Uitwerkingen colleges: Moleculaire Cel Biologie
College 1A H4 p. 187 – 193
Basisbegrippen DNA:
- Opgebouwd uit nucleïnezuren (4 soorten monomeren) die samen een polypeptide
vormen.
- Dubbelstrengs DNA ontstaat door waterstofbruggen tussen de basen.
- Helix antiparallel.
- Altijd 5’ naar 3’ koppeling via fosfor-di-esters.
- Biosynthese 5’ naar 3’ richting.
- Polymeren via covalente verbindingen.
Prokaryoten: nauwelijks controle over de transcriptie, door de vouwing van het DNA
(lokalisatie).
Organisatie DNA in een eucaryotische cel: in tegenstelling tot prokaryoten ligt het DNA
van eukaryoten in hoge mate geordend in de kern met als gevolgen betere controle over
genexpressie, activatie en de-activatie van complete chromatine-gedeeltes.
- Gepaarde chromosomen: komen in koppels voor (homologe chromosomen) dus
niet de geslachtschromosomen (heterosomen).
- Telomeer: eindpunten van de chromosomen, die in een bepaalde sequentie
voorkomen waardoor dit herkent kan worden. Zorgt ervoor dat deze niet
ongelimiteerd kan repliceren.
- Centromeer: chromosomen die gedupliceerd zijn, maar nog steeds aan elkaar
zitten. Het zorgt ervoor dat de kopieën naar hun eigen dochtercel “getrokken”
worden. Het wordt herkend door bepaalde histon eiwitten om het centromeer te
herkennen.
• Bevat speciale histon eiwitten.
- Origin of replicatie: om de replicatie zo snel mogelijk plaats te laten vinden, zodat
de DNA synthese op meerdere plekken kan beginnen.
- Heterochromatine: dichtgepakt chromatine, het DNA is niet toegankelijk voor gen
transcriptie en worden dus niet afgelezen (inactief).
- Euchromatine: lichter gepakt chromatine, de genen die wel afgelezen kunnen
worden (actief).
Chromatine: de eiwitten die binden aan het DNA van eukaryoten chromosomen zijn op te
delen in histonen en niet-histon chromosomale eiwitten.
Histonen zijn verantwoordelijk voor de packing van de chromosomen, ook wel het
nucleosoom. Het is dus een eiwit met het DNA (ongeveer 200 baseparen) eromheen.
- DNA draait om histonen heen om compacter te worden en vervolgens draait het
verder door tot een chromatine fiber (interfase).
- Nucleoase kan elke histon weer knippen, zodat alleen het nucleosoom kerndeeltje
(linker-DNA) overblijft.
• Bestaat uit DNA en de histon kern (8 histoneiwitten dat een combinatie is uit 4
histonparen, H2A,H2B,H3,H4).
• Op basis van waterstofbruggen en lading (DNA negatief en histon-eiwitten
positief geladen) gevormd.
Histon-eiwitten: hebben allemaal dezelfde histon-vouw, ook wel histone fold in het Engels
(lange alfa helix, geflankeerd door 2 korte alfa helices met een kleine loop).
1
,Uitwerkingen colleges: Moleculaire Cel Biologie
- Bij het samenvoegen bindt de histon-vouw als eerste om de H3-H4 te vormen en
H2A-H2B dimeren. De H3-H4 dimeren worden gecombineerd tot tetrameren.
Vervolgens combineert deze met twee H2A-H2B dimeren om een compacte
octameer kern te vormen die rond het DNA draait.
• Een histon-eiwit kan een dimeer vormen door in elkaar draaien met een
ander histon-eiwit (histon handshake). Dit gebeurt bij de vorming van het
dimeer H2A-H2B en H3-H4.
- Dienen onder andere als herkenningspunt voor DNA bindende eiwitten.
- N-terminus: langere en minder gestructureerde staart, steekt uit de nucleosomen en
is toegankelijk.
- Vouwen al ons DNA, dus algemeen DNA herkennen en dus niet op sequentie.
Binnen organismen erg behouden, dus lijken op elkaar.
Verandering in het DNA:
- Nucleosomen zijn dynamisch, maar worden daarbij geholpen door eiwitten: het laat
soms heel kort even het DNA los, zodat eiwitten ze kunnen herkennen en vervolgens
kan deze een complex vormen met het nucleosoom.
- Chromatine remondelling complexen: kan ervoor zorgen dat het DNA losser gaat
zitten om de histon of dat de histon-eiwitten van positie veranderen.
