HOOFDSTUK 6: PRINCIPES VAN GEN REGULATIE EN EPIGENETICA
Cis en trans acting
- Regulatorische sequenties: promotors, enhancers & silencers
- cis acting regulatorisch element
o DNA of RNA sequentie die reguleert op zijn eigen DNA streng
o Bv promotor reguleert eigen coding DNA streng
o Kan op redelijke afstand van gen liggen
o Reguleert 1 gen of 1 allel
- Trans acting regulatorisch element
o RNA of eiwit dat diffundeert
reguleert op afstand
o Product gen z diffundeert & bindt regulatorisch element (korte DNA seq)
o Reguleert beide allelen v/e gen
o Meerdere genen tegelijk reguleren
- Regulatie = combo van cis & trans
o Enhancer (cis) & transcriptiefactor (trans) die erop bindt
o miRNA bindende seq (cis) & miRNA (trans) dat erop bindt
- Cis acting elementen in RNA
o Cis regulatie op mRNA niveau via 5’ en 3’ UTR
o Gebonden door trans activerende eiwitten en miRNA’s
o Veel voorkomend, vooral miRNA bidning op 3’UTR
GENETISCHE REGULATOREN VAN GENEXPRESSIE
PROMOTORS
= aan/uit knop van genen
- RNA pol II schrijft eiwit coderende genen, lncRNA’s & miRNA’s af
o Vormt groot transcritpe initiatie complex met algemene transcriptiefactoren
o Vormt op consensus sequentie i/d buurt van transcriptie start plaats = promotor
- RNA pol I schrijft meeste ribosomale RNA’s af
- RNA pol III schrijft tRNA genen, 1 ribosomaal RNA en sommige kleine RNA’s af
Consensus sequentie
- RNA pol II promotor bevat typisch
o BRE = TFIIB recognition element
o TATA box
o Inr = initiator element met A transcriptie startplaats
o DPE = downstream core promotor element
- Veel voorkomende elementen
o Geen ervan nodig noch voldoende voor promotor activiteit
- vele promotors hebben geen van deze elementen
1
,ENHANCERS & SILENCERS
- cis acting sequenties van 4-9bp
- bevinden stroomopwaarts & stroomafwaarts
o in vele gevallen binnen 1,5kb maar vaak verder
- enhancer = versterken expressie
- silencer = onderdrukken expressie
- boundary sequentie
o insulators = blokkeren interactie tss enhancer & promotor door regulatorische eiwitten te
binden
o barrière elementen tss euchromatine & heterochromatine
- OPGELET gràot verschil tss epigentische & genetische boundary sequenties
- Transcriptiefactoren zijn DNA bindende eiwitten
o binden op cis acting sequenties
- combinatorial: vershcillende transcriptiefactoren binden tegelijkertijd
- co-activatoren & co-repressoren
o moduleren actie van transcriptiefactoren zonder dat ze DNA binden
o werken via eiwit-eiwit interacties met regulatorische eiwitten
Topologically associating domains = TADs
- = genomische regio die promotor-enhancer interacties limiteert
o Stukken DNA die interageren met elkaar
- afgebakend door boundaries
- evolutionair geconserveerd tss species
- bepaald via genoomwijde interactie studies
- correlatie met chromatine structuur domeinen
- verklaren hoe deleties en inversies nabijgelegen genen buiten deletie of inversie kunnen beïnvloeden
- CCCTC binding factor = CTCF
o Zink finger insulator proteïne
o Bindt consensus sequentie met drie repeats van CCCTC
o Kan interacties tss enhancer & promotor beperken
o Aangerijkt aan TAD boundaries
- Foute expressie van WNT6 dmv mislocalisatie van enhancers v/e nabijgelegen gen
=> syndactylie i/h F-syndroom
o Inversie aanwezig
o Foute regulatie v/h gen
- Overexpressie van LMNB1 dmv deletie van boundary leidt tot ADLD
o ADLD = neurologische ziekte
o Foute regulatie want enhancer zorgt vr regulatie maar werken in op verkeerde gen
