E modules week 2
Het centraal dogma: gaat over hoe DNA wordt omgezet tot eiwitten.
Verschillen DNA/RNA
1. U in plaats van T
2. Enkelstrengs in plaats van dubbelstrengs
3. Ribose als suiker in plaats van deoxyribose
4. Kan basenparen met zijn eigen streng waardoor hij in een specifieke vorm kan vouwen.
RNA wordt opgebouwd in de richting 5’ 3’, de DNA template strand wordt dus afgelezen van 3’
5’.
Verschillen DNA polymerase en RNA polymerase:
1. RNA polymerase bouwt ribonucleotiden aan
2. RNA polymerase heeft geen primer nodig om te starten
Verschillende soorten RNA
Type RNA Functie
mRNA Messenger RNA; Coderen voor eiwitten
rRNA Ribosomal RNA; vormen de basisstructuur van
ribosomen.
tRNA Transfer RNA; dienen als adaptor tussen mRNA
en aminozuren.
snRNA Small nuclear RNA; hebben een functie in een
aantal processen in de kern, zoals het splicen
van pre-mRNA
snoRNA Small nucleolar RNA; helpen bij het processen
en chemisch modificeren van rRNA
miRNA MicroRNA; reguleren genexpressie door de
translatie van een bepaald mRNA te blokkeren
waardoor het afbreekt.
siRNA Small interfering RNA; zetten gen expressie uit
door specifieke mRNA’s af te breken en
compacte chromatine structuren te vormen.
piRNA Piwi-interacting RNA; bindt aan het piwi eiwit
en beschermd de kiemlijn voor
transponeerbare elementen (een DNA-
sequentie die zijn positie binnen een genoom
kan veranderen)
lncRNA Long noncoding RNA; dienen als scaffolds;
reguleren celprocessen zoals de X-
chromosomale activatie.
,Transcriptie bacterie
De transcriptie bij bacteriën gebeurt met een RNA polymerase (core enzym) en een sigmafactor, deze
assisteert de RNA polymerase in het herkennen en aflezen van het signaal in het DNA waar de
transcriptie moet starten (promotor). Samen worden deze de RNA polymerase holoenzyme
genoemd. De promotor is de sequentie die wordt herkend en waar de transcriptie dus start. Het
complex bindt hier stevig aan vast doordat de sigmafactor interacties aan gaat met de basenparen
die blootgesteld zijn aan de buitenant van de DNA helix. De dubbele helix wordt opengebroken door
de RNA polymerase holoenzyme. Er ontstaat een transcriptiebubbel. Hij wordt stabiel gehouden
doordat de sigmafactor aan één van de twee ongepaarde DNA strengen bindt. De andere streng
wordt als template gebruikt. De (ongeveer) eerste 10 nucleotiden worden gesynthetiseerd door
scrunching, de RNA polymerase trekt de DNA streng door zijn active site terwijl hij gebonden blijft
aan de promotor. De transcriptiebubbel wordt daardoor groter. Hierdoor ontstaat er spanning
waardoor het core enzym los laat van de sigmafactor en de transcriptie voorzet. Breekt het core
enzym niet los dan worden er steeds kleine stukjes RNA gevormd. Dit proces wordt abortive initiation
genoemd. De RNA polymerase kan nu verder gaan met het synthetiseren (elongatie) van het RNA.
Wanneer hij de signaalsequentie van de terminator tegenkomt stopt de transcriptie (hairpin). De
vrije RNA polymerase bindt weer met een sigmafactor en het proces kan weer opnieuw
beginnen.Een consesus nucleotide sequentie: een vergelijking van veel sequenties met dezelfde
functie en het optellen van de meest voorkomende nucleotiden.
(Figuur 6-11)
De promotor bepaalt de richting van transcriptie
De oriëntatie waarin de RNA-polymerase aan de promotor kan binden bepaalt welke streng van het
DNA er afgelezen gaat worden en in welke richting de RNA-polymerase gaat bewegen. Dit wordt
veroorzaakt doordat de promotor asymmetrisch is, hij heeft van links naar rechts dus een andere
sequentie dan van rechts naar links. De RNA-polymerase past hierdoor maar op één manier op het
DNA.
