Genoombiologie – Hoorcolleges deeltentamen 1
Hoorcollege 1: 2 september 2019
Deel 1: Genoom opbouw en regulatie. Vooral hoorcolleges, 1x CO, 2x debat, tentamen.
Deel 2: Genoomanalyse. 4x CO, werkstuk genoomevolutie, tentamen.
Tentamen 1, 30%
Tentamen 2, 30%
Debat, 10%
Werkstuk en peer review 30%
De totale hoeveelheid RNA in een cel:
- 2-4% coderend RNA, ook wel het mRNA
- 98-96% functionerend RNA
o Ribosomaal RNA
o Transfer RNA
o snRNA (alleen bij eukaryoten), heeft een regulerende rol
o snoRNA (alleen bij eukaryoten), heeft een regulerende rol
o miRNA (alleen bij eukaryoten), heeft een regulerende rol
o siRNA (alleen bij eukaryoten), heeft een regulerende rol
Op de lagging strand start de DNA-polymerase met een kleine RNA-primer.
Het ribosoom bestaat voor een groot deel uit RNA.
RNA’s kunnen ook met hun sequenties een soort platform bieden waarop activiteit plaatsvindt, zoals
een ander eiwit naar een andere plek brengen. Crispr Cas is hier een voorbeeld van.
RNA kan in tegenstelling tot DNA op vele manieren vouwen. Denk hierbij aan loops en hairpins
(tRNA). Dit kan zowel plaatsvinden binnen één RNA-molecuul als tussen meerder moleculen. In RNA
heb je ook guanine – uracil basenparing, dit is echter geen sterke binding (twee waterstofbruggen).
Uit een enkelstrengs RNA-molecuul sequentie kan berekend worden hoe het molecuul zal vouwen.
De daadwerkelijke structuur is de energetisch meest voordelige structuur, dit betekent dat het
molecuul zo veel mogelijk waterstofbruggen heeft.
Het pre-tRNA heeft een langere 5’ regio, 3’ ragio en een kleine verstoring. Er vindt dus nog processing
plaats. Dit zijn het toevoegen of verwijderen van basen en chemische modificaties. Chemische
modificaties zijn onder andere methylaties. Processing van tRNA vindt voor het grootste deel in de
kern plaats.
Een enzym die tRNA modificeert is bijvoorbeeld pseudouridine synthase. Zo een enzym moet erg
specifiek zijn omdat niet elke uridine in het tRNA gemodificeerd moet worden. Bij de juiste basen
wordt deze gemodificeerd zodat het RNA hier net op een andere manier vouwt.
Er wordt gedacht dat de structuur van RNA een zeer belangrijke rol speelt bij de functie van het RNA.
Hierom worden er tegenwoordig veel technieken ontwikkeld om de uiteindelijke structuur van het
RNA te bepalen. Ook veranderingen in het RNA kunnen een grote invloed hebben op de functie. Dit
zou betekenen dat een silent mutatie geen invloed heeft op het DNA, maar wel een invloed kan
hebben op het RNA.
Het RNA kent veel meer modificaties dan het DNA. Hier zijn specifieke enzymen verantwoordelijk
voor.
,Men gaat er van uit dat het leven op aarde ooit gestart is in een RNA-wereld omdat dit de eerste
moleculen waren die zichzelf konden repliceren en interne activiteit hadden. Dit zou 4 miljard jaar
geleden hebben plaatsgevonden.
Prebiotische chemie: 4.2 miljard jaar geleden, dit zijn moleculen die in de vroege aarde aanwezig
waren en zouden verklaren dat RNA ooit kan ontstaan.
Ribozymen zijn RNA-moleculen met enzymatische activiteit.
- Ribosomen bestaan in eukaryoten uit het 40S (onder) en het 60S (boven) complex. 60S
bestaat uit drie RNA’s. 40S bestaat uit één RNA. Het RNA is de katalytische kern van het
ribosoom.
- Hammerhead ribozymen zijn gevonden in een RNA-virus. Dit is een circulair virus waarbij het
genoom zich repliceert in één lineair molecuul. Het RNA vouwt zich in de vorm van een
hamer. Door de vouwing ontstaat er een katalytische site waardoor het RNA zelf katalytisch
actief is.
