MENSELIJKE GENETICA
HOOFDSTUK 6: GEN REGULATIE EN EPIGENETICA
6.1 GENETISCHE REGULATIE
REGULATIE VAN GENEXPRESSIE: CIS EN TRANS ACTING
Cis acting regulatie op DNA niveau:
Regulatorische sequenties: promotors en
enhancers/silencers
Cis acting = zaken die reguleren op eigen
eigen DNA streng, zijn altijd sequenties in
DNA of RNA
Bv bindingsplaats microRNA: 3’UTR → cis
acting
Trans acting = reguleert niet perse op eigen
DNA streng, het kan ook op andere
plaatsen reguleren → reguleert via een
diffundeerbare factor: RNA of eiwit
Cis acting element in RNA
- Cis regulatie op mRNA niveau via 5’ en 3’ UTR
o Sommige regulerende
eiwitten gaan binden
op het mRNA en dan de
translatie reguleren
- Worden gebonden door trans
activerende eiwitten en
miRNA’s
- Veel voorkomend, vooral
miRNA binding op 3’ UTR
Dus:
- Cis acting regulatorisch element: altijd DNA of RNA sequentie
o Gen regulatie op dezelfde DNA streng
o Reguleert 1 gen en zelfs 1 allel
o B.v. promotor, enhancer
- Trans acting regulatorisch element: altijd eiwit of RNA molecule
o Migreert door diffusie, reguleert op afstand
o Bindt op een regulatorisch element (korte DNA sequentie)
o Reguleert beide allelen van een gen
o Kan meerdere genen tegelijkertijd reguleren
- Regulatie is altijd een combinatie van cis en trans
o Enhancer (cis) en transcriptiefactor (trans) die erop bindt
o miRNA bindende sequentie (cis) en miRNA (trans) dat erop bindt
,PROMOTOR
= aan/uit knop van genen
– RNA pol II: schrijft eiwit coderende genen, lncRNA’s, en miRNA’s af
o Vormt een groot transcriptie initiatie complex met algemene transcriptiefactoren
o Vormt zich op (cis-acting) consensus sequenties in de buurt van de transcriptie
start plaats: De Promotor
o Bestaat uit verschillende sequenties die in combinatie voorkomen maar niet altijd
elke
– RNA pol I: schrijft meeste ribosomale RNA’s af
– RNA pol III: schrijft tRNA genen, één ribosomaal RNA, en sommige kleine RNA’s af
Consensus sequentie promotors
RNA pol II promotor bevat typisch:
- 70-100 basen paren
- BRE: TFIIB recognition element
- TATA box (structuur ongv kennen)
- Inr: initiator element (A is transcriptiestartplaats)
- DPE: downstream core promotor element (want zit downstream van het initiator
element)
Veel consensus sequenties beginnen met een A
Veel voorkomende elementen, maar geen ervan is nodig of voldoende voor promotor
activiteit. Vele promotors hebben geen van deze elementen
ENHANCERS, SILENCERS, BOUNDARIES, INSULATORS
- Cis acting sequenties van typisch 4-9 bp
- Bevinden zich zowel stroomopwaarts als stroomafwaarts
o In vele gevallen binnen de 1,5 kb, maar vaak (veel) verder
- Enhancers: versterken expressie
- Silencers: onderdrukken expressie
- Boundary sequenties:
• Insulators: blokkeren interactie tussen enhancer en promotor door regulatorische
eiwitten te binden
• Barrière elementen: tussen euchromatine (actief) en heterochromatine (inactief)
→ zorgen dat juiste stukken ingepakt blijven en de juiste open gedaan worden
Let op het grote verschil tussen epigenetische en genetische boundary sequenties
,- Transcriptiefactoren zijn DNA bindende eiwitten
- Binden op cis acting sequenties
- Combinatorial: verschillende transcriptiefactoren
binden tegelijkertijd
- Co-activatoren en co-repressoren
• Moduleren de actie van transcriptiefactoren zonder dat
ze DNA binden
• Werken via eiwit-eiwit interacties met regulatorische eiwitten
Topologically associating domains (TADs)
= bepaalde domeinen in DNA → in het domein zit een gen/genen + enhancers/silencer →
werken enkel binnen het domein, niet buiten → = Genomische regio die promotor-enhancer
interacties limiteert
- Afgebakend door boundaries
- Evolutionair geconserveerd tussen species
- Worden bepaald via genoomwijde interactie studies
- Correlatie met chromatine structuur domeinen: de domeinen worden meestal in 1 keer
uit/ingepakt in euchromatine of heterochromatine
- Verklaren hoe deleties en inversies nabijgelegen genen buiten de deletie of inversie
kunnen beïnvloeden
o Wanneer bv een enchancer door inversie in een ander domein komt en
daardoor wordt dat domein verkeerd gereguleerd
CCCTC binding factor (CTCF)
- Zink finger insulator proteïne
- Bindt consensus sequentie met drie repeats van CCCTC
- Kan interacties tussen enhancer en promotor
beperken
- Aangerijkt aan TAD boundaries
In nucleus alle chromosomen aankleuren met
een andere kleur → zien dat bepaalde
chromosomen een bepaalde regio in de
nucleus bezetten, ze zijn niet door elkaar
Foute expressie van WNT6 d.m.v. mislocalisatie
van enhancers van een nabijgelegen gen leidt
tot syndactylie (vergroeiing van bv vingers) in
het F-syndroom
Overexpressie van LMNB1 d.m.v. deletie van
boundary leidt tot ADLD
, Transcriptiefactoren: DNA bindende motieven
Zink finger motief: komt veel voor in DNA bindende
eiwitten. Az (2 Cys en 2 His) die een vinger vormen
welke in de groeve van DNA kan
Het kan de basenvolgorde voelen en dus een DNA-
sequentie herkennen.
