Samenvatting menselijke genetica
2019 – 2020
Hoofdstuk 6: Principes van gen regulatie en epigenetica ..................................................................... 2
Hoofdstuk 7: Pathogene genetische variatie ....................................................................................... 14
Hoofdstuk 8.1: Identificatie van genen voor erfelijke monogene ziekten ......................................... 35
Hoofdstuk 8.2: Complexe Ziekten ........................................................................................................ 41
Hoofdstuk 10: Kankergenetica – Oncogenetica................................................................................... 47
Hoofstuk 11: Genetische testen ........................................................................................................... 53
Gentherapie .......................................................................................................................................... 55
Y – chromosoom ................................................................................................................................... 57
Eugenetica en Lysenko ......................................................................................................................... 59
Gastles 1: Dysmorfieën ......................................................................................................................... 60
Gastles 2: Aneurysma ........................................................................................................................... 61
Zelfstudies ............................................................................................................................................. 65
1
, Hoofdstuk 6: Principes van gen regulatie en epigenetica
Genetische regulatie
Cis en trans acting
Cis Acting
Cis Acting elementen zijn altijd DNA – sequenties die reguleren op hun eigen DNA streng. Een
voorbeeld hiervan is een promotor of enchancer.
Promotor = reguleert de expressie en of werking van
een gen
Enchancer = zit voor of na de promotor van een gen en
is dus ook (soms) cis acting waarbij hij de transcriptie
van DNA bevordert.
Ook kan het RNA zijn, het zit dan meestal op niet
coderende regio’s of op de 3’ en 5’ UTR (untranslated
region). Micro RNA bindt altijd de 3” UTR.
Trans Acting
Trans Acting zal dan weer nooit op een DNA sequentie optreden. Voorbeelden zijn RNA en eiwit. Voor
hun werking uit te oefenen
moeten ze wel altijd binden
op een Cis acting element.
Het belangrijkste type trans
acting elementen zijn
transcriptiefactoren ➔ Altijd
een samenwerking tussen Cis
en trans.
Samengevat
Cis: Gen regulatie op dezelfde DNA streng ➔ reguleert 1 gen op 1 allel (promotor, enhancer).
Trans: Eiwit of RNA dat door diffusie migreert en reguleert op een afstand. Het reguleert beide allelen
van een gen en kan meerdere genen tegelijk reguleren.
De regulatie is dus altijd een combinatie van Cis en Trans: Enhancer waar een transcriptiefactor op
bindt.
Promotor
DNA polymerasen
Een promotor is de aan/uit knop van een gen. Het is een cis – acting regulatoire DNA sequentie.
Promotoren bepalen welke delen van een DNA streng worden afgeschreven.
Hierbij is DNA polymerase II belangrijk omdat het eiwit – coderende genen gaat afschrijven, net zoals
long coding RNA en miRNA. DNA polymerase I maakt een afschrift van rRNA in de nucleolus. En DNA
polymerase III zorgt voor de transcriptie van tRNA genen.
2
,Consensus Sequentie voor Promotors
BRE = transcriptiefactor IIB
recognition element
TATA Box
Inr = Initiator
DPE = downstream core
promotor element
Je hebt promotoren die slechts 2/3 van deze elementen hebben. Sommige hebben er zelfs geen van
de 4 en sommige hebben ze allemaal. Daarom is het zeer moeilijk om promotoren op te sporen. De
consensus sequenties kan je zien t.h.v. de TATA box: Er kan op dezelfde plaats een A/T of G/A
voorkomen. Deze sequenties zijn meestal 4 – 5 bp en 10 bp lang. De promotor is dus een CIS ACTING
element.
Enhancers en silencers, Boundary sequenties en insulators.
Enhancers en silencers zijn het tegenovergestelde van elkaar. Een Enhancer versterkt een expressie,
terwijl een silencer de expressie zal onderdrukken.
Boundary sequenties zijn barrières tussen euchromatine en heterochromatine (= epigenetica).
