HC 1 – regulatie van de genexpressie
De student kan…
…de mechanismen waarop de RNA-transcriptie, RNA-processing en RNA interferentie wordt
gereguleerd schematisch uitwerken aan de hand van een voorbeeld (analyseren);
Als je wilt dat iets reguleert kan dat op verschillende
manieren:
- Snel: negatieve feedback op enzymactiviteit,
hierdoor wordt de stof niet langer gemaakt (a)
- Langdurig: regulatie van enzymproductie door
regulatie genexpressie, er wordt de
hoeveelheid die nodig is gemaakt (b)
Er zijn veel stappen bij de genexpressie, die zie je in de
afbeelding hier links.
Genexpressie kan in alle stappen, van DNA tot actief eiwit, de
expressie ervan reguleren. Dus bij elke stap kan ingegrepen
worden voordat het enzym klaar is.
De mechanismen betrokken bij de regulatie van de
genexpressie worden epigenetische mechanismen genoemd.
1
,Chromatine modificatie (uitpakken van DNA)
Wanneer is een gen beschikbaar voor transcriptie en wanneer niet (zie plaatjes)?
Een histon is een eiwitpakketje waar DNA omheen is gewikkeld, aan de histonstaarten kun je groepjes
hangen:
Acetylering met acetyl (-CH3CO) aan histonstaarten zorgt ervoor dat de histonstaarten een andere
lading krijgen waardoor ze het DNA meer gaan afstoten. Hierdoor wordt het DNA ontrold uit de
chromatine en is het beschikbaar voor transcriptie.
Methylering met methyl (-CH3) aan histonstaarten of aan cytosine in het DNA. Dit zorgt ervoor dat het
verschil in lading tussen het DNA en de histone groter wordt. DNA is negatief en de histone zijn
positief geladen. Als het verschil groter wordt, trekken ze dus nog strakker naar elkaar toe. De
chromatine rolt hierdoor harder op.
Fosforylering met fosfaat (-PO43-) aan histonstaarten. Fosfaat brengt de methylering ten einde.
Bij geslachtscelvorming wordt de meeste methylering opgeheven. Het DNA wordt “gereset”
Maar niet altijd: De overblijvende methylering is een voorbeeld van genomische inprenting. De
markering is dan epigenetisch overerfbaar.
Als je minder DNA methylering hebt zorgt dit voor een slechtere groei. Ook zorgt dit voor minder
metabolisme, minder groei, kleinere nakomelingen etc.
2
,Transcriptionele regulatie bij prokaryoten
De transcriptie vindt plaats met behulp van RNA polymerase, je hebt hierbij een aantal begeleidende
eiwitten (transcriptie factor). Die zorgen ervoor dat RNA polymerase II kan binden en transcriptie kan
plaatsvinden. Deze DNA-bindingseiwitten binden altijd aan DNA met een specifieke
nucleotidevolgorde (bijvoorbeeld de TATA-box).
Een transcriptiefactor heeft een symmetrische vorm die aan
stukken DNA hecht. Als je naar de nucleotidevolgorde gaat
kijken, krijg je zogenaamde ‘Inverted repeats’. Op de ene streng
heb je een bepaalde nucleotide volgorde die je op de andere
streng ook ziet. Alleen andersom wat 5’-3’is ook andersom.
Dat symmetrische eiwit (transcriptiefactor) kan dan ook precies
op dezelfde stukken DNA binden, maar dan net andersom.
Hierdoor kun je aan de nucleotidevolgorde herkennen of
bepaalde plekken bedoeld zijn als aanhechtingsplaatsen.
Een bindingseiwit zorgt uiteindelijk voor een reactie op het DNA.
Bijvoorbeeld bij transcriptie met RNA polymerease of het
blokkeert de transcriptie en houdt juist RNA polymerase tegen.
3
, Negatieve controle van transcriptie door repressie (er vindt een blokkering plaats)
Dus bij een blokkering van transcriptie, spreek je altijd van repressie.
Negative control: a mechanism for regulating gene expression in which a repressor protein prevents
transcription. -> Onderdrukken van transcriptie met behulp van een repressor die aan het DNA bindt.
Repression: prevention of the synthesis of an enzyme in response to a signal. -> Repressie onderdrukt
het maken van een enzym.
Dit voorbeeld is van een bacterie. Je ziet een promoter, hier kan RNA polymerase aan binden.
Je hebt een regelgen (trpR), die transcribeert mRNA en dat wordt omgezet in een eiwit. Dit eiwit is een
inactieve repressor en kan dus niet binden aan de operator van de promoter. Een promoter heeft
twee delen, een deel waar RNA polymerase aan kan binden en een operator deel. Doordat de
repressor inactief is, kan het niet binden aan de operator en RNA polymerase kan dus gewoon
transcriberen. Dit lijdt tot een mRNA keten dat bestaat uit een vijftal genen met tussendoor steeds
een start- en een stopcodon. Dit wordt getransleerd tot een aantal eiwitten, die weer zorgen voor de
aanmaak van Tryptophan.
De repressor die inactief is, kan geactiveerd worden met een co-repressor. De Co-repressor is in dit
geval de stof die wordt aangemaakt door de enzymen (Tryptophan). Die helpt de inactieve repressor
te activeren. De actieve repressor komt nu op de
operator terecht en blokkeert RNA polymerase.
