Medical Genomics syllabus SAMENVATTING (AB_487012); Studie Gezondheid en Leven; jaar 2 (major biomedische wetenschappen))
27 views 0 purchase
Course
Medical Genomics (AB_487012)
Institution
Vrije Universiteit Amsterdam (VU)
(Cijfer: 7,8) Dit document bevat van een samenvatting van het vak 'Medical Genomics' van de studie 'Gezondheid en Leven' op VU Amsterdam. Alle hoofdstukken zijn samengevat van de gegeven syllabus behalve (!!) 'Breeding strategies and behavioral genomics'. Deze hoorde namelijk niet tot de leerstof d...
Molecular Biology Basics
Chemistry of the genome
Basen
Een DNA (desoxyribonucleic acid) keten bevat 4 verschillende soorten basen.
- Adenine (A)
- Thymine (T)
- Guanine (G)
- Cytosine (C)
Bij RNA is het enige verschil dat thymine (T) is vervangen door Uracil
(U). De basen zijn complementair aan elkaar: A : T/U & G : C.
De basen zijn zitten vast aan een circulaire suikermolecuul die bestaat
uit 5 koolstofatomen en fosfaten. Deze vormen samen een nucleotide.
Zonder de fosfaten is het alleen een nucleoside.
Nucleotide polymerisatie
De nucleotiden zijn aan elkaar gelinkt om een DNA polymeer te
maken (of DNA streng). De volgorde waarin deze nucleotiden liggen wordt DNA
sequentie genoemd. Het polymeer bevat een richting, omdat het ene einde
anders is dan het andere einde. Het 5’-einde bevat een vrije fosfaat groep(-PO4)
op het C5 koolstofatoom. Het 3’-einde bevat een vrije waterstof groep (-OH). De
synthese vindt altijd plaats van 5’ naar 3’.
Genen
Structurele elementen van genen
Om te beginnen met transcriptie, of het aflezen van het DNA, zijn er bepaalde
gen sequenties die nodig zijn:
1. Promotor
Deze zorgt voor de productie van mRNA. Het mRNA wordt gemaakt
vanaf het 3’-einde van de DNA streng.
2. Transcriptie terminatie signaal
Deze ligt op het 3’-einde van het gen en geeft een signaal af dat dit het einde is van
het transcriberen.
3. Startcodon
mRNA sequentie is AUG. Deze sequentie herkennen de ribosomen die vervolgens
eiwitten aanmaken.
4. Open reading frame (ORF)
Serie van codons (nucleotide tripletten) die elk coderen voor een aminozuur. Dit ORF
gaat door totdat het ribosoom een stopcodon tegenkomt.
5. STOP codon
Zorgt ervoor dat het ribosoom loslaat van het mRNA en zo de translatie eindigt.
Het eerste aminozuur bevat een vrije amino-groep(-NH2) en wordt ook wel de N-terminus
genoemd. Het laatste aminozuur bevat een vrije carboxyl groep (-COOH) en wordt de C-
terminus genoemd.
Prokaryoot versus eukaryoot gen structuur
Verschillen:
Prokaryoot mRNA is vaak gematureerd zonder veel te bewerken. Eukaryote genen bevatten
exon- en intronstructuren. De intronstructuren moeten eruit worden gehaald d.m.v. slicing.
1
,Ook bevat eukaryote mRNA een poly(A)signaal (AAUAAA) aan het 3’-einde die helpt bij
transcriptie terminatie en het mRNA stabiliseert.
Alternative splicing
Dit is een proces die de verwijdering van introns op verschillende manier kan doen, waardoor
er verschillende soorten mRNA ontstaan. Voor sommige genen kan dit niet, maar meestal
verschilt gen splicing tussen weefsels, ontwikkelfases en omgevingscondities. Het proces
kan ervoor zorgen dat je meerdere eiwitten verkrijgt van dezelfde gensequentie met
compleet andere functies.
Eiwitten
Typen eiwitten
1. Structurele componenten; deze zijn de bouwstenen van cellulaire structuren
2. Enzymen; deze zorgen voor chemische processen in cellen door het katalyseren van
substraten in producten.
