Chapter 4 DNA, Chromosomes and Genomes
Nucleotide: 5C suiker, stikstofhoudende base en één of meer fosfaatgroepen.
Nucleoside: 5C suiker en stikstofhoudende base.
Basenparingen
A = T (adenine, thymine) en G ≡ C (guanine, cytosine) kunnen alleen op deze manier basenparen als
de DNA strengen antiparallel lopen. Dit resulteert in complementariteit.
Nucleus
Bijna al het DNA in een cel is opgeslagen in de nucleus (≈10% celvolume), die omringd is door een
nuclear envelope (twee lipid bilayer membranen) waarin poriën voorkomen. De nuclear envelope is
direct gekoppeld aan het membraan van het endoplasmatisch reticulum en wordt ondersteund door
de nuclear lamina (intermediaire filamenten) -> compartimentalisatie. De nucleolus ligt in de kern en
is een gecondenseerd gebied waarin de synthese van ribosomaal RNA plaatsvindt.
Chromatine: complex van DNA en eiwit.
Heterochromatine: minder actief/inactief DNA, geconcentreerd aan de rand van de kern.
Euchromatine: minder gecondenseerd; actief DNA.
Homologe chromosomen: elke cel bevat twee kopieën van elk chromosoom, één van beide ouders.
Alleen de seks chromosomen zijn niet homoloog -> elke cel 46 chromosomen.
Karyotypering
FISH: synthetisch DNA gekoppeld aan fluorescente kleur, hybridiseert met complementaire delen in
het chromosoom (na denaturatie) -> tijdens mitose: compact.
Giemsakleuring: klassieke ‘kleuring’ waarbij een kleurstof bindt aan AT-rijke gebieden. Hierdoor
ontstaat er een bandenpatroon. Rode ‘knopjes’ indiceren de ligging van genen voor grote ribosomale
RNA’s (chromosoom 13, 14, 15, 21 en 22) -> beginstadium mitose: niet helemaal compact.
Chromosomen
Origin of replication (ori): locatie in het chromosoom waar duplicatie begint. Eukaryotische
chromosomen bevatten meerdere ori’s zodat de duplicatie snel verloopt.
Centromeer: een eiwit (kinetochore) vormt bij het centromeer en bindt het gedupliceerde
chromosoom aan de mitotische spindle.
Telomeren: bevatten herhaalde nucleotiden sequenties, waardoor het einde van de chromosomen
efficiënt gerepliceerd kan worden. Daarnaast beschermt het telomeer het uiteinde van het
chromosoom.
Histonen: eiwitten die DNA binden en eukaryote chromosomen vormen. Acht histoneiwitten (4
dimeren) vormen een eiwitkern waar omheen DNA twee keer is gewikkeld, en zo een nucleosoom
vormt. Aan elk histon zitten twee ‘staarten’ -> Oud DNA: linker sequenties breken af tussen
nucleosomen (20 tot 80 bp lang).
H1: 5e histon, hoort niet bij het nucleosoom. Bindt ongeveer 20 bp en houdt nucleosoom in stand;
speelt ook een rol bij het inpakken van nucleosomen tot een 30 nm vezel.
ATP-dependent chromatine remodeling complex: bindt zowel de eiwitkern als het DNA, met behulp
van energie afkomstig van ATP hydrolyse beweegt dit complex het DNA relatief t.o.v. van de
eiwitkern. Na meerdere hydrolyse reacties kan het complex nucleosome sliding katalyseren, waarbij
de eiwitkern langs het DNA geschoven wordt -> beschikbaar maken DNA voor andere eiwitten.
Samenwerking met negatief geladen histon chaperones: H2A-H2B dimeren vervangen door variant of
verwijderen van histon octameer in zijn geheel (en evt. vervangen).
1
, Histon modificaties
Acetylering: arginine en lysine hebben een positief geladen zijgroep (NH3+) die geacetyleerd kan
worden -> positieve lading verdwijnt. DNA wordt hierdoor vrijgemaakt -> verhoogde genexpressie.
Specifieke lysines worden geacetyleerd door Histone Acetyl Transferases (HAT’s) en verwijderd door
Histone Deacetylase Complexes (HDAC’s).
(Mono)methylering, dimethylering en trimethylering: respectievelijk substitutie van één, twee of
drie methylgroepen aan een vrije aminogroep (zoals in lysine en arginine). Silencing en
heterochromatine formatie.
Fosforylering: serine, threonine en tyrosine (-OH in restgroep; wordt vervangen door fosfaat).
Ubiquitinylering
Sumoylering
Reader-writer complex
Lezen modificaties en zorgen ervoor dat de modificaties uitbreidt. Modificatie toestand wordt
gestabiliseerd in een gebied -> ATP afhankelijk.
Barrières nodig: insulators (bijvoorbeeld hechting aan kernmembraan). Anders gaat dit proces
oneindig door: reader-writer complex wordt binnen bepaald gebied gehouden en scheiden eu- en
heterochromatine.
DNA modificaties
Methylering van cytosine: veel in promotoren. DNA wordt inactiever -> CG eilandjes. Na replicatie
hebben nieuwe strengen in dochtercellen nog geen methylering. Methylerende enzymen herkennen
half gemethyleerd DNA en zullen de overkant ook methyleren.
Barr body: één X chromosoom bij vrouwen wordt geïnactiveerd (vroeg in de ontwikkeling).
Willekeurig proces (DNA én histonmethylering) en erfelijk.
Lapjeskat: vlekcellen zijn afkomstig van één cel: in verschillende gebieden verschillend X
chromosoom uitgeschakeld.
Tijdens het maken van voortplantingscellen worden alle modificaties verwijderd. Er zijn echter
aanwijzingen dat epigenetische modificaties weldegelijk op een bepaalde manier overdraagbaar zijn.
