HOORCOLLEGES
HOORCOLLEGE 0: INTROCOLLEGE
MEDICAL GENOMICS
Genomics: studie van gehele genoom (niet alleen humane) → zorgt voor implicaties voor
levenswetenschappen en medicijnen → medical genomics benadrukt aspecten van genomics met
relevantie voor geneeskunde/gezondheidszorg
Genetische diversiteit
- Speciation: in soortvorming
o Je behoort tot dezelfde soort wanneer je (onder natuurlijke
omstandigheden) samen kunt voortplanten en dit vruchtbare
nakomelingen oplevert
- Binnen een soort
o Erfelijkheid bepaald door
▪ Nature – genetisch bepaald
▪ Nurture – bepaald door leefomgeving
o Fysieke kenmerken en gedragingen verschillen
o Complexe trait: meerdere genen bij betrokken, niet monogenetisch
Wat kunnen we met genomics?
- Human genetic variation
- Genetic uniformity
- Disease models
Genome manipulatie technieken
Homologous gene targeting – variaties op het thema
- Wildtype allel bevat gen van interesse
- Knock-out = functie verwijderen → hoe gedraagt
allel zich als gen eruit is gehaald? = nul-allel: geen
functie meer, gen is weggehaald.
o Hoe gedraagt een null-allel als het
mendeliaans overerft? → recessief
- Knock-in = brengt verandering aan, gen van
interesse veranderen in mutatie = mutant-allel.
o Geen allel met compleet functievermogen, maar veranderd allel → bestuderen welk
effect bepaalde verandering veroorzaakt
- Conditional knock-out: aan beide kanten van gen van interesse iets toevoegen (loxP), doet
niks, tot toevoeging van enzym → alles tussenin wordt verwijderd = floxed allel
Forward genetics: selecteren van phenotype → zoeken naar onderliggende gen (genotype)
Reverse genetics: van genotype naar phenotype, beginnen met gen met onbekende functie →
bestuderen effecten genetische variatie in gen → functie (phenotype) verduidelijken
,HOORCOLLEGE 1: FUNDAMENTALS OF MOLECULAR GENETICS
Doelen van genomics
1) Voorspellen biologische informatie vanuit genomic DNA sequentie
2) Begrijpen eiwitfunctie en disfunctie
3) Opbouwen van metabolische map voor de cel, begrijpen van celfysiologie
4) Fundamenteel inzicht verkrijgen in adaptieve respons van cellen in reactie op veranderingen
in omgeving
WAT IS EEN GENOOM?
Genoom bevat alle biologische informatie die nodig is voor het bouwen en onderhouden van een
levend organisme
- Humaan genoom: 23x2 chromosomen, 3x109 nucleotide pairs
- Biologische informatie in genoom gecodeerd in dubbele helix keten = deoxyribonucleid acid
(DNA), onderverdeeld in units = genes
o Genen bevatten informatie voor het maken van functionele moleculen –
voornamelijk eiwitten
o Van gen naar eiwit in stappen
▪ Transcriptie
▪ Translatie
= genexpressie
- Fysieke structuur een eukaryotisch genoom
o DNA bevindt zich in de nucleus van een eukaryotische cel
▪ Los georganiseerd in structuur genaamd chromatine, bevat
• Euchromatine: lange vezels waar genen tot expressie komen
• Heterochromatine: inert, bevat rest van DNA
▪ Wanneer cel gaat delen → stoppen van transcriptie → chromatine
condenseert → verzameld in soort-specifieke structuur = chromosoom
o Chromosoom
▪ Opgebouwd uit DNA en eiwit
• Eiwit is een soort steiger waar het DNA omheen gewonden kan
worden: DNA heeft enorme lengte, maar moet in kernen geduwd
worden, opgerold → histon eiwit
DNA
Fundamenteel aan genetica is de opbouw van het DNA
Basen = functionele groepen van het DNA
- Purines
o Adenine (A)
o Guanine (G)
- Pyrimidines
o Cytosine (C)
o Thymine (T) → Uracil (U) in RNA
Samen met suikermolecuul = nucleoside
Suikermolecuul en fosfaatmolecuul = nucleotide
Base naam Nucleoside naam
Adenine Adenosine
Cytosine Cytidine
Guanine Guanosine
Thymine Thymidine
Toevoeging fosfaat = toevoeging van monofosfaat, difosfaat of trifosfaat achter nucleoside naam
,DNA keten verlenging
DNA breidt zich uit door individuele nucleotides aan elkaar te binden via phosphodiester bindingen
- Binding via fosfaat groep
- DNA keten chemisch verschil in uiteinden
o 5’-end bevat fosfaatgroep
o 3’-end bevat hydroxylgroep
- DNA synthetiseert van 5’ → 3’ directie
- DNA polymerisatie: 3’ uiteinde van DNA strand heeft losse OH, door condensatie wordt de H+
