Genoom samenvatting deel 1
DNA algemeen
DNA is te vinden in de celkern, bij eukaryoten dan. Daarnaast kan DNA ook gevonden worden in de
mitochondria.
De basis van DNA en RNA bestaat uit nucleotiden. Die nucleotiden zijn opgebouwd door DNA/RNA-
polymerase. De verschillende polymerases gebruiken specifieke substraten:
• DNA = dATP, dCTP dGTP, dTTP
• RNA = ATP, CTP, GTP, UTP
Nucleotiden worden aangebouwd aan de 3’-kant, waarbij een pyrofosfaat afsplitst van het substraat en
daarmee energie levert voor de binding.
Genen kunnen heel lang zijn. De lengte van een gen wordt voornamelijk bepaald door de hoeveelheid
intronen die in het gen zitten. Dat kunnen er heel veel zijn, zie alle grijze delen in dit plaatje:
Verder is in DNA te vinden:
• De (donker) rode stukken zijn eiwit-coderende stukken
• In het oranje de regulerende eiwit sequenties, zoals promotors en enhancers
• Repeterende sequenties
Het niet coderende DNA werd gezien als ‘junk DNA’, maar dat klopt niet. Niet-coderend DNA is niet
waardeloos. Er kan veel in gevonden worden, zoals dus de regulator sequenties, maar ook:
• De 3’ UTR (untranslated region), deze regio die loopt vanaf na het stopcodon tot de PolyA-staart
wordt wel omgezet in mRNA, maar komt niet in het eiwit
• De 5’ UTR die loopt van de 5’ cap tot het begin van het gen
• Pseudogenen, dat zijn genen die soortgelijk zijn aan normale functionerende genen, maar hun
erfelijke eigenschappen niet (meer) tot expressie brengen en daardoor niet functioneel zijn
In een gen zijn de volgende componenten terug te vinden:
1. Exons, dit is een tripletcode die codeert voor mRNA. In exons is het volgende te vinden:
- Triplet dat codeert voor het startcodon
- Triplet dat codeert voor het stopcodon
- De transcriptie start
- De 5’ UTR
- De transcriptie stop
- De 3’ UTR
, 2. Introns, dat zijn sequenties die coderen voor splice sites
3. Core-promotor en distale regulatoire gebieden, dat zijn sequenties die (algemene)
transcriptiefactoren binden.
Chromosomen algemeen
DNA is bij de mens verdeelt over 46 chromosomen:
• Er bestaan 22 homologe paren, de autosomale chromosomen
• Daarnaast hebben we twee geslachtschromosomen, de X en Y
Van elk tweetal chromosomen in een paar is er eentje afkomstig van de vader (paternaal) en eentje van
de moeder (maternaal).
Elke gewone cel in het lichaam, de somatische cellen, heeft 46 chromosomen en is daarmee diploïd. Een
uitzondering zijn de geslachtscellen, zij zijn haploïd en hebben maar 23 chromosomen. Daarnaast hebben
rode bloedcellen helemaal kern en dus geen chromosomen.
Een aantal getallen:
De lengte van het humane genoom 3.1 x 109 nucleotide paren (haploïd?)
Aantal genen dat codeert voor eiwitten Zo’n 20.000 genen
Percentage aan eiwit-coderende sequence 1%
Percentage andere veel gebruikt DNA 3.5%
Er zit veel overeenkomst tussen het genoom van de mens en van andere organismen. Dat is niet gek,
aangezien een cel een aantal basis mechanismen heeft, zoals DNA-replicatie, transcriptie, translatie, etc.
De eiwitten die betrokken zijn bij die processen, zullen in elke cel aanwezig zijn. Of het nou een menselijke
cel is of van een ander organisme. Een voorbeeld is de code voor de kleine ribosomale sub eenheid. Het
genoom van verschillende organismen heeft dus dezelfde basisblokken.
Een manier om chromosomen weer te geven:
Via zo’n plaatje zijn de verschillende chromosomen goed zichtbaar. Via een kleuring (Giemsa) kunnen
gecondenseerde chromosomen op deze manier worden weergegeven. Dit is echter een onrealistisch
beeld, want de chromosomen zijn hier gecondenseerd en niet verdubbeld, terwijl in de realiteit
chromosomen eerst verdubbelen in de S-fase en vervolgens condenseren in de M-fase. Ze zullen in de
gecondenseerde staat dus altijd verdubbeld zijn.