(figuur 6-13)
Transcriptie eukaryoten
Eukaryote transcriptie maakt gebruik van drie soorten RNA-polymerases:
1. RNA polymerase l : 5.8S, 18S en 28S rRNA genen.
2. RNA polymerase ll : alle eiwitcoderende genen, snoRNA genen, miRNA genen, siRNA genen,
lncRNA genen, en de meeste snRNA genen.
3. RNA polymerase lll : tRNA genen, 5S rRNA genen, sommige snRNA genen en genen voor
andere RNA’s.
Eukaryoten hebben daarnaast veel transcriptiefactoren nodig, in tegenstelling tot bacteriën die enkel
de sigmafactor nodig hebben. Daarnaast moet de transcriptie initiatie bij eukaryoten plaats vinden
op DNA dat verpakt is in nucleosomen, en andere chromatine structuren, bacteriën hebben dit niet.
(tabel 6-2)
,Algemene transcriptiefactoren
De algemene transcriptiefactoren zorgen voor de initiatie van de gen transcriptie door RNA-
polymerase ll. De promotor bevat een sequentie, de TATA box genaamd. 25 nucleotiden verderop
begint de transcriptie. TFllD (transcription factor for polymerase ll …) heeft een subunit TBP (tata
binding protein). Deze herkent de TATA box en bindt hier aan. Dit veroorzaakt een verstoring in het
DNA van de TATA box. Andere factoren verzamelen zich dan, waaronder RNA-polymerase ll. Al deze
factoren samen vormen een transcriptie initiatie complex. TFllH bevat helicase activiteit, hierdoor
wordt de DNA dubbele helix opengebroken en kan de RNA polymerase de template strand aflezen.
Zoals ook bij bacteriën het geval is, blijft de RNA polymerase eerst aan de promotor zitten en
synthetiseert korte stukjes RNA totdat conformatieveranderingen ervoor zorgen dat hij los kan laten
van de promotor en de elongatie kan beginnen. Deze conformatie verandering wordt mede
veroorzaakt door het aanbouwen van fosfaatgroepen aan de staart van de RNA polymerase (CTD). De
staart bestaat uit een herhaling van 7 aminozuren, het 5 e aminozuur serine wordt gefosforyleerd
door TFllH, hierdoor laat de RNA polymerase los van de andere transcriptiefactoren. De interacties
met het DNA worden ook sterker en het bindt eiwitten die er voor zorgen dat het over langere
afstanden kan transcriberen. Zodra de elongatie begint laten de meeste transcriptie factoren los.
Een andere functie van de gefosforyleerde CTD is dat het zorgt voor het binden van RNA-processing
componenten aan de polymerase, ze modificeren het nieuwe gesynthetiseerde RNA.
(figuur 6-15)
Activator/mediator/chromatine modificerende eiwitten (transcriptie initiatie)
Voor de transcriptie initiatie zijn meer factoren nodig, dit wordt veroorzaakt doordat het DNA is
verpakt in nucleosomen en chromatine structuren. De eerste die nodig is, is een transcriptional
activator. Deze moet binden aan specifieke sequenties in het DNA, enhanchers genaamd, deze helpt
met het aantrekken van de RNA polymerase ll zodat de transcriptie kan starten. Daarnaast is er een
mediator nodig. Deze zorgt voor communicatie tussen de activator en de RNA polymerase ll. Ook zijn
er chromatine modificerende complexen nodig en histon modificerende complexen. Deze bepalen de
toegankelijkheid van het DNA.
(figuur 6-18)
Benodigde eiwitten voor transcriptie elongatie
Er zijn een aantal elongatie factoren nodig voor de elongatie bij zowel bacteriën als eukaryoten. Deze
eiwitten zorgen ervoor dat de RNA polymerase aan het DNA gebonden blijft tijdens de elongatie.
Eukaryoten hebben daarnaast ook nog ATP-dependent chromatin remoddeling complexen en
chaperone eiwitten nodig. Omdat het DNA ‘’verpakt’’ ligt.
Transcriptie veroorzaakt superhelical stress
Wanneer het DNA onder spanning komt te staan, ontstaat er DNA supercoiling. RNA polymerase
veroorzaakt dit wanneer het langs het DNA beweegt die nog vast zit aan zijn uiteinde. Ook een
helicase bijvoorbeeld veroorzaakt dit. Een DNA topoisomerase knipt in het DNA waardoor de
spanning weg gaat.
