8. celdifferentiatie en stamcellen
HCO
Celdifferentiatie, is een gradueel proces waarbij nieuwe cellen ontstaan die uiteindelijk in een
terminale en stabiele staat terechtkomen. Dit wordt gecontroleerd door signaaltransductie en
veroorzaakt door genexpressie.
Celtypen, gedifferentieerde cellen verschillen zowel structureel als functioneel van elkaar, maar
hebben altijd een groepje dezelfde genen dat ze tot expressie brengen voor bv het cytoskelet. De
genexpressie kan achterhaald worden d.m.v. micro-array of RNA-seq.
Genexpressie, een klein aantal genen dat in
verschillende combinaties tot expressie komt, kan
verschillende celtypen specificeren. Zo zie je dat 3
genen die aan of uit kunnen staan 23=8
verschillende celtypen tot gevolg kunnen hebben.
Controle regio, in Wolpert wordt de controle regio
ook wel eens als promotor aangegeven, maar dat
is onjuist. De promotor is namelijk onderdeel van
de controle regio, maar enhancers spelen
bijvoorbeeld ook nog een rol in de controle.
Enhancers, liggen vaak wat verder van het betreffende gen af.
mRNA sequentie, bevat zowel een coderend als niet-coderend stuk, denk
bijvoorbeeld aan de 5’ en 3’ UTR.
Weefselspecifieke genexpressie, als je van een muizen gen dat in de pancreas tot
expressie komt de controle regio neemt en hierachter een humaan groeihormoon
plaats en dit construct in een bevruchte muizenembryo injecteert, zal de muis het
humane groeihormoon in de pancreas tot expressie brengen. De controle regio
bepaalt dus waar en wanneer een gen tot expressie komt. Met name de
enhancers zijn hierbij van belang.
Spatio-temporale expressie, de unieke combinatie van transcriptiefactoren die op
een bepaald moment op een bepaalde plek aanwezig is, determineert expressie
van een gen.
DNA binding, activators en
repressors binden aan DNA. Dit
levert een DNA loop.
Co-activator, bindt aan eiwitten
(transcriptiefactoren) i.p.v. DNA.
Zo is mediator (zie afbeelding)
een voorbeeld van een co-
activator.
Regulatie treedt dus op wanneer transcriptiefactoren aan enhancers en de
mediator kunnen binden. Dit activeert transcriptie en dit bepaalt het tijdstip en de
locatie van genexpressie (spatio-temporele genexpressie). Spatio-temporele
genexpressie komt niet alleen tijdens ontwikkeling voor, maar ook nog in je adulte
leven.
Regulatie gen activiteit, is afhankelijk van:
- Heeft het gen binding sites voor een Tc-factor?
- Welke combinaties van binding sites zijn aanwezig?
o Welke combinaties Tc-factoren zijn aanwezig?
- Modifactie van een Tc-factor
- Histon acetylatie
- DNA methylering
,Activator, de enhancer is per gen uniek, maar veel activators zijn betrokken bij controle regio’s van
meerdere genen. Het is uiteindelijk de combinatie van aanwezige activators die ‘bepaalt’ of het gen
afgeschreven wordt of niet. Een activator is een transcriptiefactor die aan een enhancer bindt en
daarmee transcriptie stimuleert. Soms moet een transcriptiefactor gemodificeerd worden, voor die
aan het DNA kan binden door bv fosforilatie.
Maternale factoren, de combinatie van transcriptiefactoren verschilt per cel en zorgt daarmee voor
differentiatie. Dit komt allemaal doordat de maternale factoren een cascade in gang hebben gezet.
Transcriptiefactor gen, één transcriptiefactor gen kan de genexpressie
van een groepje andere genen reguleren. Deze regulatie kan activerend of
inhiberend zijn en kan hoog of laag zijn.