Bij chromosomen wordt de korte arm vaak aangeduid met P, en de lange arm met Q. De armen worden
van elkaar gescheiden in het centromeer.
,Op het plaatje zijn die rode bolletjes te zien op sommige chromosomen. Dat zijn clusters van kopieën van
rRNA genen op de korte arm van de chromosomen. Van die rRNA genen zijn altijd veel kopieën aanwezig.
Dit is van belang, omdat het ribosomale product vaak na creatie gelijk wordt ingebouwd in het ribosoom.
Aangezien het product gelijk al wordt gebruikt, kan het niet worden hergebruikt. Het RNA kan niet
meerdere keren worden afgelezen. Om veel rRNA te maken, moet het gen dus vaak worden afgelezen. Als
er veel genen zijn voor dat rRNA, gaat dat veel sneller.
Belangrijke onderdelen van een chromosoom:
Binnen chromosomen bestaat een structurele variatie. Bepaalde stukken in het genoom kunnen verschillen
per persoon, wat zorgt voor variatie:
• Single nucleotide variants (SNV’s), hierbij zit er tussen personen in 1 letter (nucleotide) een verschil.
Dit kan een zeldzame variatie zijn (ziekte), of veel voorkomen
• Single nucleotide polymorphism (SNP’s), dit is een variant van de SNV die veel voorkomt in de
populatie
• Indels, dit is een verzamelnaam voor stukjes gen waar iets extra tussen het DNA zit of iets weg is uit
het DNA
• Copy number variations (CNV’s), hierbij zit een stuk niet 1x op een chromosoom, maar zijn er
meerdere herhalingen van het stuk. Of en hoeveel herhalingen er zijn, kan per persoon verschillen.
Een allel is een variant van een gen. Elk persoon heeft van elk gen twee allelen, die meestal in code
verschillen. Welk allel deel uitmaakt van de genexpressie, bepaald bepaalde eigenschappen van een
persoon. Bij het verschil tussen allelen spelen SNP’s vaak een rol. Van een bepaald allel zijn er vaak maar 3
of 4 varianten in een populatie.
Het genoom lijkt zeer chaotisch ingedeeld: genen en andere functionele DNA-elementen liggen overal door
elkaar verspreid over het genoom, zonder ogenschijnlijke organisatie. Maar dit is niet waar. In een normale
situatie, tijdens de interfase, liggen chromosomen door elkaar heen in de kern, maar wel in bepaalde
chromosoom gebieden. Chromosomen hebben preferente, maar niet vaste, gebieden waarin ze zich vaak
bevinden. Dit kan verschillen per celtype. Homologe chromosomen hoeven niet per se bij elkaar te liggen.
De chromosomen bevinden zich dan in een compacte maar niet opgerolde staat.
In chromosomen zijn twee regio’s te onderscheiden:
• Heterochromatine, deze donker gekleurde structuur heeft een hoge dichtheid van DNA maar is
transcriptioneel inactief. Het zijn inactieve genen
• Euchromatine, deze lichte structuur heeft een relatief lage dichtheid DNA. Hierdoor is het DNA
transcriptioneel actief en zijn er dus actieve genen.
, Facultatief heterochromatine is een chromosoom gedeelte dat, afhankelijk van het celtype, zich in hetero-
dan wel euchromatine bevindt en daar tussen kan wisselen.
Histonen
DNA zit verpakt met histonen:
De histonen bepalen hoe dicht het DNA verpakt zit en dus hoe toegankelijk het DNA is voor genexpressie.
Die verpakking is niet per se statisch en wordt bepaald door:
• DNA-sequentie voorkeuren van histonen, of sequenties die juist niet binden aan histonen
• Histon chaperonnes, die reguleren de opbouw en afbraak van nucleosomen
• ATP-afhankelijke chromatine remodelers
• Factoren die hogere-orde structuur bepalen, zoals linker histon H1
• Modificaties aan histon staarten
De lokale chromatine-organisatie bepaalt de toegankelijkheid van het DNA voor allerlei andere eiwitten
die betrokken zijn bij alle processen die op DNA plaatsvinden: transcriptie, replicatie, repair, chromosoom
segregatie, etc.
