Celbio 2
Conceptenmap
1
,Hoofdstuk 8: GENEXPRESSIE & DIFFERENTIATIE
→ Zelfde DNA in elk celtype (epitheelcellen, spiercellen, zeuwcellen,..), maar andere genen komen tot expressie
(contracties, insuline vrijgeven,..)
Hoe verklaar je dat een zenuwcel en een spiercel binnen 1 organisme totaal andere functies kunnen vervullen? → A:
elk celtype bevat hetzelfde DNA, maar het DNA wordt op een andere manier gebruikt, zodat er unieke celfuncties
ontstaan
De begrippen genexpressie en differentiatie
Geregelde genexpressie = het aan- en uitzetten van genen (combinatie van genen bepalen)
→ niet elk celtype gebruikt alle genen (daarom is een spiercel een spiercel en een zenuwcel (neuron) een zenuwcel)
LET OP: het DNA wordt dus niet in stukjes geknipt
Differentiatie = proces van specialiseren van cellen (aka proces van verwerven van alle celtypes) → in totaal 200
verschillende celtypes
Celgeheugen = cel kan onthouden dat de cel gelijk moet splitsen over dochtercellen
Verschillende celtypes van een multicellulair organisme bevatten hetzelfde DNA, maar gebruiken het anders
Terminale differentiatie: eenmaal de cel gedifferentieerd is in een bepaalde richting, kan je de cel niet meer
DEdifferentiëren (vb: zenuwcel kan geen spiercel worden opeens) → maar uitzonderingen
Differentiële genexpressie: Genen → vormen RNA of mRNA (en vanuit mRNA eiwitten)
In de wortelcel zit alle DNA om de hele wortel te vormen (de blaadjes, wortel zelf,..) → gedifferentieerde cellen
bevatten alle info nodig voor de vorming van een gans organisme, er gaan geen genen verloren tijdens
differentiatie
DNA sequentie: woordenboek, maar dan zonder samenhangend verhaal → niet elk gen in elk celtype wordt
afgeschreven
Verschillende cellen exprimeren verschillende genen
1. selectieve expressie van 19000 eiwit coderende genen → een typische cel drukt 30-60% van de eiwit
coderende genen uit (30-60% wordt ‘aan’ gezet)
- ‘House-keeping’: alle ‘standaard’ eiwitten die ieder celtype heeft (denk aan: iedereen heeft een dweil,
bezem,.. in zijn huishouden)
→ vertonen constitutieve expressie: staan constant aan, worden niet aan- of uitgezet
vb: DNA of RNA polymerase, ribosoom eiwitten,..
- Gespecialiseerde celtypes exprimeren bovendien specifieke proteïnen typisch voor en speciale celfunctie
→ geregelde expressie: wel aan- en uitzetten, specifiek voor iedere cel
vb: hemoglobine in rode bloedcellen, insuline in bèta cellen vd pancreas,..
2
, 2. Selectieve expressie van 5000 RNA coderende genen
→ Combinatie van genen bepaald de genexpressie (aan- en uitzetten)
Voor elk gen:
- Lage tot hoge expressie mogelijk → variabel per celtype
- Combi van genen die tot expressiekomen, bepaalt het celtype en de celfunctie
→ ER KOMT GEEN ANDERE SET VAN GENEN TOT EXPRESSIE IN DE SPIERCEL EN DE ZENUWCEL (wel andere combi die
tot expressie komen)
Een cel kan zijn expressiepatroon aanpassen onder invloed van externe stimuli
Tijdens inspanning/ vasten worden suikers (glucose) gewonnen uit aminozuren (vb: tyrosine) geregeld door
cortisol
RESPONS hangt af van CELTYPE:
- Levercellen: tyrosineaminotransferase stijgt
- Vetcellen: tyrosineaminotransferase daalt
- Andere cellen nog anders
Hoe gebeurt deze geregelde genexpressie en op welke niveaus wordt dit geregeld?
→ Cortisol (hormoon uit bijnier) regelt heel deze genexpressie (bijsturen van genexpressie, specifiek voor ieder
celtype)
Multiple stappen die genexpressie kunnen controleren
Afbraak is even belangrijk als de synthese (eiwitten worden niet alleen gevormd, maar ook afgebroken door
lysosomen etc.)
Links: kern
Rechts: cytosol
GENEXPRESSIE KAN IN VERSCHILLENDE STAPPEN WORDEN GEREGULEERD VAN DNA → RNA → EIWIT
Als verschillen tussen de verschillende celtypen van een organisme afhankelijk zijn van de specifieke genen die elke cel
tot expressie brengt, op welk niveau is deze controle van genexpressie uitgeoefend?