In bacteriën is er een speciale DNA gyrase die als topoisomerase dient. Hij gebruikt energie afkomstig
van ATP hydrolyse om supercoils in het DNA te maken. Dit zijn negatieve supercoils, die dus
tegenovergesteld zijn aan de positieve supercoils.
, (figuur 6-19)
Elongatie in eukaryoten hangt ook af van RNA processing
Het RNA moet gecapped, gespliced en polyadenylation ondergaan. Dit gebeurt meteen na de
transcriptie. De fosforylering van de CTD staart is nodig om deze processen op het juiste moment en
in de juiste volgorde te activeren. De fosforylatie zorgt er ten eerste voor dat de RNA-polymerase
loslaat van de andere transcriptiefactoren. Daarnaast zorgt het voor de nieuwe binding van eiwitten
aan de staart van de RNA-polymerase.
RNA capping
RNA capping is de eerste modificatie die plaatsvindt zodra het RNA getranscribeerd is. Dit gebeurt
wanneer het RNA uit 25 nucleotiden bestaat. De cap wordt aan de 5’ kant van het RNA molecuul
geplaatst. De cap is positief geladen. Het bestaat uit een gemodificeerde guanine, het is een guanine
met een CH3 groep er aan. Allereerst verwijderd een fosfatase de fosfaatgroep van het 5’ uiteinde.
Vervolgens plakt een guanyl transferase een GMP aan het 5’ uiteinde. Het 5’ uiteinde van de guanine
wordt bevestigd aan het 5’ uiteinde van het RNA. Daarna plakt een methyl transferase een
methylgroep aan de guanine. Dit vormt dus een 7 methyl guanine die vast zit aan het mRNA met een
5’ 5’ trifosfaatbrug. Alleen RNA polymerase ll heeft een CTD staart met capping enzymen, dus alleen
mRNA’s hebben een cap. Andere RNAs hebben dus geen 5’ cap.
(figuur 6-21)
CTD staart
De CTD staart bestaat uit herhalingen van 7 aminozuren. Wanneer de 5 e, Ser5 wordt gefosforyleerd
zal dit zorgen voor een conformatieverandering waardoor de RNA polymerase los laat van de
promotor. Tegelijkertijd trekt het RNA polymerase hierdoor capping eiwitten aan. Zodra de 5’ kant
van de nieuw gesynthetiseerde RNA uit de RNA polymerase komt (na 25 nucleotiden) wordt de cap
op het RNA molecuul geplaats. Vervolgens fosforyleerd een kinase de Ser 2 op de CTD staart, dit trekt
splicing eiwitten aan. Deze kunnen werken op het RNA molecuul en vervullen splicing waardoor de
intronen weg worden geknipt. Vervolgens wordt Ser5 gedefosforyleerd, dit trekt polyadhenilerings
eiwitten aan, deze werken op de 3’ kant van het RNA molecuul en maken de poly-A staart.
Splicing
De introns moeten worden verwijderd zodat de coderende exons overblijven. Dit gebeurt door RNA
splicing. Elke keer dat er gespliced wordt, wordt er één inton verwijderd. De aanwezigheid van
meerdere intronen, maakt genetische recombinatie mogelijk. Specifieke nucleotide sequenties
bepalen waar er gespliced gaat worden, namelijk AGlGU en A … AGlG. Spliceosomen voeren de
splicing uit. Ze bestaan uit 5 verschillende RNA moleculen: U1, U2, U4, U5, U6 en worden snRNAs
genoemd. Deze hebben 7 eiwit subunits en vormen zo een snRNP.
(figuur 6-28)
Een U1 snRNP basenpaart met de 5’ splice sequentie. De BBP en U2AF herkennen branchpoint A en
binden hier aan. U2 snRNP vervangt BBP en U2AF en basenpaart met branch point A. Vervolgens
bindt het U4/U6●U5 snRNP. De U4 en U6 unit worden bij elkaar gehouden door basenparing.
Wanneer deze basenparing wordt verbroken kan U6, U1 vervangen aan de 5’ splice kant (figuur 6-