DNA bindende motieven
- Zink finger motief
- Zink finger dimer binding op DNA
- Leucie zipper monomeer = alfa helix
o Eiwitten in helix gestabiliseerd dmv H-brug
o Om de zoveel leucine aan zelfde kant gelegen
o Leucines herkennen elkaar & zitten als wasknijper samen
2
,PAX6 gen
- Voorbeeld van enhancers op grote afstand
- Beide enhancers gelegen in intron van naburig gen
- Enhancer = cis acting & weefselspecifiek
RNA SPLICING & RNA EDITING
- Splice donor = GT of GU op RNA niveau
- Lasso gevormd & aanhechting op branch site
- Cis acitng regulaotirsche RNA elementen, meestal 6bp
- Exonisch of intronisch => dicht bij splice juncties
- Reguleren splicing & zorgen voor alternatieve splicing
- Exonic splice enhander & silencer
intronic splice enhancer & silencer
o Reguleert mee splicing
Alternatieve splicing
- Variatie in intron-exon junctions door gebruikt alternatieve donor/accepotr
- Exon skipping
- Alternatieve exonen
- Verschillende transcripten = isovormen
o Bij lager organsimen minder alternatieve vormen
- Vaak weefsel specificiteit => specifieke transcripten per weefsel
- Specifieke transcritpen bij bepaalde ontwikkelingsstadia
- Isovormen voor verschillende cellulaire compartimenten of vr secretie
- Voor CDKN2A gen
o Overlappende genen
o Uniek in mens genoom
o Produceert 2verschillende tumor supressor genen
o Exon 2 vertaald in twee verschillende leesramen
o 2eiwitten p14 en p16
TRANS ACTING REGULATORISCHE EIWITTEN
Regulatie Fe opname
- Fe3+ & Fe2+ = belangrijke cofactor voor vele enzymes MAAR toxisch in hoge dosis
- Regulaite via ferritine & transferrine = Fe bindende eiwitten
o Transferine transporteert Fe
o Ferritine vormt hol sferisch complex dat overmaat Fe kan stockeren
=> toxiciteit voorkomen
- Regulatie zonder verandering in productie van mRNA’s
- Regulatie van translatie
- Voorbeeld hoe RNA bindende eiwitten direct translatie initiatie stil leggen of mRNA stabiliteit
beïnvloeden
- Veel sneller dan transcriptionele controle
- Iron respons elementen: gebonden door IRE binding protein
- Aanwezig in 5’UTR van ferritine H-keten EN 3’UTR van transferrine
- Gaat met zichzelf basenparen als niet gaat => lus gevormd
3
, IRE = iron regulatory element = = iron response element
IRP = iron regulatory protein
- Ijze niveau hoog => IRP bindt Fe => conformationele verandering
=> Fe vrijgegeven van IRE => translatie gaat verder
- Ijzer niveau laag => IRP bindt IRE & inhibeert translatie
- IRE aanwezig in 5’
MIRNA’S & MIRNA SPONZEN
- Kleiner RNA moleculen met zeer belangrijke regulatorische rol
binden mRNA moleculen, regulatie van transcriptie
=> verhinderen translatie & verhogen afbraak van mRNA moleculen
- Vrom van RNAi => processing via zelfde mechanisme
- 1000-en miRNA’s in mens genoom
- Reguleren meer dan 50% alle genen
- 1miRNA bindt 100den genen
o In zoogdieren gebonden aan 3’UTR
- Mismatch meestal toegelaten
RNAi = RNA interference
- Natuurlijk verdedigingsmechanisme tegen dubbelstrengig RNA in hogere organisme
- Verdedigen tegen virussen, controle transpositie
afbraak RNA door argonaut type endonuclease
- Dices = cytoplasmatisch endoribonuclease
ago = argonaute endoribonuclease
RISC = RNA induces silencing complex
PTEN tumor supressor gen
- Meerdere miRNA bindingsplaatsen in 3’ UTR voor 7verschillende miRNA’s
- Voor sommige miRNA’s meerdere bindingsplaatsen
Competing endogenous RNAs
- RNA’s met meerdere miRNA binding plaatsen
- In competitie met mRNA voor miRNA’s