Overerving genexpressie, er zijn meerdere manieren waarop
dochtercellen de genexpressie van de moedercel over kunnen nemen:
- Bij celdeling valt het kernmembraan weg en worden de
transcriptiefactoren passief verdeeld over de dochtercellen,
aangezien de Tc-factoren zich zullen verspreiden over het
cytoplasma, zullen beide dochtercellen vervolgens de genen van
de moedercel tot expressie brengen. Dit is hieronder ook
weergegeven in de afbeelding.
- De transcriptiefactoren kunnen ook actief verdeeld worden, doordat ze bijvoorbeeld binden
aan de mitotische spoel en op die manier evenredig over de dochtercellen verdeeld worden.
Dit gebeurt bij het cel-signaling eiwit Sara.
- Overerving d.m.v. methylering, op
het DNA zijn CG eilandjes te vinden,
waarbij twee CG baseparen naast
elkaar liggen. De C van zo’n
basepaar kan gemethyleerd worden
wat meestal resulteert in
downregulatie van het betreffende
gen doordat het binding van
polymerase vermoeilijkt. Deze
epigenetische modificatie kan
overgeërfd worden, doordat er
eiwitten zijn die een enkele methylgroep herkennen en er een aan de tegenover gelegen C
vastmaken. Voor dit proces is semi-conservatieve DNA-replicatie erg belangrijk.
, Lapjeskat, de vachtkleur ligt bij katten deels op het X-chromosoom en vlekken zijn
afkomstig van de random X-chromosoom inactivatie. Na een paar delingen zullen de
cellen in de embryo namelijk random 1 van de 2 X-chromosomen die ze hebben
inactiveren, omdat er anders te veel X-chromosoom expressie is. Alle
progeny/klooncellen zullen hetzelfde X-chromosoom geïnactiveerd hebben. Dit komt
o.a. door methylering en levert een lapjespatroon op. Vandaar dat je meestal alleen
vrouwtjes ziet met een lapjespatroon, maar in het geval van mannetjes die een extra
X-chromosoom hebben, kan het ook voorkomen. Er zijn ook nog autosomen die
betrokken zijn van vachtkleur.
Barr-body, het X-chromosoom condenseert zo strak
(heterochromatine) dat het zichtbaar is in de cel.
Signaaltransductie, er komen straks 7 verschillende
signaaltransductie pathways voorbij en meestal zorgt een
ligand voor dimerisatie van de receptor, waardoor
intracellulair een signaal doorgegeven wordt. Dit signaal komt
vaak in de kern terecht, waardoor verandering in genexpressie
optreedt.
Box 4A, op blz. 147 van het boek staat een tabel met
belangrijke signaalmoleculen en de bijbehorende receptoren.
Deze koppels moet je kennen en het is belangrijk om te
onthouden dat het signaalmoleculen zijn en geen transcriptiefactoren. Wnt is dus geen Tc-factor.
1. Tyrosine kinase signaling, het signaal in deze pathway is een FGF (fibroblast growth factor) of EGF
(epidermal growth factor) en de receptor is een tyrosine kinase (RTK of Y-kinase). Bij binding van het
ligand zal er dimerisatie en vervolgens kruisfosforilatie optreden. Vervolgens wordt het SOS eiwit
gerekruteerd en wordt GDP aan Ras vervangen voor GTP, waardoor het geactiveerd wordt. Hierna zal
Ras Raf rekruteren, maar niet d.m.v. fosforilatie, aangezien Ras geen kinase is. Raf is op zijn beurt wel
een kinase (MAP kinase kinase kinase) en zal MAPKK fosforileren. Dit leidt uiteindelijk tot fosforilatie
van transcriptiefactoren en dus een verandering in genexpressie. MAPK staat voor mitogen-activated
protein kinase, aangezien FGF en andere groeifactoren kunnen werken als mitogenen (zij stimuleren
cel proliferatie. FGF kan pathways triggeren die tot verandering van genexpressie leiden die cell
survival, celgroei, celdeling of celdifferentiatie promoten.