Insulators blokkeren de interactie tussen een enchancer en promotor door regulatorische eiwitten te
binden (= genetica)
DNA looping
Men maakt gebruik van DNA loopings wanneer de enhancer of
silencer te ver weg zit van de transcriptiesite. Op de tekening
zie je een cis acting enhancer (oranje) die op een eiwit (groen)
gaat binden dat vastzit op een gen (blauw). De DNA streng zal
buigen zodat de enhancer en eiwitten tegen het polymerase
complex komen te liggen.
Transcriptiefactoren
Een transcriptiefactor is een sequentie specifiek DNA bindend eiwit dat cis – acting DNA sequenties
bindt die de genexpressie beïnvloeden (enhancers). Dit kan door domeinen die met DNA binden (Zinc
finger, Leucine zipper).
Zinc Finger
= Grote familie eiwitten die DNA van het mensgenoom binden. Ze kunnen
verschillende functies hebben, maar hebben een gemeenschappelijke voorouder. Er
is een Zn ion die ergens in het eiwit gebonden is. Het zijn ook ideale genen om
enhancer sequenties op te sporen.
Leucine Zipper
We spreken hier van een 𝛼 – helix waar om de X aantal AZ
een leucine zit. Hierdoor wordt een soort ritsluiting gevormd.
De zipper houdt de 2 𝛼 – helices samen. Hierdoor wordt een
hoek gevormd die nodig is om de grote groeve te gaan
binden. Enkel de top van de Leucine zipper heeft leucine de
rest kunnen andere AZ zijn.
3
, Topologically associating domains (TAD’s)
Een TAD = genomische regio die promotor enchancer interacties limiteert. De TAD’s zijn afgebakend
door boundary’s. Het verklaart ook hoe deleties en inversies nabijgelegen genen buiten de deletie of
inversie kunnen beïnvloeden. Binnen 1 TAD kunnen interacties plaatsvinden.
De boundary’s die de TAD afbakenen worden gevormd door een eiwit: CTCF (= CCTCT binding factor).
Een fout in een TAD kan leiden tot grote problemen. Door een inversie kan een boundary verplaats
worden waardoor een enhancer op een foute plaats terecht kan komen (verkeerde TAD) en dit kan
leiden tot grote problemen. Een deletie zorgt er dan weer voor dat 2 TAD’s worden samengevoegd en
heeft dus ook invloed op de genexpressie.
Splicing
Voor splicing hebben we 3 elementen nodig:
1. Splice donor Deze bevat GU dinucleotide en bepaalt de 5’ zijde van RNA
2. Splice acceptor Deze bevat AG dinucleotide en bepaalt de 3’ zijde van RNA
3. Branching site De ligt dicht bij de acceptor en bevat A nucleotide, het start de splicing
In het exon zitten elementen die de splicing gaan beïnvloeden. We hebben exonic splice enhancers en
silencers. Ook in het intron vinden we cis acting elementen terug die de splicing beïnvloeden: de
intronic splice enhancers en silencers. De enhancers bevorderen de splicing, de silencers verminderen
het. (EXTRA uitleg zie vorig jaar ZS)
Alternatieve splicing
Verschillende manieren van splicing kunnen zorgen voor isovormen. Het verhoogd dus de functionele
variatie. Als we spreken over exon skipping dan zullen er 1 of meerdere exonen uit geknipt worden.
Vaak is alternatieve splicing het gevolg van ISE en ISS.
Voorbeeld: Overlappende reading frames
Dit voorbeeld is uniek in
het mensgenoom. Het is
een overlappend stuk DNA
dat codeert voor 2 eiwitten
om 2 verschillende reading
frames te gebruiken. P 14
en p 16 zijn 2 TS die een
andere sequentie hebben.
Er is dus productie van 2
verschillende TS genen.
Translationele regulatie door trans acting regulatorische eiwitten
Voorbeeld: beschikbaarheid van transferrine en ferritine
We hebben ijzer nodig is ons lichaam. De hoeveelheid ervan moet sterk gereguleerd worden omdat
het zorgt voor oxidatieve stress door het vormen van vrije radicalen. Dit doet men door 2 genen:
ferritine en transferrine.
