Hoofdstuk 6: Principes van genregulatie en epigenetica
Cis en trans acting
Regulatorische sequenties: promotoren en enhancers/silencers → gaan transcriptie beïnvloeden
Cis acting regulatie: op nucleïne niveau, DNA sequentie die reguleert op eigen DNA streng bv.
promotor
Trans acting regulatie: RNA of eiwit gaat diffunderen, gen dat ergens anders is gelegen gaat een
eiwit aanmaken en dat gaat diffunderen en gaat dan binden op een cis acting plaats bv.
transcriptiefactor
Cis acting elementen ook in RNA → in 5’ en 3’ UTR (2 stukken waar niet het coderende stuk is)
microRNA’s
→ binden in 3’ UTR (belangrijke vorm van
genregulatie hier)
→ in 3’ UTR zitten bindingsplaatsen voor microRNA’s,
de micro RNA’s gaan worden afgeschreven, gaan
diffunderen en gaan binden op 3’UTR
→ microRNA is trans die gaat binden op micro RNA
Gen A wordt trans acting gereguleerd door
bindingsplaats in 3’ UTR (cis) en die gaat expressie proteïne X en miRNA Y die gaan binden op cis-
van dit gen beïnvloeden acting elementen in de 5’ en 3’ UTR
Long non coding RNA’s gaan binden op 5’ UTR en gebben zo een invloed op expressie van dit gen
Cis acting regulatorisch element: DNA of RNA sequentie
→ gen regulatie op dezelfde DNA streng
→ reguleert 1 gen of allel (1 op het ene chromosoom en
1 op de andere) Elementen 1,2,3 en 4 werken cis want liggen
op dezelfde streng
→ bv. promotor of enhancer
Trans acting regulatorisch element: altijd eiwit of RNA
molecule
→ eiwit of RNA dat migreert door diffusie, reguleert op Proteïne Z is een trans acting regulatorische
afstand proteïne dat gaat reguleren op een ander streng
→ bindt op regulatorisch element (korte DNA
sequentie)
→ reguleert beide allelen van een gen
→ kan meerdere genen tegelijkertijd reguleren
Regulatie is combinatie van cis en trans: enhancer (cis) en transcriptiefactor (trans) en
transcriptiefactor bindt op enhancer of miRNA bindende sequentie (cis) en miRNA molecule
(trans) diffundeert
1
,1. Genetische regulatoren van genexpressie
1.1 De promotor: aan/uit knop van genen
Promotor= aan uit knop van genen voor RNA polymerase 2
RNA polymerase 2: schrijft eiwit coderende genen, long non coding RNA’s en miRNA’s af
→ vormt een groot transcriptie initiatie complex met algemene transcriptiefactoren
→ vormt zich op (cis acting) consensus sequenties in de buurt van de transcriptie start plaats: de
promotor (gaat hierop dus binden voor transcriptie)
→ de meeste structurele genen die voor eiwitten coderen worden hierdoor afgeschreven
Consensus sequenties gaan de promotor maken: (ongeveer 70 basenparen)
- BRE: transcriptiefactor 2b recognition element, transcriptiefactor 2b gaat hierop binden
- TATA box: sequentie bindt met tata (2 basen boven elkaar betekend dat beide kunnen
voorkomen), komt voor in de buurt van BRE
- Inr: A hier is de transcriptie startplaats, hier begint het overschrijven
- DPE: down stream core promotor element, downstream want achter transcriptiestartplaats
Vinden we typisch terug in promotor, maar niet elke promotor heeft ze alle 4, ze kunnen er
ook geen hebben
1.2 Enhancers, silencers, boundaries, insulators
Cis acting, sequenties, vrij kort (4-6 basenparen), zowel stroomopwaarts en afwaarts van de
promotor, meestal binnen de 1500 basenparen, maar enkele uitzonderingen zitten veel
verder
Enhancers: versterken de expressie
Silencers: onderdrukken de expressie
Boundary:
- Insulators: blokkeren de interactie tussen enhancers en promotor door regulatorische
eiwitten te binden
- Barrière elementen
Herhaling:
Transcriptiefactoren binden op enhancers,
polymerase complex zit op promotor, DNA
looping waardoor de transcriptie kan gestart
worden door de interactie
2
,Boundaries:
Wanneer je transcriptiefactoren hebt en transcriptiefactoren zijn eiwitten en enhancers waarop
ze binden, die enhancers zitten in de buurt van een gen en ons genoom zit in blokjes en een
blokje zitten enkele genen en aantal enhancers en die