Cel kan de eiwitten die het bevat controleren door:
(1) Bepalen wanneer en hoe vaak gentranscriptie (transcriptiecontrole)
(2) Regelen hoe een RNA-transcript gesplitst (gespliced: verwijderen van introns) of verwekt
(gepolyadenyleerd)
(3) Selecteren welke mRNA’s uit de kern geëxporteerd worden naar het cytosol
(4) Reguleren hoe snel bepaalde mRNA-moleculen worden afgebroken
(5) Selecteren welke RNA’s door ribosomen in eiwit worden vertaald
(6) Reguleren hoe snel specifieke eiwitten worden vernietigd na ze zijn gemaakt
(7) Activiteit van individuele eiwitten (eenmaal gesynthetiseerd) reguleren
DNA → RNA-transcript → mRNA (kern) → mRNA (cytosol) → Eiwit
Transcriptieregeling (meest efficiënt): 1 → hangt af van sterke/ zwakke promotor
Post-TRANSCRIPTIOnele regeling: 2,3,4,5
3
, Post-TRANSLATIOnele regeling: 6,7 → post-translationele modificaties en eiwitstabiliteit (aan- en uitzetten)
Hoe transcriptieschakelaars werken
Transcriptiefactoren/ genregulatorische eiwitten binden aan regulatorische DNA sequenties
Expressie van een gen: DNA + DNA-bindend eiwit = aan/ uit schakelaar
→ transcriptieschakelaars werken via genregulatorische proteïnen: eiwitten die binden bepalen of proces start
groene gebied= genregulatorisch
gebied
- DNA sequenties: binden transcriptie
factoren op eiwit
Op einde: stopcodon + onvertaald stuk
(= UTR)
Hoe kan een eiwit een specifieke bindingsplaats op het DNA herkennen en binden?
- Eiwit gaat op DNA grijpen → bewegen langs DNA, de aminozuren van het eiwit functioneren als ‘tentakels’
- Waterstofbruggen (tussen eiwit en DNA) houden het eiwit op z’n plaats tot het heel wat interacties kan
aangaan (afhankelijk van code van DNA)
- Direct verband tussen DNA-sequentie en wat de eiwitten scannen aan de buitenkant door contact te maken
met de overblijvende factoren tussen aminozuren en DNA via waterstofbruggen.
Transcriptie (DNA→ RNA) gebeurt door RNA-polymerase
PROMOTER: specifieke plaats in DNA waar RNA-polymerase kan binden aan DNA (na genregulatorisch gebied)
→ bevat (zowel eukaryotisch als bacterieel):
o Transcriptie-initiatie plaats: positie ‘+1’ is de start van het RNA
o Bindingsplaats voor RNA-polymerase (50 nucleotiden lange zone stroomopwaarts
REGULATORISCHE DNA SEQUENTIES
- Simpel in bacteriën: vanaf 10 nucleotiden (vb: operator in operon)
- Complex in eukaryoten: tot 10.000 nucleotiden → input van verschillende signalen
Regulatorische DNA sequenties binden transcriptieregulators (transcriptiefactoren, genregulatorische eiwitten,..)
Een transcriptieregulator bindt op de grote DNA groeve: contacten tussen aminozuren en nucleotiden
Een eiwitoppervlakte van de transcriptieregulator past nauwkeurig op de oppervlakte van de DNA dubbelhelix thv de
regulatorische DNA sequentie → voor elkaar gemaakt zoals puzzelstukjes
- Sterkte van de interactie: hangt af van aantal chemische interacties tussen aminozuren en nucleotiden
(waterstofbruggen)
- 20-tal ‘matchende’ factoren (verbonden met waterstofbruggen) zorgt voor goede stabiliteit
o Waterstofbruggen tss basenparen worden niet verbroken
Hoe basenparen herkend worden door gen-regulatorische eiwitten zonder de DNA helix te openen
DNA-sequentie wordt herkend door genregulatorisch eiwit
- Eiwit gaat op DNA grijpen → bewegen langs DNA, de aminozuren van het eiwit functioneren als ‘tentakels’
- Waterstofbruggen (tussen eiwit en DNA) houden het eiwit op z’n plaats tot het heel wat interacties kan
aangaan (afhankelijk van code van DNA)
- Direct verband tussen DNA-sequentie en wat de eiwitten scannen aan de buitenkant door contact te maken
met de overblijvende factoren tussen aminozuren en DNA via waterstofbruggen.
4