losgelaten → trifosfaat nucleotide laat difosfaat los → energie komt vrij → fosfaatgroep bindt
aan vrije O op 3’ uiteinde = chain extension – inbouw van nieuwe nucleotide
Base paren
DNA bestaat uit dubbelstrengs DNA in een coiled structuur – de dubbele helix
- Start van genomics: structuur van dubbele helix gevonden door Watson&Crick (1953)
- Ladder met treden van basen en suiker-fosfaat backbone
- Base-paring vindt plaats via waterstofbruggen
- Overliggende base-paren zijn complement
o Adenine met thymine (2 waterstofbruggen)
o Guanine met cytosine (3 waterstofbruggen)
→ altijd template voor andere strand → informatie DNA kopiëren
Gen sequenties en regulatoire sequenties
Belangrijkste regio’s DNA: structurele genen en
regulatoire sequenties
- Structurele genen: sequenties die coderen
voor eiwitten
o Gen is de fysieke en functionele
basiseenheid van overerving
o Gen bevat
▪ Begin met start codon
(meestal ATG)
▪ Open reading frame van aminozuur-coderende triplet codons
▪ Stopt met stopcodon (TGA, TAA, TAG)
o Verschillend tussen prokaryoten en eukaryoten
- Regulatoire sequenties: groep sequenties in genoom met belangrijk functies
o Indicators voor initiation site voor replicatie/recombinatie
o Landing sites voor eiwitten die genen aan en uit zetten
o Ook overgeërfd, maar niet aangeduid als genen
Genorganisatie
Prokaryoot Eukaryoot
DNA opgebouwd uit operonen: set genen die Enkele genen, zelfstandig
betrokken zijn bij vergelijkbare functie, onder Coderende onderdelen: exons
controle van 1 promotor Tussenliggende sequenties: introns
, Polycistronisch mRNA: codeert voor 2 of meer Monocistronisch mRNA: bevat genetische
eiwitten, meerdere ORFs die allemaal een eiwit informatie voor de translatie van één eiwit
transleren
Weinig RNA processing Veel RNA processing
Exons en introns beide getranscribeerd naar
mRNA, mRNA ondergaat (alternative) splicing →
verwijdering introns, samenvoeging exons,
toevoegen eigenschappen → mature mRNA
- Meerdere opties van splicing → andere
eiwitten = uit 1 gen meerdere eiwitten
gecodeerd
Ondergaat post-transcriptional modification
DNA in cytoplasma (want geen kern) DNA in nucleus
‘Central Dogma’ = genetische informatie gaat van DNA → RNA → eiwit
- Van DNA → RNA = transcriptie
- Van RNA → eiwit = translatie
TRANSCRIPTIE
Synthese van RNA vanuit DNA gebeurt onder leiding van het enzym RNA polymerase
1. Subunit van RNA polymerase stuurt molecuul naar initiation site door herkenning van
promotor sequence (DNA sequentie aan begin van gen) – unidirectionele sequentie op één
DNA strand, die vertelt waar RNA polymerase moet beginnen en welke kant op
2. RNA polymerase wikkelt dubbele helix uit elkaar
3. Begin synthese van RNA strand (sense/coding strand) complementair tot DNA strand
(antisense/template strand)
4. Synthese gaat door op unidirectionele wijze
5. Transcriptie stopt bij terminatie/stop signaal
6. Vrijlating van nascent – het nieuwe gevormde mRNA
TRANSLATIE
Kopieën van mRNA worden uit nucleus naar organelle
gebracht = ribosoom – eiwit fabriek van de cel
Ribosoom bevat
- Enzymen
- Support eiwitten
- RNA moleculen die chemische reacties mediëren
Transfer RNA (tRNA) brengt aminozuren van het cytoplasma
naar de groeiende eiwitketen, door het lezen van de 3-letter
code (triplet van 3 bases) in het mRNA = codon – de
genetische code = herkenningsplaats aminozuur
HOORCOLLEGE 0: INTROCOLLEGE
MEDICAL GENOMICS
Genomics: studie van gehele genoom (niet alleen humane) → zorgt voor implicaties voor
levenswetenschappen en medicijnen → medical genomics benadrukt aspecten van genomics met
relevantie voor geneeskunde/gezondheidszorg
Genetische diversiteit
- Speciation: in soortvorming
o Je behoort tot dezelfde soort wanneer je (onder natuurlijke
omstandigheden) samen kunt voortplanten en dit vruchtbare
nakomelingen oplevert
- Binnen een soort
o Erfelijkheid bepaald door
▪ Nature – genetisch bepaald
▪ Nurture – bepaald door leefomgeving
o Fysieke kenmerken en gedragingen verschillen
o Complexe trait: meerdere genen bij betrokken, niet monogenetisch
Wat kunnen we met genomics?
