Cell signalling = cell communication, TF: transcriptiefactor, ECM: extracellulaire matrix, PM: plasmamembraan
Samenvatting Molecular biology of the cell
1 Cells, genomes and the diversity of life
De bevruchte eicel bepaalt de aard van de meercellige organismen die zich daaruit zullen ontwikkelen:
• >2 miljoen beschreven soorten die vandaag de dag op aarde leven, er moeten er nog meer ontdekt
worden
• Organismen zijn buitengewoon divers: maar bestaan allemaal uit cellen
o Wat is er anders dan een tijger en een stuk zeewier of een vlinder en een boom?
• Alle levende wezens zijn gemaakt van cellen, de fundamentele eenheden van het leven
• Celbiologie:
o De studie van de structuur, functie en gedrag van cellen
o Doel: antwoorden zoeken op de vragen over wat leven is en hoe het werkt
De eicellen lijken op elkaar, maar ze vormen allemaal verschillende organisme
• Variëteit aan organisme ontstaan door:
o Verschil in DNA
o Mutaties, epigenetica
Eukaryoten cel bestaat uit:
• Kern/nucleus:
o Bestaat uit chromatine: actieve vorm van DNA in de
kern (bestaan uit chromosomen)
• Verschil tussen eukaryoten en prokaryoten?
o Bevat een kern, maar zonder kernmembraan/nucleaire
membraan
▪ Hierdoor is jet DNA vrij in de cel
DNA en bouwstenen
3 hoofddomeinen: eukaryotes, bacteria and archaea
• Darwin: wou organismen van de tree of life verbinden door
middel van hun morfologische eigenschappen
• Maar wilt niet zeggen dat ze genetisch hetzelfde zijn
• Oorspronkelijk is elk organisme afkomstig van dezelfde genetische code maar door verschillende
factoren (geografisch, genetisch etc.) zijn we uit elkaar gesplits
2 Cell Signalling
2.1 Principles of cell signalling
Evolutie:
• Bacteriën (single cell organismen) waren 2,5 miljard jaar aanwezig voor
eukaryoten (meercellige organismen) aanwezig
• Cellulaire invloed op het gedrag van andere cellen waren al aanwezig in
eencellige organismen
o Bijvoorbeeld: mating factor in de budding yeast (haploïd)
▪ Gistencellen communiceren met elkaar voordat er matig gebeurt
1
,Cell signalling = cell communication, TF: transcriptiefactor, ECM: extracellulaire matrix, PM: plasmamembraan
▪ Als gist klaar is om te maten secreteren ze mating factor om te communiceren met
de andere gisten
• Mating factor vrijgegeven: cellen met een tegenovergestelde mating type
stoppen met proliferatie en bereiden hun voor op mating
▪ Ze moeten tegenovergesteld polen zijn om te kunnen binden/paren
▪ Communicatie factor: potentieel ancestor voor cell singaling
o Door onderzoek uit te voeren kunnen cell signaling begrepen worden
Voorbeeld van singalering pathway: simpele signaling pathway
• Mating start
o Extracellulaire signaal moleculen bindt op receptor protein (receptor)
▪ Receptor protein bevindt zich op het plasmamembraan
▪ Doel receptor protein: pathway activeren
• Ligand bindt aan receptor → trigger conformationele wijziging
o Geeft een signaal door om intracellulaire signaal molecule, te activeren
▪ Er is een variatie tussen de intracellulaire signaal moleculen
o Intercellulaire signaal moleculen activeren target (effector) proteins/genen → zorgen voor
activatie van
▪ Metabolisch enzym
▪ Transcriptie regulatory protein
▪ Cytoskeletale proteïne
▪ Beweging,…
➔ Multicellular organisms communicate (also in unicellular organisms)
2.1.1 Extracellulaire signaalmoleculen
Extracellulaire signaalmoleculen:
• Extracellulaire Signaalmoleculen binden zich aan specifieke receptoren van de doelcel
o Signaalmoleculen = ligand
• Worden vrijgegeven door signaling cells
• Er bestaan verschillende types signaalmoleculen
• proteïne, kleine peptiden, hormonen (steroids), NO, AZ,….