- miRNA spons => openreading frame verloren
4
Cis en trans acting
- Regulatorische sequenties: promotors, enhancers & silencers
- cis acting regulatorisch element
o DNA of RNA sequentie die reguleert op zijn eigen DNA streng
o Bv promotor reguleert eigen coding DNA streng
o Kan op redelijke afstand van gen liggen
o Reguleert 1 gen of 1 allel
- Trans acting regulatorisch element
o RNA of eiwit dat diffundeert
reguleert op afstand
o Product gen z diffundeert & bindt regulatorisch element (korte DNA seq)
o Reguleert beide allelen v/e gen
o Meerdere genen tegelijk reguleren
- Regulatie = combo van cis & trans
o Enhancer (cis) & transcriptiefactor (trans) die erop bindt
o miRNA bindende seq (cis) & miRNA (trans) dat erop bindt
- Cis acting elementen in RNA
o Cis regulatie op mRNA niveau via 5’ en 3’ UTR
o Gebonden door trans activerende eiwitten en miRNA’s
o Veel voorkomend, vooral miRNA bidning op 3’UTR
GENETISCHE REGULATOREN VAN GENEXPRESSIE
PROMOTORS
= aan/uit knop van genen
- RNA pol II schrijft eiwit coderende genen, lncRNA’s & miRNA’s af
o Vormt groot transcritpe initiatie complex met algemene transcriptiefactoren
o Vormt op consensus sequentie i/d buurt van transcriptie start plaats = promotor
- RNA pol I schrijft meeste ribosomale RNA’s af
- RNA pol III schrijft tRNA genen, 1 ribosomaal RNA en sommige kleine RNA’s af
Consensus sequentie
- RNA pol II promotor bevat typisch
o BRE = TFIIB recognition element
o TATA box
o Inr = initiator element met A transcriptie startplaats
o DPE = downstream core promotor element
- Veel voorkomende elementen
o Geen ervan nodig noch voldoende voor promotor activiteit
- vele promotors hebben geen van deze elementen
1
,ENHANCERS & SILENCERS
- cis acting sequenties van 4-9bp
- bevinden stroomopwaarts & stroomafwaarts
o in vele gevallen binnen 1,5kb maar vaak verder
- enhancer = versterken expressie
- silencer = onderdrukken expressie
- boundary sequentie
o insulators = blokkeren interactie tss enhancer & promotor door regulatorische eiwitten te
binden
o barrière elementen tss euchromatine & heterochromatine
- OPGELET gràot verschil tss epigentische & genetische boundary sequenties
- Transcriptiefactoren zijn DNA bindende eiwitten
o binden op cis acting sequenties
- combinatorial: vershcillende transcriptiefactoren binden tegelijkertijd
- co-activatoren & co-repressoren
o moduleren actie van transcriptiefactoren zonder dat ze DNA binden
o werken via eiwit-eiwit interacties met regulatorische eiwitten
Topologically associating domains = TADs
- = genomische regio die promotor-enhancer interacties limiteert
o Stukken DNA die interageren met elkaar
- afgebakend door boundaries
- evolutionair geconserveerd tss species
- bepaald via genoomwijde interactie studies
- correlatie met chromatine structuur domeinen
- verklaren hoe deleties en inversies nabijgelegen genen buiten deletie of inversie kunnen beïnvloeden
- CCCTC binding factor = CTCF
o Zink finger insulator proteïne
o Bindt consensus sequentie met drie repeats van CCCTC
o Kan interacties tss enhancer & promotor beperken
o Aangerijkt aan TAD boundaries
- Foute expressie van WNT6 dmv mislocalisatie van enhancers v/e nabijgelegen gen
=> syndactylie i/h F-syndroom
o Inversie aanwezig
o Foute regulatie v/h gen
- Overexpressie van LMNB1 dmv deletie van boundary leidt tot ADLD
o ADLD = neurologische ziekte
o Foute regulatie want enhancer zorgt vr regulatie maar werken in op verkeerde gen
DNA bindende motieven
- Zink finger motief