DNA algemeen
DNA is te vinden in de celkern, bij eukaryoten dan. Daarnaast kan DNA ook gevonden worden in de
mitochondria.
De basis van DNA en RNA bestaat uit nucleotiden. Die nucleotiden zijn opgebouwd door DNA/RNA-
polymerase. De verschillende polymerases gebruiken specifieke substraten:
• DNA = dATP, dCTP dGTP, dTTP
• RNA = ATP, CTP, GTP, UTP
Nucleotiden worden aangebouwd aan de 3’-kant, waarbij een pyrofosfaat afsplitst van het substraat en
daarmee energie levert voor de binding.
Genen kunnen heel lang zijn. De lengte van een gen wordt voornamelijk bepaald door de hoeveelheid
intronen die in het gen zitten. Dat kunnen er heel veel zijn, zie alle grijze delen in dit plaatje:
Verder is in DNA te vinden:
• De (donker) rode stukken zijn eiwit-coderende stukken
• In het oranje de regulerende eiwit sequenties, zoals promotors en enhancers
• Repeterende sequenties
Het niet coderende DNA werd gezien als ‘junk DNA’, maar dat klopt niet. Niet-coderend DNA is niet
waardeloos. Er kan veel in gevonden worden, zoals dus de regulator sequenties, maar ook:
• De 3’ UTR (untranslated region), deze regio die loopt vanaf na het stopcodon tot de PolyA-staart
wordt wel omgezet in mRNA, maar komt niet in het eiwit
• De 5’ UTR die loopt van de 5’ cap tot het begin van het gen
• Pseudogenen, dat zijn genen die soortgelijk zijn aan normale functionerende genen, maar hun
erfelijke eigenschappen niet (meer) tot expressie brengen en daardoor niet functioneel zijn
In een gen zijn de volgende componenten terug te vinden:
1. Exons, dit is een tripletcode die codeert voor mRNA. In exons is het volgende te vinden:
- Triplet dat codeert voor het startcodon
- Triplet dat codeert voor het stopcodon
- De transcriptie start
- De 5’ UTR
- De transcriptie stop
- De 3’ UTR
, 2. Introns, dat zijn sequenties die coderen voor splice sites
3. Core-promotor en distale regulatoire gebieden, dat zijn sequenties die (algemene)
transcriptiefactoren binden.
Chromosomen algemeen
DNA is bij de mens verdeelt over 46 chromosomen:
• Er bestaan 22 homologe paren, de autosomale chromosomen
• Daarnaast hebben we twee geslachtschromosomen, de X en Y
Van elk tweetal chromosomen in een paar is er eentje afkomstig van de vader (paternaal) en eentje van
de moeder (maternaal).
Elke gewone cel in het lichaam, de somatische cellen, heeft 46 chromosomen en is daarmee diploïd. Een
uitzondering zijn de geslachtscellen, zij zijn haploïd en hebben maar 23 chromosomen. Daarnaast hebben
rode bloedcellen helemaal kern en dus geen chromosomen.
Een aantal getallen:
De lengte van het humane genoom 3.1 x 109 nucleotide paren (haploïd?)
Aantal genen dat codeert voor eiwitten Zo’n 20.000 genen
Percentage aan eiwit-coderende sequence 1%
Percentage andere veel gebruikt DNA 3.5%
Er zit veel overeenkomst tussen het genoom van de mens en van andere organismen. Dat is niet gek,
aangezien een cel een aantal basis mechanismen heeft, zoals DNA-replicatie, transcriptie, translatie, etc.
De eiwitten die betrokken zijn bij die processen, zullen in elke cel aanwezig zijn. Of het nou een menselijke
cel is of van een ander organisme. Een voorbeeld is de code voor de kleine ribosomale sub eenheid. Het
genoom van verschillende organismen heeft dus dezelfde basisblokken.
Een manier om chromosomen weer te geven:
Via zo’n plaatje zijn de verschillende chromosomen goed zichtbaar. Via een kleuring (Giemsa) kunnen
gecondenseerde chromosomen op deze manier worden weergegeven. Dit is echter een onrealistisch
beeld, want de chromosomen zijn hier gecondenseerd en niet verdubbeld, terwijl in de realiteit
chromosomen eerst verdubbelen in de S-fase en vervolgens condenseren in de M-fase. Ze zullen in de
gecondenseerde staat dus altijd verdubbeld zijn.