Op de vroege aarde golden er bepaalde condities (warmte, straling, draaiing van de aarde) waardoor
er uit een klasse relatief eenvoudige prebiotische moleculen steeds complexere moleculen konden
vormen. Dit waren de formamidopyrimidines. Deze konden weer worden omgevormd tot suikers en
uiteindelijk tot polymeren.
Op kometen wordt er ook gekeken naar prebiotische moleculen. De moleculen die hier gevonden zijn
kunnen verklaard worden aan de hand van de bouwstenen water, CO, amines en nitrines. De
ingrediënten voor prebiotisch leven is dus aanwezig op een komeet. De kans is echter heel klein dat
hier ook echt een RNA-wereld uit ontstaat.
Men denkt momenteel dat het protogenoom van al het leven op aarde opgebouwd uit RNA was.
Selex methode: methode om RNA-moleculen met een specifieke activiteit te selecteren.
1. Je begint met een bak van 1017 verschillende RNA-moleculen.
2. Vervolgens bind je het molecuul waar je activiteit mee zoekt op een platform.
3. Vervolgens laat je alle RNA-moleculen
hierlangs gaan en hou je alleen de
RNA-moleculen over met een (lichte)
affiniteit voor het doelwit molecuul.
Dit zijn er ongeveer 102.
4. Deze RNA-moleculen zet je om in
DNA, middels reverse Transcriptase.
5. Vervolgens gebruik je PCR om weer
veel van dit DNA te krijgen. Dit
gebeurt vaak expres onnauwkeurig
zodat je veel mutaties krijgt.
6. Dit DNA schrijf je weer af tot RNA
middels RNA-polymerase.
7. Het RNA laat je opnieuw de cyclus
doorlopen waarbij je steeds een
hogere affiniteit voor het doelwit
molecuul selecteert.
Het belangrijkste bewijs voor een RNA-wereld zou zijn dat er een RNA-polymerase van enkel RNA
bestaat. Dit zou betekenen dat het molecuul zichzelf kan repliceren. Echter is deze nog niet
gevonden. Er is wel een ligase ribozym gevonden die enkel uit RNA bestaat, middels een cyclus van
, selectie ontstaat er een ligase die steeds een langer stuk RNA achter elkaar kan plakken. Uiteindelijk
is er een ontstaan die 95 nucleotiden aan elkaar kan koppelen. Dit molecuul is zelf ook 95
nucleotiden lang. Dit zou dus betekenen dat dit molecuul theoretisch zichzelf kan repliceren.
In 2017 is er ontdekt dat sommige varianten van een ribozym een RNA kan repliceren naar DNA.
Deze ribozymen hebben dus een reverse transcriptase activiteit. Dit zou verklaren hoe je van een
RNA-wereld naar een DNA gaat.
Het begin van het bewijs van een RNA-wereld is er dus.
Aptameren: Oligonucleotiden die binden aan een specifiek molecuul.
Oligonucleotiden: Korte stukjes nucleotiden.
RNA-aptameren worden vooral in de geneeskunde gebruikt. Zo is er een RNA aptameer wat
interacteert met een bloedstollingsfactor, wat voorkomt dat het bloed gaat stollen. Vervolgens kun
je weer een RNA aptameer toevoegen die complementair is aan het eerste aptameer waardoor de
activiteit van het aptameer weer gestopt wordt (een soort tegengif dus).
snoRNA: small nucleolair RNA. Deze moleculen worden gevormd door processing van langer pre-
mRNA in de nucleolus. De snoRNA’s zelf liggen in intronen die worden weggeknipt uit genen van
ribosomen. Deze moleculen hebben dus geen eigen genen maar zijn een soort bijproduct van de
transcriptie van andere genen. snoRNA’s dienen als guides voor enzymen die betrokken zijn bij
methylatie, klieving en andere modificatie. snoRNA bevindt zich altijd in een bundel met eiwitten,
ook wel een RNP. Dankzij snoRNA’s vinden modificaties op de juiste plekken in het RNA plaats. Het
RNA moet de kern uit om samengevoegd te worden met het eiwit, hierna wordt het RNP weer terug
de kern in getransporteerd worden.