o Werken bij lage concentraties (nmolar → < 10-8 M)
• Receptoren hebben een hoge affiniteit hiervoor
• Hoge affiniteit is nodig want anders gaan signaal moleculen overal binden
o Receptorbindingsplaats herkent enkel molecuul met hoge specificiteit (d.w.z. alleen om het
juiste signaal te ontvangen, niet voor vele andere waaraan ze worden blootgesteld)
• Receptorbindingsplaats is specifiek
• Voorbeeld: extracellulaire signaal moleculen dat bindt op receptor protein
2
,Cell signalling = cell communication, TF: transcriptiefactor, ECM: extracellulaire matrix, PM: plasmamembraan
• Binding van extracellulaire signaalmoleculen activeert verschillende intracellulaire signalen →
veranderen het gedrag van de cel (cellulaire response)
• Cellen van eukaryoten (meercellige organismen) gebruiken verschillende SOORTEN
signaalmoleculen
o Soorten signaalmoleculen
• Eiwitten, kleine peptiden (korte keten van AZ), aminozuren
• Nucleotiden, steroïden (hormonen), retinoïden, vetzuurderivaten
• Stikstofoxide (NO) en koolmonoxide (CO)
Extracellulaire Signaalmoleculen werken over korte of lange afstanden
• Contactafhankelijke signalering (ontwikkeling en immuunreacties)
• Langeafstandssignalering (d.w.z. zenuwcellen):
o bv. afstand tussen brein en andere gedeelte van het lichaam= communicatie via zenuwen
4 vormen van intracellulaire signalering:
1. Short distance action
a. Contact-dependent
b. Paracriene
2. Long distance action
a. Synaptic signaling
b. Endocrien signaling
2.1.1.1 Short vs long distance action
2.1.1.1.1 Short distance action
Actie op korte afstand:
• Contact-dependent: werking op een korte afstand
o Cel-cel contact: cellen moeten dicht tegen
elkaar zijn
• Paracriene signalering: werking op lange afstand
o Maakt gebruik van ‘lokale bemiddelaars’ om informatie van de signaalcel naar de doelcel te
sturen
▪ Heeft een intermediair nodig
o De signaalmoleculen komen vrij in de extracellulaire ruimte en werken in op naburige
cellen
▪ Signaal moleculen diffunderen in de dichtstbijzijnde cells
Verschil Contact-dependent en paracrien:
• Contact-dependent: directe interactie
o Signaling cell bindt op target cell om te communiceren
• Paracriene signaliering:
o Signaling cell geeft een lokale mediator vrij dat bindt op verschillende target cellen
o Enkel communicatie mogelijk op een korte afstand
2.1.1.1.2 Long distance action
2.1.1.1.2.1 Synaptic signalling
Synaptische signalering:
• Neuronen strekken zich ver uit
o Hierdoor kunnen ze contact maken met doelcellen over lange
afstanden en kunnen ze eindigen bij synapsen
o Neuron binden aan elkaar via synapsen (gaps tussen
neuronen) → typische voor NB
• Een neuron wordt geactiveerd door vrijgave stimuli (NT) van andere zenuwcellen
3
, Cell signalling = cell communication, TF: transcriptiefactor, ECM: extracellulaire matrix, PM: plasmamembraan
o Vervolgens wordt een elektrische impulsen langs het axon gestuurd
o Aan het einde van axon van de pre-synaptic cel ontstaat er een vrijgave van chemische
signalen (signalen = neurotransmitters)