4
2019 – 2020
Hoofdstuk 6: Principes van gen regulatie en epigenetica ..................................................................... 2
Hoofdstuk 7: Pathogene genetische variatie ....................................................................................... 14
Hoofdstuk 8.1: Identificatie van genen voor erfelijke monogene ziekten ......................................... 35
Hoofdstuk 8.2: Complexe Ziekten ........................................................................................................ 41
Hoofdstuk 10: Kankergenetica – Oncogenetica................................................................................... 47
Hoofstuk 11: Genetische testen ........................................................................................................... 53
Gentherapie .......................................................................................................................................... 55
Y – chromosoom ................................................................................................................................... 57
Eugenetica en Lysenko ......................................................................................................................... 59
Gastles 1: Dysmorfieën ......................................................................................................................... 60
Gastles 2: Aneurysma ........................................................................................................................... 61
Zelfstudies ............................................................................................................................................. 65
1
, Hoofdstuk 6: Principes van gen regulatie en epigenetica
Genetische regulatie
Cis en trans acting
Cis Acting
Cis Acting elementen zijn altijd DNA – sequenties die reguleren op hun eigen DNA streng. Een
voorbeeld hiervan is een promotor of enchancer.
Promotor = reguleert de expressie en of werking van
een gen
Enchancer = zit voor of na de promotor van een gen en
is dus ook (soms) cis acting waarbij hij de transcriptie
van DNA bevordert.
Ook kan het RNA zijn, het zit dan meestal op niet
coderende regio’s of op de 3’ en 5’ UTR (untranslated
region). Micro RNA bindt altijd de 3” UTR.
Trans Acting
Trans Acting zal dan weer nooit op een DNA sequentie optreden. Voorbeelden zijn RNA en eiwit. Voor
hun werking uit te oefenen
moeten ze wel altijd binden
op een Cis acting element.
Het belangrijkste type trans
acting elementen zijn
transcriptiefactoren ➔ Altijd
een samenwerking tussen Cis
en trans.
Samengevat
Cis: Gen regulatie op dezelfde DNA streng ➔ reguleert 1 gen op 1 allel (promotor, enhancer).
Trans: Eiwit of RNA dat door diffusie migreert en reguleert op een afstand. Het reguleert beide allelen
van een gen en kan meerdere genen tegelijk reguleren.
De regulatie is dus altijd een combinatie van Cis en Trans: Enhancer waar een transcriptiefactor op
bindt.
Promotor
DNA polymerasen
Een promotor is de aan/uit knop van een gen. Het is een cis – acting regulatoire DNA sequentie.
Promotoren bepalen welke delen van een DNA streng worden afgeschreven.
Hierbij is DNA polymerase II belangrijk omdat het eiwit – coderende genen gaat afschrijven, net zoals
long coding RNA en miRNA. DNA polymerase I maakt een afschrift van rRNA in de nucleolus. En DNA
polymerase III zorgt voor de transcriptie van tRNA genen.
2
,Consensus Sequentie voor Promotors
BRE = transcriptiefactor IIB
recognition element
TATA Box
Inr = Initiator
DPE = downstream core
promotor element
Je hebt promotoren die slechts 2/3 van deze elementen hebben. Sommige hebben er zelfs geen van
de 4 en sommige hebben ze allemaal. Daarom is het zeer moeilijk om promotoren op te sporen. De
consensus sequenties kan je zien t.h.v. de TATA box: Er kan op dezelfde plaats een A/T of G/A
voorkomen. Deze sequenties zijn meestal 4 – 5 bp en 10 bp lang. De promotor is dus een CIS ACTING
element.
Enhancers en silencers, Boundary sequenties en insulators.
Enhancers en silencers zijn het tegenovergestelde van elkaar. Een Enhancer versterkt een expressie,
terwijl een silencer de expressie zal onderdrukken.
Boundary sequenties zijn barrières tussen euchromatine en heterochromatine (= epigenetica).