• Hydrolyse van ATP (energie) zorgt ervoor dat het DNA relatief van de histon
kern schuift, waardoor het eiwitcomplex de structuur van de nucleosoom
tijdelijk verandert, waardoor het DNA minder strak om de histon kern
gebonden zit. Doordat dit in herhaalde mate voorkomt kan het de nucleosoom
verschuiving katalyseren. Dit zorgt er op zijn beurt weer voor dat specifieke
gebieden van het DNA toegankelijk wordt voor het binden van andere
eiwitten.
- Histon chaperonne bij DNA remodeling: hierbij er een katalyse ontstaan van een
uitwisseling van H2A-H2B histonen of de volledige verwijdering van het octameer
kern uit het DNA. Als het DNA volledig loslaat zullen de histonen uit het nucleosoom
gehaald kunnen worden door de histon chaperonne. Het vrije DNA kan opgevuld
worden door een ander histon kern die ook geassisteerd wordt door een histon
chaperonne.
Histon H1 eiwit (linker histon) bevindt zich niet in de kern van het nucleosoom, maar daar
waar het DNA uit de draaiing vrijkomt. Het bindt aan het DNA dat eruit komt en het DNA dat
om de histon core heen zit, zodat het DNA wat dichter bij de kern te trekken zodat het DNA
net wat extra gedraaid wordt (histonen ten opzichte van elkaar).
College 1B H4 p. 194 – 216
Epigenetica: wetenschap die zich bezighoudt met overerving van eigenschappen die niet
ontstaan door veranderingen in nucleotide sequentie, maar door (verandering in): gen-
regulerende eiwitten en erfelijke modificaties van histon-eiwitten en DNA.
- Gebeuren omdat als we bij een stamcel beginnen dan moeten alle andere cellen
(differentiëren) toegankelijk zijn.
- Somatic cellen: cel die niet tot de geslachtscellen behoort.
- Germ cel: oerkiemcel.
2
,Uitwerkingen colleges: Moleculaire Cel Biologie
De genen die niet meer nodig zijn worden uitgezet door ze in een andere chromatine
toestand te brengen, zodat ze niet meer tot expressie komen. De verschillende gebieden
worden gescheiden door een barrière, die kan wegvallen of verplaatsen.
- Heterochromatine: compact DNA (inactieve genen). Probeert zich uit te spreiden,
waardoor omliggende genen ook inactief worden (positie effect). Heterochromatine
komen in verschillende vormen voor, sommige worden gevonden in grote blokken in
en rond de centromeren en bij de telomeren. Ook komt het op vele andere gebieden
op het chromosoom voor, waar het de ontwikkelingsrelevante genen helpt met
reguleren.
- Euchromatine: losser DNA (actieve genen).
Histon-eiwitten modificeren:
- HATs en HDACs zetten acetylgroep erop of eraf zetten.
• Correleert altijd met de gen activiteit.
- HMTs en HDMs: zijstaarten methyleren en demethyleren.
• Kan leiden tot transcriptie activatie of repressie (onderdrukking). De functie is
afhankelijk van welke aminozuren in de histonen zijn gemethyleerd en
hoeveel methylgroepen gebonden zijn.
Post translationele modificaties: chemische modificaties van een eiwit (aminozuur sequentie)
na de translatie. Meeste modificaties vinden plaatsen op lysine (basische stikstof, amine).
- Modificaties kunnen ook weer omgedraaid (reversibel) worden, dus een dynamisch
patroon dat zich aanpast aan de situatie.
- Aantrekken van eiwitten die de modificatie herkennen.
Het lezen van een histon-code door een code-reader complex: een groot eiwit complex van
verschillende elementen (modulus), die kan binden aan de modificaties op de histon-eiwitten
die bij elkaar gebracht worden door een scaffold platform eiwit om het aflezen
geconcentreerd op één punt te maken. Het kan leiden tot het rekruteren van andere eiwitten
met katalytische activiteit om bijvoorbeeld andere locatie van de nucleus van het DNA etc.
- De code wordt uitgelezen en gekoppeld aan een bepaalde functie.
- Het uitlezen gebeurt door de individuele onderdelen in het complex die bepaalde
modificaties kan herkennen (door pockets). Het gaat dus niet alleen om bijvoorbeeld
de methylering, maar vooral in de context van (omgeving/omliggende aminozuren).
Overerving chromatine organisatie bij replicatie: als het DNA zich deelt, dan worden de
histon-eiwitten verdeeld over de nieuwe kopieën. Vervolgens herkennen de oude histon-
eiwitten, epi genetische modificaties en de gebonden enzymen herkennen de nieuwe
naastliggende histon-eiwitten (kettingreactie).
