4.I GEN EXPRESSIE

TRANSCRIPTIE

POST-TRANSCRIPTIONELE MODIFICATIES

• pre-mRNA → matuur mRNA

  • 5’-capping

  • 3’-polyadenylatie

  • spliceosoom;

    • complex van eiwitten en kleine RNA’s (snRNAs)

      snRNAs + eiwitten = snRNPs = “snurps”

    • verwijdert de intronen (niet-coderende stukken) uit het pre-mRNA

    • exonen (coderende stukken) worden aan elkaar geplakt, klaar voor translatie

      
      

• alternative splicing

  • = uit één mRNA kan je meerdere eiwitten verkrijgen doordat de splicing op een andere manier is gebeurd

  • dit kan zowel;

    • normaal gereguleerd gebeuren en dus zorgen voor eiwitdiversiteit

    • onbedoeld, ongecontroleerd en dus ook foutief gebeuren

  
  

  

  Splicevorm	Regulier	Foutief	Uitleg
  exon skipping	✅	🔄 Soms	Normaal bij regulated splicing, maar kan ook optreden door mutatie in splice site.
  intron retention	✅	🔄 Soms	Wordt gereguleerd gebruikt, maar kan ook foutief optreden bij verstoringen.
  alternatieve 5'-splice site	✅	🔄 Soms	Cel kiest zelf tussen meerdere mogelijkheden, tenzij een fout ertoe dwingt.
  alternatieve 3'-splice site	✅	🔄 Soms	Zelfde als hierboven, foutief bij mutaties die normale site onbruikbaar maken.
  cryptic splice site	❌	✅	Altijd foutief – gebruikt bij mutatie of storing in normale splice site, als cryptic actiever is dan normale of verstoring bij spliceosoom

• RNA-modificaties

  • recentelijke ontdekking, lang gedacht dat dit niet mogelijk is

  • modificaties op nucleotideniveau

    • vb. adenosine wordt gedeamineerd tot guanosine

TRANSLATIE

POST-TRANSLATIONELE MODIFICATIES

• fosforylatie

  • kinase zorgt voor binden fosfaat → activatie

  • fosfatase zorgt voor losmaken fosfaat → inactivatie

• ubiquitinatie

  • ubiquitine (eiwit) wordt aan foute eiwitten gehangen als merker

  • dit wordt vervolgens verwerkt door het proteasoom = “shredder”

    • proteïne → losse aminozuren

• methylatie

• acetylatie

• glycosylatie

• …

REGULATIE VAN GENEXPRESSIE

SAMENVATTING

• chromatine = DNA + histonen

  • histon acetylatie → los (eu)chromatine → transcriptie

  • DNA methylatie → dens (hetero)chromatine → transcriptie

    
    

• transcriptie; DNA → mRNA

  • enhancers binden op transcriptiefactoren (vb. activators) die het transcriptieproces in gang zetten

  • enhancers verschillen per celtype

    
    

• RNA-processing; pre-mRNA → matuur mRNA

  • alternative splicing

  • afhankelijk van waar/hoe splicing precies gebeurt, krijg je ander eiwit

    
    

• “einde v/d cyclus”;

  • mRNA degradatie

    • mRNA heeft een levensduur die vastligt in 5’ en 3’ UTR

    • veel afbraak van mRNA door miRNAs → minder eiwitproductie

  • translatie → protein processing + degradatie

    • translatie wordt gecontroleerd door initiatiefactoren

    • protein processing = vouwen, modificeren, activeren … v/h eiwit

    • degradatie = afbreken van foute, overbodige, beschadigde, kortlevende (regulator)eiwitten …

BIJ BACTERIËN

• genen bevinden zich in operons;

  • bevat één promotor

  • bevat regulerende DNA sequenties = bindingsplaats voor regulerende eiwitten die transcriptie promoten/inhiberen

  • alle genen binnen één operon worden in groep vertaald

  • 3 mogelijkheden;

    • constitutief actief = continue expressie onder normale omstandigheden; houesekeeping genes

    • induceerbaar = werking bij aanwezigheid molecule

    • onderdrukbaar = stopt werking door aanwezigheid molecule

  
  

  

• transcriptie kan gecontroleerd worden door;

  

• Induceerbaar vs onderdrukbaar

  kenmerk	induceerbaar operon	onderdrukbaar (reprimeerbaar) operon
  operon	lac-operon	trp-operon
  normale toestand	UIT	AAN
  activatie door	inductor (bv. lactose)	blijft actief tenzij corepressor aanwezig is (bv. tryptofaan)
  doel	alleen aanzetten als nodig is	alleen uitzetten als er genoeg is