RNP: Ribonucleoprotein, een molecuul war bestaat uit een bundel van eiwitten en RNA.
Riboswitches zijn RNA-regulatoren die vooral bekend zijn in bacteriën. Riboswitches zijn een
onderdeel van een langer RNA-molecuul en zijn aptameren. Ze hebben dus affiniteit voor een
bepaald molecuul. In de aanwezigheid van een effector (zoals een metaboliet) wordt het RNA-
molecuul verstoord waardoor de activiteit van de riboswitch verstoord wordt. Hierdoor wordt het
RNA niet langer afgeschreven. Riboswitches bepalen dus of RNA’s worden afgeschreven of niet.
- Als een RNA affiniteit heeft voor een bepaald aminozuur dan staat de switch uit als er veel
van dit aminozuur is. Het gaat pas aan als het niveau van het aminozuur daalt, en de
productie van extra aminozuren dus nodig is.
In eukaryoten vindt er ook regulatie plaats aan de hand van RNA’s. Aan de 5’ van het ORF bevindt
zich het eerste start codon. Hier bindt het ribosoom dus het eerste, dit is het uORF. Als het uORF
wordt afgelezen valt het ribosoom weer uit elkaar waardoor de hoofd ORF niet wordt afgelezen. Pas
als er een bepaald signaal is blijft het ribosoom intact en wordt het hoofd ORF afgelezen. Het signaal
hiervoor is vaak een metaboliet.
Long non-coding RNA’s zijn RNA’s die een functie hebben als RNA-molecuul. Deze worden dus niet
vertaald. Functies van deze moleculen zijn:
1. Junk, een soort achtergrondruis van transcriptie.
2. Scaffold, bieden een platform om andere moleculen bij elkaar te brengen.
3. Guide, bepaalt waar moleculen heen gaan in de DNA-sequenties.
4. Effector, helpen eiwitcomplexen bij elkaar te brengen.
Hoorcollege 1: 2 september 2019
Deel 1: Genoom opbouw en regulatie. Vooral hoorcolleges, 1x CO, 2x debat, tentamen.
Deel 2: Genoomanalyse. 4x CO, werkstuk genoomevolutie, tentamen.
Tentamen 1, 30%
Tentamen 2, 30%
Debat, 10%
Werkstuk en peer review 30%
De totale hoeveelheid RNA in een cel:
- 2-4% coderend RNA, ook wel het mRNA
- 98-96% functionerend RNA
o Ribosomaal RNA
o Transfer RNA
o snRNA (alleen bij eukaryoten), heeft een regulerende rol
o snoRNA (alleen bij eukaryoten), heeft een regulerende rol
o miRNA (alleen bij eukaryoten), heeft een regulerende rol
o siRNA (alleen bij eukaryoten), heeft een regulerende rol
Op de lagging strand start de DNA-polymerase met een kleine RNA-primer.
Het ribosoom bestaat voor een groot deel uit RNA.
RNA’s kunnen ook met hun sequenties een soort platform bieden waarop activiteit plaatsvindt, zoals
een ander eiwit naar een andere plek brengen. Crispr Cas is hier een voorbeeld van.
RNA kan in tegenstelling tot DNA op vele manieren vouwen. Denk hierbij aan loops en hairpins
(tRNA). Dit kan zowel plaatsvinden binnen één RNA-molecuul als tussen meerder moleculen. In RNA
heb je ook guanine – uracil basenparing, dit is echter geen sterke binding (twee waterstofbruggen).
Uit een enkelstrengs RNA-molecuul sequentie kan berekend worden hoe het molecuul zal vouwen.
De daadwerkelijke structuur is de energetisch meest voordelige structuur, dit betekent dat het
molecuul zo veel mogelijk waterstofbruggen heeft.
Het pre-tRNA heeft een langere 5’ regio, 3’ ragio en een kleine verstoring. Er vindt dus nog processing
plaats. Dit zijn het toevoegen of verwijderen van basen en chemische modificaties. Chemische
modificaties zijn onder andere methylaties. Processing van tRNA vindt voor het grootste deel in de
kern plaats.