o Elke neurotransmitter bindt op een specifiek receptor van de post-synaptische cel (target
cell)
▪ Neurotransmitter is specifieke voor de receptor → hebben een lage affiniteit
▪ Neuron kunnen binden op andere neurons en andere cellen
• De georganiseerde structuur van de synaps zorgt ervoor dat de neurotransmitter specifiek wordt
afgeleverd bij de receptoren op de postsynaptische doelcel
2.1.1.1.2.2 Endocrine signalling
Endocriene signalering: Voor signalering over lange afstanden
• Endocriene signalering is
o Is een signalering waarbij hormonen afgescheiden worden in de bloedbaan en dat door het
hele lichaam worden getransporteerd tot de target cell
• Is afhankelijk van endocriene cellen (1 hormoon kan verschillend effecten hebben)
o Kunnen invloed hebben verschillende processen/metabolische reacties
▪ Hormoon wordt gesecreteerd in een bepaald deel van het lichaam en heeft een
effect op een verschillende plaats
• Gedrag hormoon:
o Target cellen met specifieke receptoren
▪ Hormoon zal enkel binden op cel dat specifieke receptor bevat voor hormoon
o Signalering is traag (bloedstroom)
o Hormonen kunnen in zeer lage concentraties werken → plaats waar het moet werken is
zeer gevoelig aan de hormonen
2.1.1.2 Extracellular signal molecules bind to specific receptors
Extracellulaire signaal moleculen binden aan een specifieke receptoren:
• Er bestaan verschillende:
o Receptor
o Signaling moleculen
Soorten receptoren op cellen:
1. Cell-surface receptoren: receptor aanwezig op
membraan (trans-membraan receptor)
o Target cel heeft een receptor nodig op de membraan (ligand gaat niet in de cel)
▪ Receptor worden aangemaakt en gescreteerd via rough ER (RER)
o Intra- and extracellular gedeelte = hydrofiel
▪ Hydrofiele signal molecule bindt op receptor
o Transmembrane domain = hydrofoob
o Cell-surface receptor worden gebonden door wateroplosbare signaal moleclen
o Werkt als een amplificatie systeem (meestal)
▪ 1 signaal moleculen = 100 moleculen worden geactiveerd
o Bestaan uit 3 soorten klassen
▪ Ion-channel-coupled receptors
4
Samenvatting Molecular biology of the cell
1 Cells, genomes and the diversity of life
De bevruchte eicel bepaalt de aard van de meercellige organismen die zich daaruit zullen ontwikkelen:
• >2 miljoen beschreven soorten die vandaag de dag op aarde leven, er moeten er nog meer ontdekt
worden
• Organismen zijn buitengewoon divers: maar bestaan allemaal uit cellen
o Wat is er anders dan een tijger en een stuk zeewier of een vlinder en een boom?
• Alle levende wezens zijn gemaakt van cellen, de fundamentele eenheden van het leven
• Celbiologie:
o De studie van de structuur, functie en gedrag van cellen
o Doel: antwoorden zoeken op de vragen over wat leven is en hoe het werkt
De eicellen lijken op elkaar, maar ze vormen allemaal verschillende organisme
• Variëteit aan organisme ontstaan door:
o Verschil in DNA
o Mutaties, epigenetica
Eukaryoten cel bestaat uit:
• Kern/nucleus:
o Bestaat uit chromatine: actieve vorm van DNA in de
kern (bestaan uit chromosomen)
• Verschil tussen eukaryoten en prokaryoten?