Bij chromosomen wordt de korte arm vaak aangeduid met P, en de lange arm met Q. De armen worden
van elkaar gescheiden in het centromeer.
,Op het plaatje zijn die rode bolletjes te zien op sommige chromosomen. Dat zijn clusters van kopieën van
rRNA genen op de korte arm van de chromosomen. Van die rRNA genen zijn altijd veel kopieën aanwezig.
Dit is van belang, omdat het ribosomale product vaak na creatie gelijk wordt ingebouwd in het ribosoom.
Aangezien het product gelijk al wordt gebruikt, kan het niet worden hergebruikt. Het RNA kan niet
meerdere keren worden afgelezen. Om veel rRNA te maken, moet het gen dus vaak worden afgelezen. Als
er veel genen zijn voor dat rRNA, gaat dat veel sneller.
Belangrijke onderdelen van een chromosoom:
Binnen chromosomen bestaat een structurele variatie. Bepaalde stukken in het genoom kunnen verschillen
per persoon, wat zorgt voor variatie:
• Single nucleotide variants (SNV’s), hierbij zit er tussen personen in 1 letter (nucleotide) een verschil.
Dit kan een zeldzame variatie zijn (ziekte), of veel voorkomen
• Single nucleotide polymorphism (SNP’s), dit is een variant van de SNV die veel voorkomt in de
populatie
• Indels, dit is een verzamelnaam voor stukjes gen waar iets extra tussen het DNA zit of iets weg is uit
het DNA
• Copy number variations (CNV’s), hierbij zit een stuk niet 1x op een chromosoom, maar zijn er
meerdere herhalingen van het stuk. Of en hoeveel herhalingen er zijn, kan per persoon verschillen.
Een allel is een variant van een gen. Elk persoon heeft van elk gen twee allelen, die meestal in code
verschillen. Welk allel deel uitmaakt van de genexpressie, bepaald bepaalde eigenschappen van een
persoon. Bij het verschil tussen allelen spelen SNP’s vaak een rol. Van een bepaald allel zijn er vaak maar 3
of 4 varianten in een populatie.
Het genoom lijkt zeer chaotisch ingedeeld: genen en andere functionele DNA-elementen liggen overal door
elkaar verspreid over het genoom, zonder ogenschijnlijke organisatie. Maar dit is niet waar. In een normale
situatie, tijdens de interfase, liggen chromosomen door elkaar heen in de kern, maar wel in bepaalde
chromosoom gebieden. Chromosomen hebben preferente, maar niet vaste, gebieden waarin ze zich vaak
bevinden. Dit kan verschillen per celtype. Homologe chromosomen hoeven niet per se bij elkaar te liggen.
De chromosomen bevinden zich dan in een compacte maar niet opgerolde staat.
In chromosomen zijn twee regio’s te onderscheiden:
• Heterochromatine, deze donker gekleurde structuur heeft een hoge dichtheid van DNA maar is
transcriptioneel inactief. Het zijn inactieve genen
• Euchromatine, deze lichte structuur heeft een relatief lage dichtheid DNA. Hierdoor is het DNA
transcriptioneel actief en zijn er dus actieve genen.
, Facultatief heterochromatine is een chromosoom gedeelte dat, afhankelijk van het celtype, zich in hetero-
dan wel euchromatine bevindt en daar tussen kan wisselen.
Histonen
DNA zit verpakt met histonen:
De histonen bepalen hoe dicht het DNA verpakt zit en dus hoe toegankelijk het DNA is voor genexpressie.
Die verpakking is niet per se statisch en wordt bepaald door:
• DNA-sequentie voorkeuren van histonen, of sequenties die juist niet binden aan histonen
• Histon chaperonnes, die reguleren de opbouw en afbraak van nucleosomen
• ATP-afhankelijke chromatine remodelers
• Factoren die hogere-orde structuur bepalen, zoals linker histon H1
• Modificaties aan histon staarten
De lokale chromatine-organisatie bepaalt de toegankelijkheid van het DNA voor allerlei andere eiwitten
die betrokken zijn bij alle processen die op DNA plaatsvinden: transcriptie, replicatie, repair, chromosoom
segregatie, etc.