2
Nucleotide: 5C suiker, stikstofhoudende base en één of meer fosfaatgroepen.
Nucleoside: 5C suiker en stikstofhoudende base.
Basenparingen
A = T (adenine, thymine) en G ≡ C (guanine, cytosine) kunnen alleen op deze manier basenparen als
de DNA strengen antiparallel lopen. Dit resulteert in complementariteit.
Nucleus
Bijna al het DNA in een cel is opgeslagen in de nucleus (≈10% celvolume), die omringd is door een
nuclear envelope (twee lipid bilayer membranen) waarin poriën voorkomen. De nuclear envelope is
direct gekoppeld aan het membraan van het endoplasmatisch reticulum en wordt ondersteund door
de nuclear lamina (intermediaire filamenten) -> compartimentalisatie. De nucleolus ligt in de kern en
is een gecondenseerd gebied waarin de synthese van ribosomaal RNA plaatsvindt.
Chromatine: complex van DNA en eiwit.
Heterochromatine: minder actief/inactief DNA, geconcentreerd aan de rand van de kern.
Euchromatine: minder gecondenseerd; actief DNA.
Homologe chromosomen: elke cel bevat twee kopieën van elk chromosoom, één van beide ouders.
Alleen de seks chromosomen zijn niet homoloog -> elke cel 46 chromosomen.
Karyotypering
FISH: synthetisch DNA gekoppeld aan fluorescente kleur, hybridiseert met complementaire delen in
het chromosoom (na denaturatie) -> tijdens mitose: compact.
Giemsakleuring: klassieke ‘kleuring’ waarbij een kleurstof bindt aan AT-rijke gebieden. Hierdoor
ontstaat er een bandenpatroon. Rode ‘knopjes’ indiceren de ligging van genen voor grote ribosomale
RNA’s (chromosoom 13, 14, 15, 21 en 22) -> beginstadium mitose: niet helemaal compact.
Chromosomen
Origin of replication (ori): locatie in het chromosoom waar duplicatie begint. Eukaryotische
chromosomen bevatten meerdere ori’s zodat de duplicatie snel verloopt.
Centromeer: een eiwit (kinetochore) vormt bij het centromeer en bindt het gedupliceerde
chromosoom aan de mitotische spindle.
Telomeren: bevatten herhaalde nucleotiden sequenties, waardoor het einde van de chromosomen
efficiënt gerepliceerd kan worden. Daarnaast beschermt het telomeer het uiteinde van het
chromosoom.
Histonen: eiwitten die DNA binden en eukaryote chromosomen vormen. Acht histoneiwitten (4
dimeren) vormen een eiwitkern waar omheen DNA twee keer is gewikkeld, en zo een nucleosoom
vormt. Aan elk histon zitten twee ‘staarten’ -> Oud DNA: linker sequenties breken af tussen
nucleosomen (20 tot 80 bp lang).
H1: 5e histon, hoort niet bij het nucleosoom. Bindt ongeveer 20 bp en houdt nucleosoom in stand;
speelt ook een rol bij het inpakken van nucleosomen tot een 30 nm vezel.
ATP-dependent chromatine remodeling complex: bindt zowel de eiwitkern als het DNA, met behulp
van energie afkomstig van ATP hydrolyse beweegt dit complex het DNA relatief t.o.v. van de
eiwitkern. Na meerdere hydrolyse reacties kan het complex nucleosome sliding katalyseren, waarbij
de eiwitkern langs het DNA geschoven wordt -> beschikbaar maken DNA voor andere eiwitten.
Samenwerking met negatief geladen histon chaperones: H2A-H2B dimeren vervangen door variant of
verwijderen van histon octameer in zijn geheel (en evt. vervangen).
1
, Histon modificaties
Acetylering: arginine en lysine hebben een positief geladen zijgroep (NH3+) die geacetyleerd kan
worden -> positieve lading verdwijnt. DNA wordt hierdoor vrijgemaakt -> verhoogde genexpressie.
Specifieke lysines worden geacetyleerd door Histone Acetyl Transferases (HAT’s) en verwijderd door
Histone Deacetylase Complexes (HDAC’s).
(Mono)methylering, dimethylering en trimethylering: respectievelijk substitutie van één, twee of
drie methylgroepen aan een vrije aminogroep (zoals in lysine en arginine). Silencing en
heterochromatine formatie.
Fosforylering: serine, threonine en tyrosine (-OH in restgroep; wordt vervangen door fosfaat).
Ubiquitinylering
Sumoylering
Reader-writer complex
Lezen modificaties en zorgen ervoor dat de modificaties uitbreidt. Modificatie toestand wordt
gestabiliseerd in een gebied -> ATP afhankelijk.
Barrières nodig: insulators (bijvoorbeeld hechting aan kernmembraan). Anders gaat dit proces
oneindig door: reader-writer complex wordt binnen bepaald gebied gehouden en scheiden eu- en
heterochromatine.
DNA modificaties
Methylering van cytosine: veel in promotoren. DNA wordt inactiever -> CG eilandjes. Na replicatie
hebben nieuwe strengen in dochtercellen nog geen methylering. Methylerende enzymen herkennen
half gemethyleerd DNA en zullen de overkant ook methyleren.
Barr body: één X chromosoom bij vrouwen wordt geïnactiveerd (vroeg in de ontwikkeling).
Willekeurig proces (DNA én histonmethylering) en erfelijk.
Lapjeskat: vlekcellen zijn afkomstig van één cel: in verschillende gebieden verschillend X
chromosoom uitgeschakeld.
Tijdens het maken van voortplantingscellen worden alle modificaties verwijderd. Er zijn echter
aanwijzingen dat epigenetische modificaties weldegelijk op een bepaalde manier overdraagbaar zijn.
2