Een enzym die tRNA modificeert is bijvoorbeeld pseudouridine synthase. Zo een enzym moet erg
specifiek zijn omdat niet elke uridine in het tRNA gemodificeerd moet worden. Bij de juiste basen
wordt deze gemodificeerd zodat het RNA hier net op een andere manier vouwt.
Er wordt gedacht dat de structuur van RNA een zeer belangrijke rol speelt bij de functie van het RNA.
Hierom worden er tegenwoordig veel technieken ontwikkeld om de uiteindelijke structuur van het
RNA te bepalen. Ook veranderingen in het RNA kunnen een grote invloed hebben op de functie. Dit
zou betekenen dat een silent mutatie geen invloed heeft op het DNA, maar wel een invloed kan
hebben op het RNA.
Het RNA kent veel meer modificaties dan het DNA. Hier zijn specifieke enzymen verantwoordelijk
voor.
,Men gaat er van uit dat het leven op aarde ooit gestart is in een RNA-wereld omdat dit de eerste
moleculen waren die zichzelf konden repliceren en interne activiteit hadden. Dit zou 4 miljard jaar
geleden hebben plaatsgevonden.
Prebiotische chemie: 4.2 miljard jaar geleden, dit zijn moleculen die in de vroege aarde aanwezig
waren en zouden verklaren dat RNA ooit kan ontstaan.
Ribozymen zijn RNA-moleculen met enzymatische activiteit.
- Ribosomen bestaan in eukaryoten uit het 40S (onder) en het 60S (boven) complex. 60S
bestaat uit drie RNA’s. 40S bestaat uit één RNA. Het RNA is de katalytische kern van het
ribosoom.
- Hammerhead ribozymen zijn gevonden in een RNA-virus. Dit is een circulair virus waarbij het
genoom zich repliceert in één lineair molecuul. Het RNA vouwt zich in de vorm van een
hamer. Door de vouwing ontstaat er een katalytische site waardoor het RNA zelf katalytisch
actief is.
Op de vroege aarde golden er bepaalde condities (warmte, straling, draaiing van de aarde) waardoor
er uit een klasse relatief eenvoudige prebiotische moleculen steeds complexere moleculen konden
vormen. Dit waren de formamidopyrimidines. Deze konden weer worden omgevormd tot suikers en
uiteindelijk tot polymeren.
Op kometen wordt er ook gekeken naar prebiotische moleculen. De moleculen die hier gevonden zijn
kunnen verklaard worden aan de hand van de bouwstenen water, CO, amines en nitrines. De
ingrediënten voor prebiotisch leven is dus aanwezig op een komeet. De kans is echter heel klein dat
hier ook echt een RNA-wereld uit ontstaat.
Men denkt momenteel dat het protogenoom van al het leven op aarde opgebouwd uit RNA was.
Selex methode: methode om RNA-moleculen met een specifieke activiteit te selecteren.
1. Je begint met een bak van 1017 verschillende RNA-moleculen.
2. Vervolgens bind je het molecuul waar je activiteit mee zoekt op een platform.
3. Vervolgens laat je alle RNA-moleculen
hierlangs gaan en hou je alleen de
RNA-moleculen over met een (lichte)
affiniteit voor het doelwit molecuul.
Dit zijn er ongeveer 102.
4. Deze RNA-moleculen zet je om in
DNA, middels reverse Transcriptase.
5. Vervolgens gebruik je PCR om weer
veel van dit DNA te krijgen. Dit
gebeurt vaak expres onnauwkeurig
zodat je veel mutaties krijgt.
6. Dit DNA schrijf je weer af tot RNA
middels RNA-polymerase.
7. Het RNA laat je opnieuw de cyclus
doorlopen waarbij je steeds een
hogere affiniteit voor het doelwit
molecuul selecteert.