- Human genetic variation
- Genetic uniformity
- Disease models
Genome manipulatie technieken
Homologous gene targeting – variaties op het thema
- Wildtype allel bevat gen van interesse
- Knock-out = functie verwijderen → hoe gedraagt
allel zich als gen eruit is gehaald? = nul-allel: geen
functie meer, gen is weggehaald.
o Hoe gedraagt een null-allel als het
mendeliaans overerft? → recessief
- Knock-in = brengt verandering aan, gen van
interesse veranderen in mutatie = mutant-allel.
o Geen allel met compleet functievermogen, maar veranderd allel → bestuderen welk
effect bepaalde verandering veroorzaakt
- Conditional knock-out: aan beide kanten van gen van interesse iets toevoegen (loxP), doet
niks, tot toevoeging van enzym → alles tussenin wordt verwijderd = floxed allel
Forward genetics: selecteren van phenotype → zoeken naar onderliggende gen (genotype)
Reverse genetics: van genotype naar phenotype, beginnen met gen met onbekende functie →
bestuderen effecten genetische variatie in gen → functie (phenotype) verduidelijken
,HOORCOLLEGE 1: FUNDAMENTALS OF MOLECULAR GENETICS
Doelen van genomics
1) Voorspellen biologische informatie vanuit genomic DNA sequentie
2) Begrijpen eiwitfunctie en disfunctie
3) Opbouwen van metabolische map voor de cel, begrijpen van celfysiologie
4) Fundamenteel inzicht verkrijgen in adaptieve respons van cellen in reactie op veranderingen
in omgeving
WAT IS EEN GENOOM?
Genoom bevat alle biologische informatie die nodig is voor het bouwen en onderhouden van een
levend organisme
- Humaan genoom: 23x2 chromosomen, 3x109 nucleotide pairs
- Biologische informatie in genoom gecodeerd in dubbele helix keten = deoxyribonucleid acid
(DNA), onderverdeeld in units = genes
o Genen bevatten informatie voor het maken van functionele moleculen –
voornamelijk eiwitten
o Van gen naar eiwit in stappen
▪ Transcriptie
▪ Translatie
= genexpressie
- Fysieke structuur een eukaryotisch genoom
o DNA bevindt zich in de nucleus van een eukaryotische cel
▪ Los georganiseerd in structuur genaamd chromatine, bevat
• Euchromatine: lange vezels waar genen tot expressie komen
• Heterochromatine: inert, bevat rest van DNA
▪ Wanneer cel gaat delen → stoppen van transcriptie → chromatine
condenseert → verzameld in soort-specifieke structuur = chromosoom
o Chromosoom
▪ Opgebouwd uit DNA en eiwit
• Eiwit is een soort steiger waar het DNA omheen gewonden kan
worden: DNA heeft enorme lengte, maar moet in kernen geduwd
worden, opgerold → histon eiwit
DNA
Fundamenteel aan genetica is de opbouw van het DNA
Basen = functionele groepen van het DNA
- Purines
o Adenine (A)
o Guanine (G)
- Pyrimidines
o Cytosine (C)
o Thymine (T) → Uracil (U) in RNA
Samen met suikermolecuul = nucleoside
Suikermolecuul en fosfaatmolecuul = nucleotide
Base naam Nucleoside naam
Adenine Adenosine
Cytosine Cytidine
Guanine Guanosine
Thymine Thymidine
Toevoeging fosfaat = toevoeging van monofosfaat, difosfaat of trifosfaat achter nucleoside naam
,DNA keten verlenging
DNA breidt zich uit door individuele nucleotides aan elkaar te binden via phosphodiester bindingen
- Binding via fosfaat groep
- DNA keten chemisch verschil in uiteinden
o 5’-end bevat fosfaatgroep
o 3’-end bevat hydroxylgroep
- DNA synthetiseert van 5’ → 3’ directie
- DNA polymerisatie: 3’ uiteinde van DNA strand heeft losse OH, door condensatie wordt de H+