enhancers werken op de genen in het blokje maar
niet op het blokje erna → TADs (topologically
associating domains)
Je hebt soms grote blokken en kleinere blokken en
tussen die blokken zitten de boundaries → die zegt van deze enhancers werken op deze genen
en deze genen op deze enhancers (soort grenswachter)
TAD’s zijn voorgesteld door verschillende regio’s, zijn stukjes DNA en op het einde van de TADs
zit een eiwit CCTCT binding factor → een insulator eiwit dat samen met cohesines (gaan DNA
interactie mogenlijk maken) gaat de TADs afbakenen (grenswachter) en dat eiwit vind je dus op
de boundaries terug
In nucleus: in interfase heb je nog geen chromosomen maar komt DNA los voor, maar die vallen
niet zomaar uit elkaar maar die vallen uit elkaar in verschillende domeinen waarbij de
chromosoom een apart domein in de nucleus gaat innemen → gemakkelijk om terug in te
pakken in chromosomen omdat het niet door elkaar zit
Verschillende kleurtjes stellen verschillende chromosomen voor →
chromosomal territories en hierbinnen heb je de TADs waarbij
sommige niet door expressie gaan komen (epigenetisch
geainactiveerd) en andere gaan vrij komen die actief zijn en die
gaan tot expressie komen → TADs is dus een eenheid van genen die
gereguleerd wordt
Regulatorische elementen (enhancers, silencers) kunnen werken op
verschillende genen werken binnen de TADs (niet noodzakelijk op
allemaal maar het kan)
Ontdekking TADs:
Via erfelijke ziekten: via F syndroom
(vorm van syndactylie, twee vingers
zijn aan elkaar vergroeid vanaf de
geboorte), ze vonden dat de ziekte
werd veroorzaakt door een inversie
(uitgeknipt en fout terug ingezet),
als je dit doet dan zijn er een aantal
regulatorisch elementen (enhancers
en silencers) die uit het groene blok naar het oranje zijn gegaan en hierdoor krijg je een foute
expressie want ze gaan de foute genen beïnvloeden want grenswachters dus kunnen niet meer
aan de juiste
3
, Kan ook door deletie waardoor boundarie
tussen 2 blokken weg is en het 1 grote blok
wordt waardoor de regulatorische sequentie
van het ene gen een ander gen beïnvloeden
bv. LMNB1 gen, dus deletie houdt gen zelf
intact maar een stukje weghaalt zodat
boundary weg is
Transcriptiefactoren: DNA bindende motieven
Transcriptiefactoren= DNA bindende eiwitten, want moeten bepaalde DNA sequenties
herkennen en binden om een effect op de genregulatie te hebben
Verschillende motieven:
• Zinc finger:
o motief met 2 cysteïnes en 2 histidines en andere residu’s, heel geconserveerd,
heeft 3D structuur die in de grote grieve van het DNA gaat voelen welke DNA
sequenties er zijn, het is dus een aminozuur sequentie die DNA sequenties kan
aflezen
o Variaties hierop die speciaal evolutionair ontwikkeld zijn om
specifieke DNA sequenties af te lezen, je kan het ook in vitro
wijzigen om zo iets te maken om specifieke DNA sequenties af
te lezen
o zinc fingers zijn dus belangrijk, want kunnen DNA aflezen en Binding van zinc finger op DNA
de juiste sequenties kunnen zoeken waarop ze kunnen binden
• Leucine zipper monomeer:
o alfa helix, 2 peptides die in de alfa helix zitten en die leucines zitten op een rijtje
en die leucines gaan een binding vormen waardoor de 2
peptides aan elkaar gaan binden
o de peptides zijn langer en een verdere sequentie gaat in de
groeve van het DNA passen en gaat zo als knijper op het
DNA zitten zodat DNA de sequentie kan herkennen
DNA bindende motieven kunnen de DNA sequentie herkennen, want als Binding van leucine zipper op DNA
een trans acting de cis acting factor moet herkennen moet de DNA sequentie worden
afgelezen en wordt via dit gedaan
Vb.: PAX6 gen gereguleerd door ver afgelegen enhancers:
Meestal enhancers op dichte
afstand, maar hier verder
gelegen, ze zitten in een intron
van een naburig gen die paar
honderduizend basenparen
verder zit en dus in het volgende
gen gelegen zijn, ze zijn stroomafwaarts gelegen
PAX6 is belangrijk voor de oogontwikkeling
4