3. Signaal transductie eiwitten; reguleren cellulaire processen als respons op
omgevingsfactoren en coördineren daarbij biologische processen.
4. Hormonen; spreiden signalen door weefsels van het lichaam
5. Antistoffen; herkennen buitenstaande moleculen en zorgen daarom voor immuniteit
6. Regulatoire eiwitten; binden specifieke genen en reguleren hun expressielevel
7. Membraan transporters en kanalen; transporteren componenten over het
celmembraan en reguleren dit transport
8. Transport moleculen; deze dragen bijv. zuurstof en
andere moleculen, en brengen ze binnen en buiten
cellen.
Genome structure
Structurele organisatie van het DNA
Chromatine condensatie stadia
Om het DNA in de kern te plaatsen, wordt het opgewikkeld in
chromatinen. Deze opwikkeling bevat verschillende stadia:
a. Dubbele helix (2nm)
b. Nucleosoom (11nm)
o Bestaat uit een dubbel tetrameercomplex van
histonen
c. Chromatine vezels (30 nm)
o Bestaat uit 6 nucleosomen
d. Chromatine coil (300 nm)
e. Chromatine coiled coil (700 nm)
f. Metafase chromatide (1400 nm)
Histonen zitten in een octameer complex(nucleosoom) die twee moleculen van de
volgende histonen bevatten: H2A, H2B, H3 en H4. Deze histonen bevatten een N-
staart die essentieel is voor genregulatie (histonmodificatie). Elk octameer complex
bestaat eigenlijk uit twee tetrameren. Om elk nucleosoom zitten 147 baseparen van
DNA. H1 is een histon dat niet bij het octameercomplex zit, maar op de structuur zit,
zodat het DNA op z’n plaats blijft (gewikkeld om het nucleosoom).
Histon acetylatie activeert gen transcriptie
Histon methylatie remt gen transcriptie
2
,Insulators
Enhancers en repressors(regulatoren) kunnen de transcriptie activiteit reguleren van
meerdere genen, ook al liggen ze best ver van elkaar. Maar het kan ook soms dat twee
genen zich dicht bij elkaar bevinden, maar de enhancers/repressors zijn selectief voor een
van hen. Deze gebieden kunnen de invloed van enhancers/repressors verminderen door hun
DNA-sequentie. Deze gebieden worden insulatoren genoemd.
Insulatorsequenties worden gebruikt om de voorspelbaarheid van
transgene expressie patronen te verbeteren. De integratieplaats tijdens
transgenese is namelijk random en de promoter van deze transgenen wordt
vaak beïnvloed door regulatoren. Dus het plaatsen van insulatoren rond de
transgenen kan deze invloed verminderen.
Je hebt ook chromatine loops. Deze kunnen steeds veranderen, waardoor insulatoren,
enhancers en repressors verschuiven en dus zo verschillend contact kunnen maken. Dit leidt
dan tot verschillende genregulatie.
Topoisomerase & supercoiling
https://www.youtube.com/watch?v=EYGrElVyHnU
Wanneer DNA ontbindt, zal de spanning in de nog niet ontbonden DNA
strengen hoger worden, tot op een moment dat het DNA niet meer verder
ontbonden kan worden. Het DNA gaat zich dan supercoilen wat inhoudt dat
het een soort ophoopt. Hierbij komt het enzym topoisomerase te pas, want
deze knipt de streng op een manier dat de spanning daalt en de streng zich
als het ware ‘relaxeert’.
Telomeren
Telomeren zijn extra stukjes baseparen aan het einde van elke DNA
sequentie om ervoor te zorgen dat de DNA sequentie intact blijft na het
verkorten door mitose. Cellen kunnen ongeveer 50-60 keer delen, want na
zoveel keer is de Hayflick limiet bereikt. Dan zijn de sequenties te kort om nog
te delen.