losgelaten → trifosfaat nucleotide laat difosfaat los → energie komt vrij → fosfaatgroep bindt
aan vrije O op 3’ uiteinde = chain extension – inbouw van nieuwe nucleotide
Base paren
DNA bestaat uit dubbelstrengs DNA in een coiled structuur – de dubbele helix
- Start van genomics: structuur van dubbele helix gevonden door Watson&Crick (1953)
- Ladder met treden van basen en suiker-fosfaat backbone
- Base-paring vindt plaats via waterstofbruggen
- Overliggende base-paren zijn complement
o Adenine met thymine (2 waterstofbruggen)
o Guanine met cytosine (3 waterstofbruggen)
→ altijd template voor andere strand → informatie DNA kopiëren
Gen sequenties en regulatoire sequenties
Belangrijkste regio’s DNA: structurele genen en
regulatoire sequenties
- Structurele genen: sequenties die coderen
voor eiwitten
o Gen is de fysieke en functionele
basiseenheid van overerving
o Gen bevat
▪ Begin met start codon
(meestal ATG)
▪ Open reading frame van aminozuur-coderende triplet codons
▪ Stopt met stopcodon (TGA, TAA, TAG)
o Verschillend tussen prokaryoten en eukaryoten
- Regulatoire sequenties: groep sequenties in genoom met belangrijk functies
o Indicators voor initiation site voor replicatie/recombinatie
o Landing sites voor eiwitten die genen aan en uit zetten
o Ook overgeërfd, maar niet aangeduid als genen
Genorganisatie
Prokaryoot Eukaryoot
DNA opgebouwd uit operonen: set genen die Enkele genen, zelfstandig
betrokken zijn bij vergelijkbare functie, onder Coderende onderdelen: exons
controle van 1 promotor Tussenliggende sequenties: introns
, Polycistronisch mRNA: codeert voor 2 of meer Monocistronisch mRNA: bevat genetische
eiwitten, meerdere ORFs die allemaal een eiwit informatie voor de translatie van één eiwit
transleren
Weinig RNA processing Veel RNA processing
Exons en introns beide getranscribeerd naar
mRNA, mRNA ondergaat (alternative) splicing →
verwijdering introns, samenvoeging exons,
toevoegen eigenschappen → mature mRNA
- Meerdere opties van splicing → andere
eiwitten = uit 1 gen meerdere eiwitten
gecodeerd
Ondergaat post-transcriptional modification
DNA in cytoplasma (want geen kern) DNA in nucleus
‘Central Dogma’ = genetische informatie gaat van DNA → RNA → eiwit
- Van DNA → RNA = transcriptie
- Van RNA → eiwit = translatie
TRANSCRIPTIE
Synthese van RNA vanuit DNA gebeurt onder leiding van het enzym RNA polymerase
1. Subunit van RNA polymerase stuurt molecuul naar initiation site door herkenning van
promotor sequence (DNA sequentie aan begin van gen) – unidirectionele sequentie op één
DNA strand, die vertelt waar RNA polymerase moet beginnen en welke kant op
2. RNA polymerase wikkelt dubbele helix uit elkaar
3. Begin synthese van RNA strand (sense/coding strand) complementair tot DNA strand
(antisense/template strand)
4. Synthese gaat door op unidirectionele wijze
5. Transcriptie stopt bij terminatie/stop signaal
6. Vrijlating van nascent – het nieuwe gevormde mRNA
TRANSLATIE
Kopieën van mRNA worden uit nucleus naar organelle
gebracht = ribosoom – eiwit fabriek van de cel
Ribosoom bevat
- Enzymen
- Support eiwitten
- RNA moleculen die chemische reacties mediëren
Transfer RNA (tRNA) brengt aminozuren van het cytoplasma
naar de groeiende eiwitketen, door het lezen van de 3-letter
code (triplet van 3 bases) in het mRNA = codon – de
genetische code = herkenningsplaats aminozuur
