Nucleus-genoom 3D organisatie 26/10
Genregulatie complexe organismen
1. Nucleaire compartimentalisatie
Waarom is dit nodig? Hoe is dit gekomen in de evolutie?
2. Nuclearize fluidities: chromatine fase separatie
De nucleus is geen aquarium, maar een gesofisticeerd magazijn met moleculen. Om deze op de juiste plaats te
krijgen zijn er biochemische mechanismen nodig die afhankelijk zijn van de nucleaire fluïditeit (bv. verschil in
stroming van water VS lava). Dit is afhankelijk van de omgeving waarin chromatine eiwitten zich bevinden.
3. Genoom opvouwing 3D: TADs, LADs
Genoom organisatie: genen werken niet in een cel als een lineaire draad maar als een gesofisticeerd machine in
3D. Er is coördinatie van genregulatie tussen verschillende genen (chromosomen maken contact met elkaar).
Hoe kan je dit bestuderen in de cel?
Nucleaire compartimentalisatie
Waarom zo’n ingewikkelde nucleaire architectuur? Tijdens de evolutie is het genetisch materiaal sterk
toegenomen om zich te kunnen aanpassen aan de omgeving. Dit maakt ons meer kwetsbaar want ons DNA is
onderhevig aan bv. UV, chemische stress,….
Voordeel:
Architectuur biedt een berschermingsschild tegen schadelijke invloeden van buitenaf
25k genen moeten we gereguleerd krijgen en dit is makkelijker als we verschillende compartimenten
hebben die processen zullen bundelen
Op het eerste zicht lijkt deze figuur een kom vol met
random spaghetti. In tegenstelling tot wat we werkelijk
zien is het sterk gereguleerd en zijn er verschillende
niveaus van organisatie:
Helix (eenvoudigste manier, DNA)
Chromatine regulatie (histoneiwitten, histonen zijn verantwoordelijk voor het oprollen of ontrollen) ->
vorming van lussen (enhancer domeinen die grote gebieden in de chromosomen kunnen controleren)
Topological activated domeinen: een aantal van de lussen zijn ook nog cogereguleerd in een gebied van
de kern
Lamine geassocieerde domeinen: kern is afgeschermd door nucleaire lamine eiwitten die contact
maken met chromatine en heterochromatine eiwitten die onze chromosomen gaan verankeren:
verschillende kleuren (nucleosomen die ergens gestockeerd zijn via een bepaald lamine adres)
o Deze LADs kunnen zich nog groeperen in transcriptie factories waarbij genen die dezelfde
transcriptiefactor-bindingsplaatsen hebben kunnen gecoördineerd worden
, Het genoom zal zich tijdsgebonden reorganiseren
Wanneer men bv. een stamcel wil laten differentiëren zijn er verschillende differentiatieprocessen nodig. Dit
zal gebeuren in functie van de tijd.
Chromosomen kunnen gevisualiseerd worden in territoria/ transcription factories
Om gebieden (transcription factories) samen te krijgen zijn er verschillende densiteiten in de kern nodig. Soms
is er een slijmerige omgeving, waarin de lussen terecht kunnen en ze daarin ontvouwen of net compacter
worden.
De difussiesnelheid van transcriptiefactoren of niet-coderende RNA’s of eiwitten in die transcription factories is
anders dan op andere plaatsen.
Nucleaire fluïditeit: fase-separatie door chromatineveranderingen
Chromatinestructuur regelt faseveranderingen in fluïditeit
Lijkt alsof we onze chromosomen in lussen verpakken in kleine emulsies om deze in
kleine gebieden te organiseren: zo kan elk gebied een bepaald biochemisch proces
gaan reguleren. Verschillen in fluïditeit is ook mitochondriaal en in bacteriën
aanwezig.
Een genoomorganisatie/ chromatineorganisatie van het genoom draagt bij aan de
slijmerigheid van de lussen en bepaald of transcriptiefactoren wel of niet in ons DNA
naar binnen kunnen diffunderen om genen aan of af te zetten.
Faseveranderingen in onze nucleus hebben iets te maken met de stroperigheid/
fluïditeit waarin moleculen kunnen bewegen.
Chromatinestructuur regelt faseveranderingen in nucleaire fluïditeit
Er zijn een heleboel soorten van speckles in de nucleus die allemaal hun eigen
identiteit van fluïditeit hebben of van eiwitten die daarin zitten. Voorbeelden van
speckles zijn: nucleolus, polymerase factory, RNApolymerase 3 factory, cajal bodies,
paraspeckles
Sommige van die speckles worden alleen gevormd bij een bepaalde soort stress,
differentiatietoestand of bij een bepaalde ouderdom,….
In het laboratorium van Prof. De Vos wordt er onderzoek gedaan naar de morfologie van nucleaire enveloppe
eiwitten, anders gezegd naar de nucleaire morfologie. Men bestudeert via immunofluorescentie welke
veranderingen in de architectuur noodzakelijk zijn om alle biologische processen te kunnen laten doorgaan.
Net zoals we een cytoskelet hebben, hebben we ook filamenten in de nucleus die gekoppeld zijn aan de lamine
eiwitten, aan de nucleaire membraan wat van belang is bij mechanosensing. Als je op een cel duwt of aan een
cel trekt, zal het volume, de fluïditeit, van de nucleus vervormen. Dit gaat reguleren in een andere viscositeit en
ook in andere genen die aan of afgeschakeld worden.