Telomeer verkorting komt voor omdat DNA replicatie niet capabel is om het uiteindelijke 5’-
einde te dupliceren. Dit wordt gezien als het eind-replicatieprobleem en speelt een
belangrijke rol bij de ontwikkeling van kanker.
Situaties die zorgen voor het herstel van telomeren zijn wanneer het enzym telomerase
helpt bij telomeer elongatie. Deze gebruikt namelijk een RNA template die complementair is
aan de telomeer sequentie (TTAGGG). Telomerase komt voor in embryonale stamcellen,
aanwezig in vroegstadige embryo’s en ook in kankercellen.
Heterochromatine v.s. euchromatine
Elektronen-dense Minder elektronen-dense
Histonen liggen dicht op elkaar Histonen liggen ver uit elkaar
Inert toegankelijk voor transcriptie(!!)
3
, Chromosoom bandpatronen & G-banding
Met deze polvorm van banding kunnen we chromosomen ‘bestempelen’.
Dit is nodig om erachter te komen of er structurele fouten zijn in een
chromosoom. Eerst wordt trypsine toegevoegd die eiwitten degradeert
waardoor het minder elektronen dense wordt. daarna wordt G-banding
toegepast die alle CG rijke regio’s bestempelt. Wanneer een regio uit veel
AT baseparen bestaat, kleurt dit donker en bestaat het deel meer uit
heterochromatine. De CG baseparen kleuren licht, en bestaan vooral uit
euchromatine. Dit resulteert uiteindelijk in een chromosoom
bandpatroon. Belangrijk om te onthouden is dat we alleen chromosomen
kunnen zien tijdens celdeling.
SARs/MARs
Deze DNA sequenties mediëren de structurele organisatie van chromatinen in
de nucleus. Ze zorgen voor ‘ankerpunten’, makkelijker gezegd checkpoints op
het DNA om het zo te organiseren in structurele domeinen. In de afb. rechts
zie je dat de SAR zo is gepositioneerd dat het DNA deel in een chromatine
loop is gevormd.
SARs: Scaffold Attachment Regions (in metafase chromatiden)
- Stoppen ook de modificatie van histonen
MARs: Matrix Attachment Regions (in interfase nucleus)
Timeline of Genome Sequencing
The dawn of genetics – from heritability to DNA structure
Belangrijke ontdekkingen op het gebied van genomics & genetica:
1. Charles Darwin publiceert zijn evolutietheorie (1859)
2. Mendel experimenteert met plant genetica (1866)
3. Miescher ontdekt de nucleïne, oftewel chromatine (1869).
4. Albrecht Kossel ontdekt dat chromatine bestaat uit ATCG.
5. Thomas Hunt Morgan realiseert dat genen in de chromatine structuur zit (1910)
6. Frederick Griffith linkt de veranderende eigenschappen aan DNA (1944)
7. Watson and Crick publiceerden hun model van de dubbele helix structuur van DNA
(1953), die gebaseerd waren op de kristalstructuur van Rosalind Franklin en Maurice
Wilkins.
In de jaren daarna kwamen ontdekkers steeds meer achter het proces van DNA replicatie,
transcriptie en translatie.
Sequencing – The first generation
Sequencing is het aflezen van de DNA sequentie. Om dit te doen zijn er verschillende
stappen nodig
Sanger methode:
Deze maakt gebruik van dideoxy nucleotiden(ddNTP). Deze nucleotiden lijken op de normale
nucleotiden, alleen de 3’-hydroxyl groep (OH) is vervangen met een H-atoom. Deze
modificatie blokkeert de formatie van fosfodiester-bindingen tussen de verschillende basen in
een DNA ketting, dus zorgen ze ervoor dat de ketting stopt.
Wanneer ddNTP met de normale dNTPs gemixt wordt in een DNA PCR, is er een kans dat
beide soorten binden aan het DNA. Als de ddNTP bindt, stopt de ketting met groeien.
Wanneer dit heel veel wordt gedaan, kan je zo erachter komen waar in de ketting welke
basen voorkomen.
4
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller jb3802. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $3.77. You're not tied to anything after your purchase.