- Zink finger dimer binding op DNA
- Leucie zipper monomeer = alfa helix
o Eiwitten in helix gestabiliseerd dmv H-brug
o Om de zoveel leucine aan zelfde kant gelegen
o Leucines herkennen elkaar & zitten als wasknijper samen
2
,PAX6 gen
- Voorbeeld van enhancers op grote afstand
- Beide enhancers gelegen in intron van naburig gen
- Enhancer = cis acting & weefselspecifiek
RNA SPLICING & RNA EDITING
- Splice donor = GT of GU op RNA niveau
- Lasso gevormd & aanhechting op branch site
- Cis acitng regulaotirsche RNA elementen, meestal 6bp
- Exonisch of intronisch => dicht bij splice juncties
- Reguleren splicing & zorgen voor alternatieve splicing
- Exonic splice enhander & silencer
intronic splice enhancer & silencer
o Reguleert mee splicing
Alternatieve splicing
- Variatie in intron-exon junctions door gebruikt alternatieve donor/accepotr
- Exon skipping
- Alternatieve exonen
- Verschillende transcripten = isovormen
o Bij lager organsimen minder alternatieve vormen
- Vaak weefsel specificiteit => specifieke transcripten per weefsel
- Specifieke transcritpen bij bepaalde ontwikkelingsstadia
- Isovormen voor verschillende cellulaire compartimenten of vr secretie
- Voor CDKN2A gen
o Overlappende genen
o Uniek in mens genoom
o Produceert 2verschillende tumor supressor genen
o Exon 2 vertaald in twee verschillende leesramen
o 2eiwitten p14 en p16
TRANS ACTING REGULATORISCHE EIWITTEN
Regulatie Fe opname
- Fe3+ & Fe2+ = belangrijke cofactor voor vele enzymes MAAR toxisch in hoge dosis
- Regulaite via ferritine & transferrine = Fe bindende eiwitten
o Transferine transporteert Fe
o Ferritine vormt hol sferisch complex dat overmaat Fe kan stockeren
=> toxiciteit voorkomen
- Regulatie zonder verandering in productie van mRNA’s
- Regulatie van translatie
- Voorbeeld hoe RNA bindende eiwitten direct translatie initiatie stil leggen of mRNA stabiliteit
beïnvloeden
- Veel sneller dan transcriptionele controle
- Iron respons elementen: gebonden door IRE binding protein
- Aanwezig in 5’UTR van ferritine H-keten EN 3’UTR van transferrine
- Gaat met zichzelf basenparen als niet gaat => lus gevormd
3
, IRE = iron regulatory element = = iron response element
IRP = iron regulatory protein
- Ijze niveau hoog => IRP bindt Fe => conformationele verandering
=> Fe vrijgegeven van IRE => translatie gaat verder
- Ijzer niveau laag => IRP bindt IRE & inhibeert translatie
- IRE aanwezig in 5’
MIRNA’S & MIRNA SPONZEN
- Kleiner RNA moleculen met zeer belangrijke regulatorische rol
binden mRNA moleculen, regulatie van transcriptie
=> verhinderen translatie & verhogen afbraak van mRNA moleculen
- Vrom van RNAi => processing via zelfde mechanisme
- 1000-en miRNA’s in mens genoom
- Reguleren meer dan 50% alle genen
- 1miRNA bindt 100den genen
o In zoogdieren gebonden aan 3’UTR
- Mismatch meestal toegelaten
RNAi = RNA interference
- Natuurlijk verdedigingsmechanisme tegen dubbelstrengig RNA in hogere organisme
- Verdedigen tegen virussen, controle transpositie
afbraak RNA door argonaut type endonuclease
- Dices = cytoplasmatisch endoribonuclease
ago = argonaute endoribonuclease
RISC = RNA induces silencing complex
PTEN tumor supressor gen
- Meerdere miRNA bindingsplaatsen in 3’ UTR voor 7verschillende miRNA’s
- Voor sommige miRNA’s meerdere bindingsplaatsen
Competing endogenous RNAs
- RNA’s met meerdere miRNA binding plaatsen
- In competitie met mRNA voor miRNA’s
- miRNA spons => openreading frame verloren
4