2
Genregulatie complexe organismen
1. Nucleaire compartimentalisatie
Waarom is dit nodig? Hoe is dit gekomen in de evolutie?
2. Nuclearize fluidities: chromatine fase separatie
De nucleus is geen aquarium, maar een gesofisticeerd magazijn met moleculen. Om deze op de juiste plaats te
krijgen zijn er biochemische mechanismen nodig die afhankelijk zijn van de nucleaire fluïditeit (bv. verschil in
stroming van water VS lava). Dit is afhankelijk van de omgeving waarin chromatine eiwitten zich bevinden.
3. Genoom opvouwing 3D: TADs, LADs
Genoom organisatie: genen werken niet in een cel als een lineaire draad maar als een gesofisticeerd machine in
3D. Er is coördinatie van genregulatie tussen verschillende genen (chromosomen maken contact met elkaar).
Hoe kan je dit bestuderen in de cel?
Nucleaire compartimentalisatie
Waarom zo’n ingewikkelde nucleaire architectuur? Tijdens de evolutie is het genetisch materiaal sterk
toegenomen om zich te kunnen aanpassen aan de omgeving. Dit maakt ons meer kwetsbaar want ons DNA is
onderhevig aan bv. UV, chemische stress,….
Voordeel:
Architectuur biedt een berschermingsschild tegen schadelijke invloeden van buitenaf
25k genen moeten we gereguleerd krijgen en dit is makkelijker als we verschillende compartimenten
hebben die processen zullen bundelen
Op het eerste zicht lijkt deze figuur een kom vol met
random spaghetti. In tegenstelling tot wat we werkelijk
zien is het sterk gereguleerd en zijn er verschillende
niveaus van organisatie:
Helix (eenvoudigste manier, DNA)
Chromatine regulatie (histoneiwitten, histonen zijn verantwoordelijk voor het oprollen of ontrollen) ->
vorming van lussen (enhancer domeinen die grote gebieden in de chromosomen kunnen controleren)
Topological activated domeinen: een aantal van de lussen zijn ook nog cogereguleerd in een gebied van
de kern
Lamine geassocieerde domeinen: kern is afgeschermd door nucleaire lamine eiwitten die contact
maken met chromatine en heterochromatine eiwitten die onze chromosomen gaan verankeren:
verschillende kleuren (nucleosomen die ergens gestockeerd zijn via een bepaald lamine adres)
o Deze LADs kunnen zich nog groeperen in transcriptie factories waarbij genen die dezelfde
transcriptiefactor-bindingsplaatsen hebben kunnen gecoördineerd worden
, Het genoom zal zich tijdsgebonden reorganiseren
Wanneer men bv. een stamcel wil laten differentiëren zijn er verschillende differentiatieprocessen nodig. Dit
zal gebeuren in functie van de tijd.
Chromosomen kunnen gevisualiseerd worden in territoria/ transcription factories
Om gebieden (transcription factories) samen te krijgen zijn er verschillende densiteiten in de kern nodig. Soms
is er een slijmerige omgeving, waarin de lussen terecht kunnen en ze daarin ontvouwen of net compacter
worden.
De difussiesnelheid van transcriptiefactoren of niet-coderende RNA’s of eiwitten in die transcription factories is
anders dan op andere plaatsen.
Nucleaire fluïditeit: fase-separatie door chromatineveranderingen
Chromatinestructuur regelt faseveranderingen in fluïditeit
Lijkt alsof we onze chromosomen in lussen verpakken in kleine emulsies om deze in
kleine gebieden te organiseren: zo kan elk gebied een bepaald biochemisch proces
gaan reguleren. Verschillen in fluïditeit is ook mitochondriaal en in bacteriën
aanwezig.
Een genoomorganisatie/ chromatineorganisatie van het genoom draagt bij aan de
slijmerigheid van de lussen en bepaald of transcriptiefactoren wel of niet in ons DNA
naar binnen kunnen diffunderen om genen aan of af te zetten.
Faseveranderingen in onze nucleus hebben iets te maken met de stroperigheid/
fluïditeit waarin moleculen kunnen bewegen.
Chromatinestructuur regelt faseveranderingen in nucleaire fluïditeit
Er zijn een heleboel soorten van speckles in de nucleus die allemaal hun eigen
identiteit van fluïditeit hebben of van eiwitten die daarin zitten. Voorbeelden van
speckles zijn: nucleolus, polymerase factory, RNApolymerase 3 factory, cajal bodies,
paraspeckles
Sommige van die speckles worden alleen gevormd bij een bepaalde soort stress,
differentiatietoestand of bij een bepaalde ouderdom,….
In het laboratorium van Prof. De Vos wordt er onderzoek gedaan naar de morfologie van nucleaire enveloppe
eiwitten, anders gezegd naar de nucleaire morfologie. Men bestudeert via immunofluorescentie welke
veranderingen in de architectuur noodzakelijk zijn om alle biologische processen te kunnen laten doorgaan.
Net zoals we een cytoskelet hebben, hebben we ook filamenten in de nucleus die gekoppeld zijn aan de lamine
eiwitten, aan de nucleaire membraan wat van belang is bij mechanosensing. Als je op een cel duwt of aan een
cel trekt, zal het volume, de fluïditeit, van de nucleus vervormen. Dit gaat reguleren in een andere viscositeit en
ook in andere genen die aan of afgeschakeld worden.
2