  
  

• Lac-operon — induceerbaar

  • = genensysteem dat normaal UIT staat, maar aangezet wordt als er een bepaalde stof (inductor) aanwezig is

  • zorgt voor afbraak lactose → glucose + galactose (β-galactosidase)

  
  

  

  
  

  • als er geen lactose (inductor) in de cel is;

    • repressor bindt aan operator → transcriptie

  • als er wel lactose (inductor) in de cel is;

    • (al)lactose bindt aan de repressor → deze verandert van vorm

    • repressor laat los van de operator

    • RNA-polymerase kan de structurele genen aflezen → enzymen worden geproduceerd om lactose af te breken

      
      

  • MAAR als er glucose aanwezig is, wordt het lac-operon minder actief, ook al is er lactose; dit komt door het cAMP-CAP-systeem:

    • weinig glucose → hoog cAMP → cAMP bindt aan CAP-eiwit, wat bindt aan DNA → stimuleert transcriptie

    • veel glucose → laag cAMP → weinig tot geen transcriptie

      
      

• samengevat;

  

• Trp-operon — onderdrukbaar

  • = genensysteem dat normaal AAN staat, maar uitgezet wordt als er een bepaalde stof (corepressor) aanwezig is

  • operon codeert voor enzymen die tryptofaan maken

  
  

  

  
  

  • als er voldoende tryptofaan (corepressor) in de cel is;

    • tryptofaan bindt aan een repressor-eiwit → activeert de repressor

    • repressor bindt aan de operator → blokkeert transcriptie

    • productie van tryptofaan stopt = energie besparen

    
    

  

BIJ EUKARYOTEN

• expressie enkel actief bij aanwezigheid bepaald substraat;

  • neuronen, neurotransmitters

  • lever, alcohol dehydrogenase

    
    

• transcriptiefactoren;

  • = proteïnen die binden aan specifieke DNA sequenties

  • bepalen welke genen (in)actief zijn

  • soorten;

    • activator = verhoogt transcriptie

    • repressor = vermindert of blokkeert transcriptie

  • werking;

    • samenwerken en elkaar versterken = additief effect

    • elkaar tegenwerken = synergisch effect

  
  

  

  
  

  

  • groeifactoren kunnen leiden tot activatie van transcriptiefactoren;

    • vb. PDGF = platelet derived growth factor

    • fibroblasten G0 → G1

DOOR ncRNA

• = non-coding RNA

  
  

• miRNA zorgt voor genregulatie na transcriptie

  • DNA → hairpinRNA → duplexRNA → miRNA → miRNA-complex

    • hairpinRNA; stabiliteit (enkel- vs dubbelstrengig)

    • duplexRNA = 2× miRNA

    • miRNA opname door eiwitcomplex

      • vb. RISC = RNA-Induced Silencing Complex

  
  

  • miRNA-complex zoekt naar mRNA-moleculen met complementaire sequenties;

    • perfecte match → mRNA afbraak

    • gedeeltelijke match → mRNA (tijdelijk) geblokkeerd

  
  

  

• lncRNA zorgt voor genregulatie na transcriptie;

  • RNA decoy

    • = afleiding

    • lncRNA bindt aan transcriptiefactoren of andere eiwitten zodat ze niet op DNA kunnen binde

  • miRNA spons

    • lncRNA bindt miRNA zodat het miRNA zijn mRNA-doelwit niet meer kan remmen

  • RNP component

    • lncRNA onderdeel van een ribonucleoproteïne complex

    • vb. telomerase

  • rekrutering chromatine modifiers

    • lncRNA lokt eiwitten naar specifieke genlocaties op het DNA

  • inhiberen translatie

  • regelen splicing

    • lncRNA kan de splice sites beïnvloeden → bepaalt welke exons in mRNA terechtkomen

  • degradatie

  
  

  

DOOR EPIGENETICA

• DNA an sich verandert niet

• 4 types;

  • DNA methylatie

  • histon modificatie

  • histon varianten

  • 3D-topologie

• DNA methylatie

  • vnl bij CPG islands;

    • cytosine + fosfaat + guanine

  • X-chromosoom inactivatie

  • genomic imprinting

• histon modificatie

  • methylatie

  • phosphorylatie

  • acetylatie

  • …

• 3D-topologie

  • incis = op zelfde chromosoom

  • intrans = op verschillend chromosoom

  • TADs

    • = topology associated domains