- Reader-writer complex verspreid chromatine veranderingen langs het chromosoom.
Het writer enzym creëert een specifieke modificatie op één of meer van de vier
nucleosomale histonen. Door een transcriptie regulerend eiwit wordt een specifieke
zijde op het chromosoom gerekruteerd en de writer werkt samen met een reader
eiwit om de modificatie te verspreiden, door gebruik te maken van het reader-writer
complex. Het is cruciaal dat de reader dezelfde histon modificatie punt dat de writer
produceert herkent, zodat deze kan binden en de writer kan activeren.
De kettingreactie van het doorgeven van de modificaties aan naastliggende histonen moet
uiteindelijk stoppen. Dit kan doormiddel van verschillende remprocessen met behulp van
3
, Uitwerkingen colleges: Moleculaire Cel Biologie
barrière eiwitten. Zowel in de vorm van een fysieke barrière als een enzymatische
barrière.
- Het vastbinden van een gebied van de chromatine aan een groot vast gebied, zodat
het nucleair poriëncomplex een barrière kan vormen dat de verspreiding van het
heterochromatine stopt.
- Het strakker binden van de barrière eiwitten aan een groep nucleosomen zorgt
ervoor dat de chromatine bestendigd is tegen de verspreiding van heterochromatine.
- Door het rekruteren van een groep histon gemodificeerde enzymen met een hoge
activiteit kunnen barrières de histon-markeringen die nodig zijn voor de verspreiding
van de heterochromatine verwijderen.
Chromosomen in de interfase bezetten discrete gebieden in de celkern, ze zijn dus niet
uitgebreid met elkaar verweven zijn. Euchromatine vormt het grootse deel van de interfase-
chromosomen en, wanneer het niet wordt getranscribeerd, bestaat het waarschijnlijk als een
dicht opeengepakte compact nucleosoom. Wel wordt het onderbroken door
heterochromatine, waarbij de nucleosoom extra strak verpakt is waardoor het DNA resistent
is tegen genexpressie. Dit euchromatine gebied zorgt ervoor dat veel eiwitten kunnen
binden.
De binnenkant van de nucleus is erg dynamisch waarbij de heterochromatine vaak
gepositioneerd zijn bij de nucleaire envelop en lussen van chromatine. Deze verplaatsen
zich van hun chromosoomgebied wanneer genen zeer sterk tot expressie worden gebracht.
Dit reflecteert het bestaan van nucleaire sub compartimenten waar verschillende
biochemische reacties gefaciliteerd worden bij een vergrootte concentratie van de
geselecteerde eiwittenen RNA.
- De positie van het chromosoom in de celkern bepaalt de mate van expressie.
• Gebieden dichter bij het midden van de kern zitten zijn transcriptie rijke
gebieden, dus zullen meer uitvouwen.
• Dichter bij de wand: grote kans dat het gen uitstaat.
Gedurende de mitose stopt de genexpressie en alle chromosomen nemen een sterk
gecondenseerde conformatie aan in een proces dat vroeg in de M-fase begint, het
verpakken van twee DNA-moleculen van elk gerepliceerde chromosoom in als twee
afzonderlijk gevouwen chromatine. De condensatie wordt bereikt door de histon modificaties
die de packing faciliteren, om dit proces te voltooien, dus dat de eind-to-eind afstand van elk
DNA-molecuul verkleind wordt tot de interfase lengte, zullen er extra eiwitten nodig zijn.
College 2A H4 p. 216 – 234
De mens heeft ongeveer 30 duizend genen, maar ongeveer 1,5% van de DNA sequentie is
coderend voor eiwitten (exonen). Ongeveer 3,5% van de DNA sequentie die niet codeert
voor eiwitten zijn geconserveerd, maar zorgen voor bijvoorbeeld de regulatie. Ongeveer
50% van het DNA is junk DNA, sequenties die niet geconserveerd zijn en ook geen functie
hebben.
Foutenpercentage (error rate) van de DNA replicatie is 1:1010 nucleotiden, dus 1 op de 10
miljard nucleotiden worden fout gerepliceerd. Dit betekent dus dat per 1 miljoen jaar 0,1%
van de baseparen in het genoom verandert. Meestal wordt dit veroorzaakt door een
puntmutatie (vaak in het laatste basepaar van een codon), maar er zijn ook andere
processen die resulteren in veranderen van het genoom:
4