4
De student kan…
…de mechanismen waarop de RNA-transcriptie, RNA-processing en RNA interferentie wordt
gereguleerd schematisch uitwerken aan de hand van een voorbeeld (analyseren);
Als je wilt dat iets reguleert kan dat op verschillende
manieren:
- Snel: negatieve feedback op enzymactiviteit,
hierdoor wordt de stof niet langer gemaakt (a)
- Langdurig: regulatie van enzymproductie door
regulatie genexpressie, er wordt de
hoeveelheid die nodig is gemaakt (b)
Er zijn veel stappen bij de genexpressie, die zie je in de
afbeelding hier links.
Genexpressie kan in alle stappen, van DNA tot actief eiwit, de
expressie ervan reguleren. Dus bij elke stap kan ingegrepen
worden voordat het enzym klaar is.
De mechanismen betrokken bij de regulatie van de
genexpressie worden epigenetische mechanismen genoemd.
1
,Chromatine modificatie (uitpakken van DNA)
Wanneer is een gen beschikbaar voor transcriptie en wanneer niet (zie plaatjes)?
Een histon is een eiwitpakketje waar DNA omheen is gewikkeld, aan de histonstaarten kun je groepjes
hangen:
Acetylering met acetyl (-CH3CO) aan histonstaarten zorgt ervoor dat de histonstaarten een andere
lading krijgen waardoor ze het DNA meer gaan afstoten. Hierdoor wordt het DNA ontrold uit de
chromatine en is het beschikbaar voor transcriptie.
Methylering met methyl (-CH3) aan histonstaarten of aan cytosine in het DNA. Dit zorgt ervoor dat het
verschil in lading tussen het DNA en de histone groter wordt. DNA is negatief en de histone zijn
positief geladen. Als het verschil groter wordt, trekken ze dus nog strakker naar elkaar toe. De
chromatine rolt hierdoor harder op.
Fosforylering met fosfaat (-PO43-) aan histonstaarten. Fosfaat brengt de methylering ten einde.
Bij geslachtscelvorming wordt de meeste methylering opgeheven. Het DNA wordt “gereset”
Maar niet altijd: De overblijvende methylering is een voorbeeld van genomische inprenting. De
markering is dan epigenetisch overerfbaar.
Als je minder DNA methylering hebt zorgt dit voor een slechtere groei. Ook zorgt dit voor minder
metabolisme, minder groei, kleinere nakomelingen etc.
2
,Transcriptionele regulatie bij prokaryoten
De transcriptie vindt plaats met behulp van RNA polymerase, je hebt hierbij een aantal begeleidende
eiwitten (transcriptie factor). Die zorgen ervoor dat RNA polymerase II kan binden en transcriptie kan
plaatsvinden. Deze DNA-bindingseiwitten binden altijd aan DNA met een specifieke
nucleotidevolgorde (bijvoorbeeld de TATA-box).
Een transcriptiefactor heeft een symmetrische vorm die aan
stukken DNA hecht. Als je naar de nucleotidevolgorde gaat
kijken, krijg je zogenaamde ‘Inverted repeats’. Op de ene streng
heb je een bepaalde nucleotide volgorde die je op de andere
streng ook ziet. Alleen andersom wat 5’-3’is ook andersom.
Dat symmetrische eiwit (transcriptiefactor) kan dan ook precies
op dezelfde stukken DNA binden, maar dan net andersom.
Hierdoor kun je aan de nucleotidevolgorde herkennen of
bepaalde plekken bedoeld zijn als aanhechtingsplaatsen.
Een bindingseiwit zorgt uiteindelijk voor een reactie op het DNA.
Bijvoorbeeld bij transcriptie met RNA polymerease of het
blokkeert de transcriptie en houdt juist RNA polymerase tegen.
3
, Negatieve controle van transcriptie door repressie (er vindt een blokkering plaats)
Dus bij een blokkering van transcriptie, spreek je altijd van repressie.
Negative control: a mechanism for regulating gene expression in which a repressor protein prevents
transcription. -> Onderdrukken van transcriptie met behulp van een repressor die aan het DNA bindt.
Repression: prevention of the synthesis of an enzyme in response to a signal. -> Repressie onderdrukt
het maken van een enzym.
Dit voorbeeld is van een bacterie. Je ziet een promoter, hier kan RNA polymerase aan binden.
Je hebt een regelgen (trpR), die transcribeert mRNA en dat wordt omgezet in een eiwit. Dit eiwit is een
inactieve repressor en kan dus niet binden aan de operator van de promoter. Een promoter heeft
twee delen, een deel waar RNA polymerase aan kan binden en een operator deel. Doordat de
repressor inactief is, kan het niet binden aan de operator en RNA polymerase kan dus gewoon
transcriberen. Dit lijdt tot een mRNA keten dat bestaat uit een vijftal genen met tussendoor steeds
een start- en een stopcodon. Dit wordt getransleerd tot een aantal eiwitten, die weer zorgen voor de
aanmaak van Tryptophan.
De repressor die inactief is, kan geactiveerd worden met een co-repressor. De Co-repressor is in dit
geval de stof die wordt aangemaakt door de enzymen (Tryptophan). Die helpt de inactieve repressor
te activeren. De actieve repressor komt nu op de
operator terecht en blokkeert RNA polymerase.
4