o Bevat een kern, maar zonder kernmembraan/nucleaire
membraan
▪ Hierdoor is jet DNA vrij in de cel
DNA en bouwstenen
3 hoofddomeinen: eukaryotes, bacteria and archaea
• Darwin: wou organismen van de tree of life verbinden door
middel van hun morfologische eigenschappen
• Maar wilt niet zeggen dat ze genetisch hetzelfde zijn
• Oorspronkelijk is elk organisme afkomstig van dezelfde genetische code maar door verschillende
factoren (geografisch, genetisch etc.) zijn we uit elkaar gesplits
2 Cell Signalling
2.1 Principles of cell signalling
Evolutie:
• Bacteriën (single cell organismen) waren 2,5 miljard jaar aanwezig voor
eukaryoten (meercellige organismen) aanwezig
• Cellulaire invloed op het gedrag van andere cellen waren al aanwezig in
eencellige organismen
o Bijvoorbeeld: mating factor in de budding yeast (haploïd)
▪ Gistencellen communiceren met elkaar voordat er matig gebeurt
1
,Cell signalling = cell communication, TF: transcriptiefactor, ECM: extracellulaire matrix, PM: plasmamembraan
▪ Als gist klaar is om te maten secreteren ze mating factor om te communiceren met
de andere gisten
• Mating factor vrijgegeven: cellen met een tegenovergestelde mating type
stoppen met proliferatie en bereiden hun voor op mating
▪ Ze moeten tegenovergesteld polen zijn om te kunnen binden/paren
▪ Communicatie factor: potentieel ancestor voor cell singaling
o Door onderzoek uit te voeren kunnen cell signaling begrepen worden
Voorbeeld van singalering pathway: simpele signaling pathway
• Mating start
o Extracellulaire signaal moleculen bindt op receptor protein (receptor)
▪ Receptor protein bevindt zich op het plasmamembraan
▪ Doel receptor protein: pathway activeren
• Ligand bindt aan receptor → trigger conformationele wijziging
o Geeft een signaal door om intracellulaire signaal molecule, te activeren
▪ Er is een variatie tussen de intracellulaire signaal moleculen
o Intercellulaire signaal moleculen activeren target (effector) proteins/genen → zorgen voor
activatie van
▪ Metabolisch enzym
▪ Transcriptie regulatory protein
▪ Cytoskeletale proteïne
▪ Beweging,…
➔ Multicellular organisms communicate (also in unicellular organisms)
2.1.1 Extracellulaire signaalmoleculen
Extracellulaire signaalmoleculen:
• Extracellulaire Signaalmoleculen binden zich aan specifieke receptoren van de doelcel
o Signaalmoleculen = ligand
• Worden vrijgegeven door signaling cells
• Er bestaan verschillende types signaalmoleculen
• proteïne, kleine peptiden, hormonen (steroids), NO, AZ,….
o Werken bij lage concentraties (nmolar → < 10-8 M)
• Receptoren hebben een hoge affiniteit hiervoor
• Hoge affiniteit is nodig want anders gaan signaal moleculen overal binden
o Receptorbindingsplaats herkent enkel molecuul met hoge specificiteit (d.w.z. alleen om het
juiste signaal te ontvangen, niet voor vele andere waaraan ze worden blootgesteld)
• Receptorbindingsplaats is specifiek
• Voorbeeld: extracellulaire signaal moleculen dat bindt op receptor protein
2
,Cell signalling = cell communication, TF: transcriptiefactor, ECM: extracellulaire matrix, PM: plasmamembraan
• Binding van extracellulaire signaalmoleculen activeert verschillende intracellulaire signalen →
veranderen het gedrag van de cel (cellulaire response)
• Cellen van eukaryoten (meercellige organismen) gebruiken verschillende SOORTEN
signaalmoleculen
o Soorten signaalmoleculen
• Eiwitten, kleine peptiden (korte keten van AZ), aminozuren
• Nucleotiden, steroïden (hormonen), retinoïden, vetzuurderivaten
• Stikstofoxide (NO) en koolmonoxide (CO)
Extracellulaire Signaalmoleculen werken over korte of lange afstanden
• Contactafhankelijke signalering (ontwikkeling en immuunreacties)
• Langeafstandssignalering (d.w.z. zenuwcellen):
o bv. afstand tussen brein en andere gedeelte van het lichaam= communicatie via zenuwen
4 vormen van intracellulaire signalering:
1. Short distance action
a. Contact-dependent
b. Paracriene
2. Long distance action
a. Synaptic signaling
b. Endocrien signaling
2.1.1.1 Short vs long distance action
2.1.1.1.1 Short distance action
Actie op korte afstand:
• Contact-dependent: werking op een korte afstand
o Cel-cel contact: cellen moeten dicht tegen
elkaar zijn
• Paracriene signalering: werking op lange afstand
o Maakt gebruik van ‘lokale bemiddelaars’ om informatie van de signaalcel naar de doelcel te
sturen
▪ Heeft een intermediair nodig
o De signaalmoleculen komen vrij in de extracellulaire ruimte en werken in op naburige
cellen
▪ Signaal moleculen diffunderen in de dichtstbijzijnde cells
Verschil Contact-dependent en paracrien:
• Contact-dependent: directe interactie
o Signaling cell bindt op target cell om te communiceren
• Paracriene signaliering:
o Signaling cell geeft een lokale mediator vrij dat bindt op verschillende target cellen
o Enkel communicatie mogelijk op een korte afstand
2.1.1.1.2 Long distance action
2.1.1.1.2.1 Synaptic signalling
Synaptische signalering:
• Neuronen strekken zich ver uit
o Hierdoor kunnen ze contact maken met doelcellen over lange
afstanden en kunnen ze eindigen bij synapsen
o Neuron binden aan elkaar via synapsen (gaps tussen
neuronen) → typische voor NB
• Een neuron wordt geactiveerd door vrijgave stimuli (NT) van andere zenuwcellen
3
, Cell signalling = cell communication, TF: transcriptiefactor, ECM: extracellulaire matrix, PM: plasmamembraan
o Vervolgens wordt een elektrische impulsen langs het axon gestuurd
o Aan het einde van axon van de pre-synaptic cel ontstaat er een vrijgave van chemische
signalen (signalen = neurotransmitters)
o Elke neurotransmitter bindt op een specifiek receptor van de post-synaptische cel (target
cell)
▪ Neurotransmitter is specifieke voor de receptor → hebben een lage affiniteit
▪ Neuron kunnen binden op andere neurons en andere cellen
• De georganiseerde structuur van de synaps zorgt ervoor dat de neurotransmitter specifiek wordt
afgeleverd bij de receptoren op de postsynaptische doelcel
2.1.1.1.2.2 Endocrine signalling
Endocriene signalering: Voor signalering over lange afstanden
• Endocriene signalering is
o Is een signalering waarbij hormonen afgescheiden worden in de bloedbaan en dat door het
hele lichaam worden getransporteerd tot de target cell
• Is afhankelijk van endocriene cellen (1 hormoon kan verschillend effecten hebben)
o Kunnen invloed hebben verschillende processen/metabolische reacties
▪ Hormoon wordt gesecreteerd in een bepaald deel van het lichaam en heeft een
effect op een verschillende plaats
• Gedrag hormoon:
o Target cellen met specifieke receptoren
▪ Hormoon zal enkel binden op cel dat specifieke receptor bevat voor hormoon
o Signalering is traag (bloedstroom)
o Hormonen kunnen in zeer lage concentraties werken → plaats waar het moet werken is
zeer gevoelig aan de hormonen
2.1.1.2 Extracellular signal molecules bind to specific receptors
Extracellulaire signaal moleculen binden aan een specifieke receptoren:
• Er bestaan verschillende:
o Receptor
o Signaling moleculen
Soorten receptoren op cellen:
1. Cell-surface receptoren: receptor aanwezig op
membraan (trans-membraan receptor)
o Target cel heeft een receptor nodig op de membraan (ligand gaat niet in de cel)
▪ Receptor worden aangemaakt en gescreteerd via rough ER (RER)
o Intra- and extracellular gedeelte = hydrofiel
▪ Hydrofiele signal molecule bindt op receptor
o Transmembrane domain = hydrofoob
o Cell-surface receptor worden gebonden door wateroplosbare signaal moleclen
o Werkt als een amplificatie systeem (meestal)
▪ 1 signaal moleculen = 100 moleculen worden geactiveerd
o Bestaan uit 3 soorten klassen
▪ Ion-channel-coupled receptors
4