Het belangrijkste bewijs voor een RNA-wereld zou zijn dat er een RNA-polymerase van enkel RNA
bestaat. Dit zou betekenen dat het molecuul zichzelf kan repliceren. Echter is deze nog niet
gevonden. Er is wel een ligase ribozym gevonden die enkel uit RNA bestaat, middels een cyclus van
, selectie ontstaat er een ligase die steeds een langer stuk RNA achter elkaar kan plakken. Uiteindelijk
is er een ontstaan die 95 nucleotiden aan elkaar kan koppelen. Dit molecuul is zelf ook 95
nucleotiden lang. Dit zou dus betekenen dat dit molecuul theoretisch zichzelf kan repliceren.
In 2017 is er ontdekt dat sommige varianten van een ribozym een RNA kan repliceren naar DNA.
Deze ribozymen hebben dus een reverse transcriptase activiteit. Dit zou verklaren hoe je van een
RNA-wereld naar een DNA gaat.
Het begin van het bewijs van een RNA-wereld is er dus.
Aptameren: Oligonucleotiden die binden aan een specifiek molecuul.
Oligonucleotiden: Korte stukjes nucleotiden.
RNA-aptameren worden vooral in de geneeskunde gebruikt. Zo is er een RNA aptameer wat
interacteert met een bloedstollingsfactor, wat voorkomt dat het bloed gaat stollen. Vervolgens kun
je weer een RNA aptameer toevoegen die complementair is aan het eerste aptameer waardoor de
activiteit van het aptameer weer gestopt wordt (een soort tegengif dus).
snoRNA: small nucleolair RNA. Deze moleculen worden gevormd door processing van langer pre-
mRNA in de nucleolus. De snoRNA’s zelf liggen in intronen die worden weggeknipt uit genen van
ribosomen. Deze moleculen hebben dus geen eigen genen maar zijn een soort bijproduct van de
transcriptie van andere genen. snoRNA’s dienen als guides voor enzymen die betrokken zijn bij
methylatie, klieving en andere modificatie. snoRNA bevindt zich altijd in een bundel met eiwitten,
ook wel een RNP. Dankzij snoRNA’s vinden modificaties op de juiste plekken in het RNA plaats. Het
RNA moet de kern uit om samengevoegd te worden met het eiwit, hierna wordt het RNP weer terug
de kern in getransporteerd worden.
RNP: Ribonucleoprotein, een molecuul war bestaat uit een bundel van eiwitten en RNA.
Riboswitches zijn RNA-regulatoren die vooral bekend zijn in bacteriën. Riboswitches zijn een
onderdeel van een langer RNA-molecuul en zijn aptameren. Ze hebben dus affiniteit voor een
bepaald molecuul. In de aanwezigheid van een effector (zoals een metaboliet) wordt het RNA-
molecuul verstoord waardoor de activiteit van de riboswitch verstoord wordt. Hierdoor wordt het
RNA niet langer afgeschreven. Riboswitches bepalen dus of RNA’s worden afgeschreven of niet.
- Als een RNA affiniteit heeft voor een bepaald aminozuur dan staat de switch uit als er veel
van dit aminozuur is. Het gaat pas aan als het niveau van het aminozuur daalt, en de
productie van extra aminozuren dus nodig is.
In eukaryoten vindt er ook regulatie plaats aan de hand van RNA’s. Aan de 5’ van het ORF bevindt
zich het eerste start codon. Hier bindt het ribosoom dus het eerste, dit is het uORF. Als het uORF
wordt afgelezen valt het ribosoom weer uit elkaar waardoor de hoofd ORF niet wordt afgelezen. Pas
als er een bepaald signaal is blijft het ribosoom intact en wordt het hoofd ORF afgelezen. Het signaal
hiervoor is vaak een metaboliet.
Long non-coding RNA’s zijn RNA’s die een functie hebben als RNA-molecuul. Deze worden dus niet
vertaald. Functies van deze moleculen zijn:
1. Junk, een soort achtergrondruis van transcriptie.
2. Scaffold, bieden een platform om andere moleculen bij elkaar te brengen.
3. Guide, bepaalt waar moleculen heen gaan in de DNA-sequenties.
4. Effector, helpen eiwitcomplexen bij elkaar te brengen.