Ze lopen continue langs het DNA tot ze een sequentie
voelen die ze herkennen → transcriptiefactor doet zijn
werk
Je krijgt een α helix met aan 1 kant een Leu achter elkaar → 2
helixen komen bij elkaar en de Leu zullen met elkaar binden als een
rits → ° bivalente structuur → Leu regio herkent DNA niet maar de 2
armen wel
Leucine zipper dimeriseert en positioneert de basische regio's van
de helixen in de juiste oriëntatie om specifieke DNA-sequenties te
herkennen en te binden.
PAX6 gen gereguleerd door ver afgelegen enhancers
- Voorbeeld van enhancers op
grote afstand
- Beide enhancers zijn gelegen in
een intron van een naburig gen
- Enhancers zijn cis acting en
weefselspecifiek
SPLICING
Er is heel veel regulatie van splicing → Splice
enhancers en suppressors
- Cis acting regulatorische RNA-elementen,
meestal 6 bp
- Exonisch of intronisch, dicht bij spice
juncties
- Reguleren splicing
- Zorgen voor alternatieve splicing
Alternatieve splicing
- Variatie in intron-exon junctions door gebruik van alternatieve donors (B) of
acceptors (C)
- Exon skipping (D)
- Alternatieve exonen (E)
- Verschillende transcripten worden isovormen genoemd
- Vaak weefsel specificiteit: specifieke transcripten per weefsel
HOOFDSTUK 6: GEN REGULATIE EN EPIGENETICA
6.1 GENETISCHE REGULATIE
REGULATIE VAN GENEXPRESSIE: CIS EN TRANS ACTING
Cis acting regulatie op DNA niveau:
Regulatorische sequenties: promotors en
enhancers/silencers
Cis acting = zaken die reguleren op eigen
eigen DNA streng, zijn altijd sequenties in
DNA of RNA
Bv bindingsplaats microRNA: 3’UTR → cis
acting
Trans acting = reguleert niet perse op eigen
DNA streng, het kan ook op andere
plaatsen reguleren → reguleert via een
diffundeerbare factor: RNA of eiwit
Cis acting element in RNA
- Cis regulatie op mRNA niveau via 5’ en 3’ UTR
o Sommige regulerende
eiwitten gaan binden
op het mRNA en dan de
translatie reguleren
- Worden gebonden door trans
activerende eiwitten en
miRNA’s
- Veel voorkomend, vooral
miRNA binding op 3’ UTR
Dus:
- Cis acting regulatorisch element: altijd DNA of RNA sequentie
o Gen regulatie op dezelfde DNA streng
o Reguleert 1 gen en zelfs 1 allel
o B.v. promotor, enhancer
- Trans acting regulatorisch element: altijd eiwit of RNA molecule
o Migreert door diffusie, reguleert op afstand
o Bindt op een regulatorisch element (korte DNA sequentie)
o Reguleert beide allelen van een gen
o Kan meerdere genen tegelijkertijd reguleren
- Regulatie is altijd een combinatie van cis en trans
o Enhancer (cis) en transcriptiefactor (trans) die erop bindt
o miRNA bindende sequentie (cis) en miRNA (trans) dat erop bindt
,PROMOTOR
= aan/uit knop van genen
– RNA pol II: schrijft eiwit coderende genen, lncRNA’s, en miRNA’s af
o Vormt een groot transcriptie initiatie complex met algemene transcriptiefactoren
o Vormt zich op (cis-acting) consensus sequenties in de buurt van de transcriptie
start plaats: De Promotor
o Bestaat uit verschillende sequenties die in combinatie voorkomen maar niet altijd
elke
– RNA pol I: schrijft meeste ribosomale RNA’s af
– RNA pol III: schrijft tRNA genen, één ribosomaal RNA, en sommige kleine RNA’s af
Consensus sequentie promotors
RNA pol II promotor bevat typisch:
- 70-100 basen paren
- BRE: TFIIB recognition element
- TATA box (structuur ongv kennen)
- Inr: initiator element (A is transcriptiestartplaats)
- DPE: downstream core promotor element (want zit downstream van het initiator
element)
Veel consensus sequenties beginnen met een A
Veel voorkomende elementen, maar geen ervan is nodig of voldoende voor promotor
activiteit. Vele promotors hebben geen van deze elementen
ENHANCERS, SILENCERS, BOUNDARIES, INSULATORS
- