Menselijke genetica
Genetische en epigenetische regulatie:
Genetische regulatie:
Genomisch DNA: genen worden individueel overgeschreven + gereguleerd door genetische en
epigenetische factoren
Mitochondrieel DNA: transcriptie start op vaste startplaatsen en zo bekom je grote transcripten met
meerdere genen die dan gekliefd worden
Cis-acting regulatie:
= een DNA / RNA sequentie die reguleert op zijn eigen DNA streng
bv promotor , enhancer , silencer , …
➢ Reguleert 1 gen / 1 allel
Cis regulatie op mRNA:
3’ / 5’ UTR = gebied na stopcodon / voor startcodon dat onvertaald blijven (untranslated region)
Trans regulatie: trans activerende eiwitten / miRNA’s binden aan de bindingsplaatsen op 3’ / 5’ UTR
➢ Vooral miRNA binding aan 3’ UTR
➢ Vooral eiwit binding aan 5’ UTR
Trans-acting regulatie:
= RNA / eiwit dat diffundeert en daar de DNA streng reguleert door op een regulatorisch element te binden
➢ Reguleert beide allelen van een gen / meerdere genen tegelijk
Gen regulatie: altijd een combinatie van cis- en transregulatie
• Bv enhancer (cis) + de transcriptiefactor(trans) die eraan bindt
• Bv miRNA bindende sequentie (cis) + miRNA(trans) die eraan bindt
Promotor:
= consensus sequentie (cis-acting) in de buurt van de transcriptie start plaats
Functie: bepalen welke DNA segmenten overgeschreven worden
RNA polymerase:
RNA polymerase I: schrijft 3 ribosomale RNA’s af (28S , 18S , 5,8S)
RNA polymerase III: schrijft tRNA genen , 1 ribosomaal RNA (5S) , kleine RNA’s af
RNA polymerase II: schrijft eiwit-coderende genen , lange nc RNA’s , miRNA’s af
➢ Vormt transcriptie initiatie complex met transcriptiefactoren op de promotor
,Promotor RNA polymerase II:
• BRE = TFIIB Recognition Element (transcriptiefactor 2B RE)
• TATA Box:
• Inr: initiator element (A = transcriptiestartplaats)
• DPE: Downstream core Promotor Element
➔ Veel voorkomende elementen maar niet nodig / voldoende voor promotor activiteit
(veel promotors hebben geen van de elementen)
Enhancers / silencers / boundaries / insulators:
= cis-acting sequenties
➢ 4-9 basenparen
➢ Vaak binnen de 1,5 kb van de transcriptiestartplaats / vaak ook veel verder
Enhancers = versterken de genexpressie
➢ DNA moet euchromatisch zijn zodat de enhancers erop kunnen werken (liggen ver)
Silencers = onderdrukken de genexpressie
Boundary sequentie:
• Insulators = blokkeren interactie tussen een enhancer en promotor door regulatorische
eiwitten te binden →zodat regulatorische elementen geen andere genen beïnvloeden
• Barrière elementen = element tussen euchromatine(los) en heterochromatine (condens)
zodat de juiste dingen tot expressie komen en de juiste dingen verpakt blijven
Topologically associating domains: TADs
TAD = genomische regio die promotor-enhancer interacties limiteert doormiddel van insulatoren
→ Zo kunnen enhancers niet inwerken op promotors buiten het gebied en verkeerde genexpressie verhogen
➢ Correlatie met chromatine structuur (1 TAD wordt samen uitgepakt in euchromatine)
CTCF: CCCTC binding factor is een zink finger insulator proteïne die bindt op een repeat van 3 CCCTC’s
en zo de TAD boundary aansterkt
Domeinen bepalen: door genoomwijde interactie studies
➢ TADs evolutionair geconserveerd tussen species
Chromosomen: lopen niet door elkaar maar nemen een bepaalde regio in de
kern in
➢ DNA uitgepakt tijdens de celcyclus
Repressed TAD compartiments: zitten in heterochromatische toestand dus
geen expressie
Active TAD compartiments: in euchromatische vorm dus wel expressie
➔ TAD’s verklaren hoe deleties/inversies in nabijgelegen genen andere genen kunnen beïnvloeden
(door mutatie kunnen enhancers in het foute domein terecht komen en foute expressie geven
F-syndroom: syndactylie door foute expressie van WNT6 door enhancer mislocalisatie
ADLD: (demyelinisatie) overexpressie van LMNB1 door deletie van een boundary
,Transcriptie factoren:
= DNA bindend eiwit
Binding: op / dicht bij een cis-acting sequentie van 4-9 bp lang
➢ Via zinkvinger: bestaat uit cysteïnes en histidines met centraal zink gebonden en deze kan in de
groeve van DNA voelen -> sequentie herkennen en binden -> transcriptiefactoren op binden
➢ Via leucine zipper: alfa helix met aan 1 kant allemaal leucines
en 2 armen gaan over DNA zitten en in de groeve DNA sequenties herkennen
Selectieve binding: kan op duizenden plaatsen binden in genoom MAAR bindt specifiek want
➢ Bindingsplaats moet toegankelijk zijn (open chromatine + niet in contact met histonen)
➢ Binding is combinatorial: verschillende transcriptiefactoren binden tegelijk
Promotor activiteit: hangt af van weefsel-specifieke / onwikkelingsstadium specifieke
transcriptiefactoren → voor de weefselspecifieke expressie van genen
Co-activatoren / co-repressoren:
= reguleren de functie van transcriptiefactoren zonder ze DNA binden
door eiwit-eiwit interacties met regulatorische eiwitten
RNA splicing en editing:
RNA splicing:
Splicing: verwijderen van intronen en verbinden van de overblijvende exonen door het spliceosome complex
Cis-acting sequenties: 5’ splice donor (gu), branch site (a),
splice acceptor (ag)
1. 5’ splice donor gebonden aan branch site (vormt een lus) en geknipt
2. 3’ splice acceptor geknipt
3. Exon 1 aan exon 2 verbonden
Splice enhancers / suppressors: stimuleren / inhiberen splicing
➢ Cis acting regulatorische RNA
➢ 6 bp
Locatie: liggen dicht bij splice juncties exonisch / intronisch
Functie: beïnvloeden splice donor / acceptor en zorgen voor alternative splicing
= verschillende splicing patronen tussen weefsels
SD (splice donor) , SA (splice acceptor) , BS (branch site)
ESE (exonic splice enhancer) , ESS (exonic splice silencer)
ISE (intronic splice enhancer) , ISS(intronic splice silencer)
Alternatief splicen:
Alternatief splicen = variatie in intron-exon juncties
• Alternatieve donors (B) / acceptors (C)
• Exon skipping (D)
• Alternatieve exonen (E)
Isovormen: verschillende transcripten van 1 gen
→ weefselspecifiek / per ontwikkelingsstadium / verschil in cellulaire compartimenten / voor secretie
, CDKN2A gen: enig menselijk gen dat zich uitspreid over 2 leesramen (exon 2)
→ produceert zo 2 verschillende tumor supressor genen (p14 en p16)
Trans acting regulatorische eiwitten:
Functie: zorgt dat cellen sneller kunnen reageren op omgevingsstimuli door translatie te reguleren
➢ mRNA kan opgeslagen worden voor later gebruik
➢ mRNA translatie stilleggen
➢ mRNA stabiliteit aanpassen
Regulatie: zorgen voor een eiwit verandering zonder de mRNA productie aan te passen
ijzer opname:
Ferritine: hol complex dat een ijzerovermaat kan opslagen in de cel -> toxiciteit voorkomen
Transferrine: transporteert Fe uit het dieet
= ijzer bindende eiwitten
IRE: iron-respons element op mRNA van ferritine/transferrine waar IRE-binding protein
op kan binden om de mRNA translatie te reguleren
➢ Locatie: in de 5’ UTR van ferritine H-keten / 3’UTR van transferrine
IRE-binding protein: herkent hairpin structuur van mRNA
Veel ijzer: iron regulatory protein bindt ijzers waardoor het loskomt van IRE
en waardoor ferritine translatie geactiveerd wordt
Weinig ijzer: iron regulatory protein geactiveerd (zonder Fe) en bindt IRE waardoor ferritine translatie
geïnhibeerd wordt + bindt aan transferrine 3’ UTR en beschermt mRNA tegen degradatie
miRNA en miRNA sponzen:
miRNA = kleine RNA molecule dat genexpressie neerreguleren
door hydrolyse met complementaire sequenties in hun transcript
➢ 20-22 nucleotiden
➢ Vorm van RNAi
➢ 1000en miRNA’s in genoom
Functie: verhinderen translatie / verhogen afbraak van mRNA molecule
➢ 1 miRNA kan 100en genen reguleren
➢ 50% van eiwit coderende genen gereguleerd door miRNA
Binding miRNA: moeten een stabiel heteroduplex vormen maar er mogen mismatches zijn
(vooral eerste nucleotiden moeten overeenkomen)
➢ Binden meestal aan 3’ UTR bij zoogdieren
➢ 1 mRNA heeft vaak meerdere miRNA bindingsplaatsen bv PTEN tumor supressor gen
RNA interference:
RNAi: verdedigingsmechanisme van de cel tegen dubbelstrengig RNA
Dubbelstrengig RNA:
➢ Virussen: genereren dubbelstrengig RNA in geïnfecteerde cellen
➢ Transposons: (springend stuk DNA) dat actief is geworden en transcripten maakt van beide
DNA strengen
Genetische en epigenetische regulatie:
Genetische regulatie:
Genomisch DNA: genen worden individueel overgeschreven + gereguleerd door genetische en
epigenetische factoren
Mitochondrieel DNA: transcriptie start op vaste startplaatsen en zo bekom je grote transcripten met
meerdere genen die dan gekliefd worden
Cis-acting regulatie:
= een DNA / RNA sequentie die reguleert op zijn eigen DNA streng
bv promotor , enhancer , silencer , …
➢ Reguleert 1 gen / 1 allel
Cis regulatie op mRNA:
3’ / 5’ UTR = gebied na stopcodon / voor startcodon dat onvertaald blijven (untranslated region)
Trans regulatie: trans activerende eiwitten / miRNA’s binden aan de bindingsplaatsen op 3’ / 5’ UTR
➢ Vooral miRNA binding aan 3’ UTR
➢ Vooral eiwit binding aan 5’ UTR
Trans-acting regulatie:
= RNA / eiwit dat diffundeert en daar de DNA streng reguleert door op een regulatorisch element te binden
➢ Reguleert beide allelen van een gen / meerdere genen tegelijk
Gen regulatie: altijd een combinatie van cis- en transregulatie
• Bv enhancer (cis) + de transcriptiefactor(trans) die eraan bindt
• Bv miRNA bindende sequentie (cis) + miRNA(trans) die eraan bindt
Promotor:
= consensus sequentie (cis-acting) in de buurt van de transcriptie start plaats
Functie: bepalen welke DNA segmenten overgeschreven worden
RNA polymerase:
RNA polymerase I: schrijft 3 ribosomale RNA’s af (28S , 18S , 5,8S)
RNA polymerase III: schrijft tRNA genen , 1 ribosomaal RNA (5S) , kleine RNA’s af
RNA polymerase II: schrijft eiwit-coderende genen , lange nc RNA’s , miRNA’s af
➢ Vormt transcriptie initiatie complex met transcriptiefactoren op de promotor
,Promotor RNA polymerase II:
• BRE = TFIIB Recognition Element (transcriptiefactor 2B RE)
• TATA Box:
• Inr: initiator element (A = transcriptiestartplaats)
• DPE: Downstream core Promotor Element
➔ Veel voorkomende elementen maar niet nodig / voldoende voor promotor activiteit
(veel promotors hebben geen van de elementen)
Enhancers / silencers / boundaries / insulators:
= cis-acting sequenties
➢ 4-9 basenparen
➢ Vaak binnen de 1,5 kb van de transcriptiestartplaats / vaak ook veel verder
Enhancers = versterken de genexpressie
➢ DNA moet euchromatisch zijn zodat de enhancers erop kunnen werken (liggen ver)
Silencers = onderdrukken de genexpressie
Boundary sequentie:
• Insulators = blokkeren interactie tussen een enhancer en promotor door regulatorische
eiwitten te binden →zodat regulatorische elementen geen andere genen beïnvloeden
• Barrière elementen = element tussen euchromatine(los) en heterochromatine (condens)
zodat de juiste dingen tot expressie komen en de juiste dingen verpakt blijven
Topologically associating domains: TADs
TAD = genomische regio die promotor-enhancer interacties limiteert doormiddel van insulatoren
→ Zo kunnen enhancers niet inwerken op promotors buiten het gebied en verkeerde genexpressie verhogen
➢ Correlatie met chromatine structuur (1 TAD wordt samen uitgepakt in euchromatine)
CTCF: CCCTC binding factor is een zink finger insulator proteïne die bindt op een repeat van 3 CCCTC’s
en zo de TAD boundary aansterkt
Domeinen bepalen: door genoomwijde interactie studies
➢ TADs evolutionair geconserveerd tussen species
Chromosomen: lopen niet door elkaar maar nemen een bepaalde regio in de
kern in
➢ DNA uitgepakt tijdens de celcyclus
Repressed TAD compartiments: zitten in heterochromatische toestand dus
geen expressie
Active TAD compartiments: in euchromatische vorm dus wel expressie
➔ TAD’s verklaren hoe deleties/inversies in nabijgelegen genen andere genen kunnen beïnvloeden
(door mutatie kunnen enhancers in het foute domein terecht komen en foute expressie geven
F-syndroom: syndactylie door foute expressie van WNT6 door enhancer mislocalisatie
ADLD: (demyelinisatie) overexpressie van LMNB1 door deletie van een boundary
,Transcriptie factoren:
= DNA bindend eiwit
Binding: op / dicht bij een cis-acting sequentie van 4-9 bp lang
➢ Via zinkvinger: bestaat uit cysteïnes en histidines met centraal zink gebonden en deze kan in de