Insulators blokkeren de interactie tussen een enchancer en promotor door regulatorische eiwitten te
binden (= genetica)
DNA looping
Men maakt gebruik van DNA loopings wanneer de enhancer of
silencer te ver weg zit van de transcriptiesite. Op de tekening
zie je een cis acting enhancer (oranje) die op een eiwit (groen)
gaat binden dat vastzit op een gen (blauw). De DNA streng zal
buigen zodat de enhancer en eiwitten tegen het polymerase
complex komen te liggen.
Transcriptiefactoren
Een transcriptiefactor is een sequentie specifiek DNA bindend eiwit dat cis – acting DNA sequenties
bindt die de genexpressie beïnvloeden (enhancers). Dit kan door domeinen die met DNA binden (Zinc
finger, Leucine zipper).
Zinc Finger
= Grote familie eiwitten die DNA van het mensgenoom binden. Ze kunnen
verschillende functies hebben, maar hebben een gemeenschappelijke voorouder. Er
is een Zn ion die ergens in het eiwit gebonden is. Het zijn ook ideale genen om
enhancer sequenties op te sporen.
Leucine Zipper
We spreken hier van een 𝛼 – helix waar om de X aantal AZ
een leucine zit. Hierdoor wordt een soort ritsluiting gevormd.
De zipper houdt de 2 𝛼 – helices samen. Hierdoor wordt een
hoek gevormd die nodig is om de grote groeve te gaan
binden. Enkel de top van de Leucine zipper heeft leucine de
rest kunnen andere AZ zijn.
3
, Topologically associating domains (TAD’s)
Een TAD = genomische regio die promotor enchancer interacties limiteert. De TAD’s zijn afgebakend
door boundary’s. Het verklaart ook hoe deleties en inversies nabijgelegen genen buiten de deletie of
inversie kunnen beïnvloeden. Binnen 1 TAD kunnen interacties plaatsvinden.
De boundary’s die de TAD afbakenen worden gevormd door een eiwit: CTCF (= CCTCT binding factor).
Een fout in een TAD kan leiden tot grote problemen. Door een inversie kan een boundary verplaats
worden waardoor een enhancer op een foute plaats terecht kan komen (verkeerde TAD) en dit kan
leiden tot grote problemen. Een deletie zorgt er dan weer voor dat 2 TAD’s worden samengevoegd en
heeft dus ook invloed op de genexpressie.
Splicing
Voor splicing hebben we 3 elementen nodig:
1. Splice donor Deze bevat GU dinucleotide en bepaalt de 5’ zijde van RNA
2. Splice acceptor Deze bevat AG dinucleotide en bepaalt de 3’ zijde van RNA
3. Branching site De ligt dicht bij de acceptor en bevat A nucleotide, het start de splicing
In het exon zitten elementen die de splicing gaan beïnvloeden. We hebben exonic splice enhancers en
silencers. Ook in het intron vinden we cis acting elementen terug die de splicing beïnvloeden: de
intronic splice enhancers en silencers. De enhancers bevorderen de splicing, de silencers verminderen
het. (EXTRA uitleg zie vorig jaar ZS)
Alternatieve splicing
Verschillende manieren van splicing kunnen zorgen voor isovormen. Het verhoogd dus de functionele
variatie. Als we spreken over exon skipping dan zullen er 1 of meerdere exonen uit geknipt worden.
Vaak is alternatieve splicing het gevolg van ISE en ISS.
Voorbeeld: Overlappende reading frames
Dit voorbeeld is uniek in
het mensgenoom. Het is
een overlappend stuk DNA
dat codeert voor 2 eiwitten
om 2 verschillende reading
frames te gebruiken. P 14
en p 16 zijn 2 TS die een
andere sequentie hebben.
Er is dus productie van 2
verschillende TS genen.
Translationele regulatie door trans acting regulatorische eiwitten
Voorbeeld: beschikbaarheid van transferrine en ferritine
We hebben ijzer nodig is ons lichaam. De hoeveelheid ervan moet sterk gereguleerd worden omdat
het zorgt voor oxidatieve stress door het vormen van vrije radicalen. Dit doet men door 2 genen:
ferritine en transferrine.
4
