nieuwe strengen aan elkaar te binden. DNA polymerase kan niet zelf
een streng beginnen, het heeft een primer (oligonucleotide, klein stukje complementair DNA)
nodig.
5’ 3’ lagging strand
3’ 5’ leading strand
Replicatievork (tekening zie notities)
DNA helicase opent de keten.
Replicatievork schuift op, op 1 streng (lagging strand) nieuwe primer nodig → okozakiframentjes.
DNA ligase hecht de fragmentjes aan elkaar.
Genen zijn specifieke DNA fragmenten waarvan de basensequentie informatie bevat vr een
bepaalde AZ-sequentie of eiwit. 30 000 genen in het menselijk genoom.
Bij eukaryote worden de genen onderbroken met DNA sequenties die wel nr RNA overgeschreven
worden maar via splicingenzymen verwijderd worden vr het mRNA de kern verlaat. De niet
coderende sequenties zijn introns, de coderende zijn exons, deze worden dus ook teruggevonden
in matuur mRNA. Exons worden geflankeerd dr regulatorische DNA sequenties (cis sequenties)
noodzakelijk vr een correcte initiatie en terminatie vd transcriptie = transcriptionele eenheid =
een gen.
3
4.1 Differentiatie
Zygote: omnipotent → differentiatie: mogelijkheden beperkt: multipotent → cellen 1 bepaalde
functie: unipotent
Totale potentialiteit wordt onveranderlijk bewaard
Een zygote bevat alle informatie om een nieuw complex organisme van dezelfde soort te
genereren. De genetische informatie in elke lichaamscel van hetzelfde individu is onderling gelijk.
Wat maakt het verschil tss de zygote als moedercel en de door mitose van deze moedercel
afstammende cellen?
Lichaamscellen differentiëren in verschillende richtingen en gaan verschillende functies
uitoefenen in het volwassen organisme. De hypothese van Weismann stelt dat een gering aantal
cellen niet deelneemt aan het differentiatieproces. Deze cellen vertegenwoordigen het germen
die de oerkiemcellen leveren waaruit later de gameten gevormd worden. Alle overige cellen
worden als soma aangeduid.
Hoe gebeurt de differentiatie?
Chromosoom diminutietheorie
Tijdens de klievingsdelingen gaat genetische informatie verloren zodat bepaalde functies niet
meer uitgevoerd kunnen worden.
Dit is een foute hypothese, want bij mitotische delingen wordt de genetische informatie
onveranderlijk doorgegeven.
Secundair verloren gaan van genetische informatie? Nee → Dolly:
De gedifferentieerde cellen bevatten nog alle genetische informatie. Men kan experimenteel
de kern van een zygote verwijderen en vervangen dr de kern van een somatische cel zonder de
normale ontwikkeling en differentiatie te verstoren.
Determinatieve klievingstheorie
Elke blastomeer is al gedetermineerd om een bepaalde cel te worden. De klievingsdelingen
verlopen asymmetrisch. 2 dochtercellen krijgen elk een deel van het ectoplasma en van het
plasmalemma → cel wordt in bepaalde richting geduwd ~ ‘epigenetische informatie’
Experimenteel
* 1 dochterblastomeer kapot prikken → geen intact embryo → mozaïekeieren bij Protostomia
Deze bevestigen de theorie.
* Bij Deuterostomia regulatie-eieren
Twee eerste blastomeren komen los → 1-eiïge tweeling
Regulerend vermogen neemt af bij verdere ontwikkeling
→ theorie klopt!
Chemische inductie
Determinatie (het meegeven van epigenetische informatie vr een latere bestemming aan de
blastomeren) is niet voldoende als verklaring vr differentiatie. De onderlinge plaats van
verschillende cellen is van essentieel belang vr de latere bestemming. Hieruit ontstaat idee van
chemische inductie.
° neurale buis dorsaal vd chorda door chemische inductie door vrijstelling van chemische
inductoren.
1
,experimenteel
Stukje chorda van een embryo op een andere plaats inplanten → daar ontstaat de neurale buis.
Chemische inductoren aantonen: stoffen uit chorda halen → inspuiten → daar zal chorda
ontstaan.
Als cellen hun eindbestemming gekregen hebben, gaan ze een specifieke functie uitoefenen via
een combinatie van een hogere graad van coördinatie (neuraal-hormonaal) en specifieke
genregulatie. In de verschillende cellen wordt continu of sequentieel een set van genen
geactiveerd of geïnactiveerd.
Een cel krijgt een bepaalde functie door DIFFERENTIËLE GENEXPRESSIE!!!
4.2 Informatieflow van DNA over RNA naar eiwit
Hoe worden functionele eiwitten gevormd vertrekkend van genetisch gecodeerde informatie in
een cel?
UNIVERSEEL mechanisme
DNA → mRNA → eiwitten
DNA-replicatie → transcriptie → mRNA → translatie → eiwitten
DNA polymeer van nucleotiden (stikstofbasen): G (Guanine), A (Adenine): purines
C (Cytosine), T(Thymine): pyrimidines
Bevat de genen die coderen vr eiwitten
Andere organische celcomponenten zoals lipiden of koolhydraten worden niet rechtstreeks in het
genoom gecodeerd. Hun metabolisme berust op de beschikbaarheid van bepaalde enzymen. De
eiwitten in een cel bepalen de karakteristieken en functionele mogelijkheden van die cel.
4.3 DNA, de cellulaire database
Watson & Crick (1953)
Dubbele helix structuur
2 antiparallelle complementaire strengen
5’ 3’
3’ 5’
2
, DNA groeit langs 3’ uiteinde (van 5’
naar 3’)
Complementaire basepaarvorming: G
C
A
=T
5’
3’
3’
Semi-conservatieve replicatie: elk DNA molecule bevat een oude en een nieuwe streng
Tijdens de replicatie gaan beide DNA strengen lokaal uit elkaar en aligneren zich nieuwe
strengen, nieuwe complementaire nucleotiden langs elke streng. DNA polymerase vormt een
fosfodiësterbinding om de nieuwe strengen aan elkaar te binden. DNA polymerase kan niet zelf
een streng beginnen, het heeft een primer (oligonucleotide, klein stukje complementair DNA)
nodig.
5’ 3’ lagging strand
3’ 5’ leading strand
Replicatievork (tekening zie notities)
DNA helicase opent de keten.
Replicatievork schuift op, op 1 streng (lagging strand) nieuwe primer nodig → okozakiframentjes.
DNA ligase hecht de fragmentjes aan elkaar.
Genen zijn specifieke DNA fragmenten waarvan de basensequentie informatie bevat vr een
bepaalde AZ-sequentie of eiwit. 30 000 genen in het menselijk genoom.
Bij eukaryote worden de genen onderbroken met DNA sequenties die wel nr RNA overgeschreven
worden maar via splicingenzymen verwijderd worden vr het mRNA de kern verlaat. De niet
coderende sequenties zijn introns, de coderende zijn exons, deze worden dus ook teruggevonden
in matuur mRNA. Exons worden geflankeerd dr regulatorische DNA sequenties (cis sequenties)
noodzakelijk vr een correcte initiatie en terminatie vd transcriptie = transcriptionele eenheid =
een gen.
3