groeve van DNA voelen -> sequentie herkennen en binden -> transcriptiefactoren op binden
➢ Via leucine zipper: alfa helix met aan 1 kant allemaal leucines
en 2 armen gaan over DNA zitten en in de groeve DNA sequenties herkennen
Selectieve binding: kan op duizenden plaatsen binden in genoom MAAR bindt specifiek want
➢ Bindingsplaats moet toegankelijk zijn (open chromatine + niet in contact met histonen)
➢ Binding is combinatorial: verschillende transcriptiefactoren binden tegelijk
Promotor activiteit: hangt af van weefsel-specifieke / onwikkelingsstadium specifieke
transcriptiefactoren → voor de weefselspecifieke expressie van genen
Co-activatoren / co-repressoren:
= reguleren de functie van transcriptiefactoren zonder ze DNA binden
door eiwit-eiwit interacties met regulatorische eiwitten
RNA splicing en editing:
RNA splicing:
Splicing: verwijderen van intronen en verbinden van de overblijvende exonen door het spliceosome complex
Cis-acting sequenties: 5’ splice donor (gu), branch site (a),
splice acceptor (ag)
1. 5’ splice donor gebonden aan branch site (vormt een lus) en geknipt
2. 3’ splice acceptor geknipt
3. Exon 1 aan exon 2 verbonden
Splice enhancers / suppressors: stimuleren / inhiberen splicing
➢ Cis acting regulatorische RNA
➢ 6 bp
Locatie: liggen dicht bij splice juncties exonisch / intronisch
Functie: beïnvloeden splice donor / acceptor en zorgen voor alternative splicing
= verschillende splicing patronen tussen weefsels
SD (splice donor) , SA (splice acceptor) , BS (branch site)
ESE (exonic splice enhancer) , ESS (exonic splice silencer)
ISE (intronic splice enhancer) , ISS(intronic splice silencer)
Alternatief splicen:
Alternatief splicen = variatie in intron-exon juncties
• Alternatieve donors (B) / acceptors (C)
• Exon skipping (D)
• Alternatieve exonen (E)
Isovormen: verschillende transcripten van 1 gen
→ weefselspecifiek / per ontwikkelingsstadium / verschil in cellulaire compartimenten / voor secretie
, CDKN2A gen: enig menselijk gen dat zich uitspreid over 2 leesramen (exon 2)
→ produceert zo 2 verschillende tumor supressor genen (p14 en p16)
Trans acting regulatorische eiwitten:
Functie: zorgt dat cellen sneller kunnen reageren op omgevingsstimuli door translatie te reguleren
➢ mRNA kan opgeslagen worden voor later gebruik
➢ mRNA translatie stilleggen
➢ mRNA stabiliteit aanpassen
Regulatie: zorgen voor een eiwit verandering zonder de mRNA productie aan te passen
ijzer opname:
Ferritine: hol complex dat een ijzerovermaat kan opslagen in de cel -> toxiciteit voorkomen
Transferrine: transporteert Fe uit het dieet
= ijzer bindende eiwitten
IRE: iron-respons element op mRNA van ferritine/transferrine waar IRE-binding protein
op kan binden om de mRNA translatie te reguleren
➢ Locatie: in de 5’ UTR van ferritine H-keten / 3’UTR van transferrine
IRE-binding protein: herkent hairpin structuur van mRNA
Veel ijzer: iron regulatory protein bindt ijzers waardoor het loskomt van IRE
en waardoor ferritine translatie geactiveerd wordt
Weinig ijzer: iron regulatory protein geactiveerd (zonder Fe) en bindt IRE waardoor ferritine translatie
geïnhibeerd wordt + bindt aan transferrine 3’ UTR en beschermt mRNA tegen degradatie
miRNA en miRNA sponzen:
miRNA = kleine RNA molecule dat genexpressie neerreguleren
door hydrolyse met complementaire sequenties in hun transcript
➢ 20-22 nucleotiden
➢ Vorm van RNAi
➢ 1000en miRNA’s in genoom
Functie: verhinderen translatie / verhogen afbraak van mRNA molecule
➢ 1 miRNA kan 100en genen reguleren
➢ 50% van eiwit coderende genen gereguleerd door miRNA
Binding miRNA: moeten een stabiel heteroduplex vormen maar er mogen mismatches zijn
(vooral eerste nucleotiden moeten overeenkomen)
➢ Binden meestal aan 3’ UTR bij zoogdieren
➢ 1 mRNA heeft vaak meerdere miRNA bindingsplaatsen bv PTEN tumor supressor gen
RNA interference:
RNAi: verdedigingsmechanisme van de cel tegen dubbelstrengig RNA
Dubbelstrengig RNA:
➢ Virussen: genereren dubbelstrengig RNA in geïnfecteerde cellen
➢ Transposons: (springend stuk DNA) dat actief is geworden en transcripten maakt van beide
DNA strengen
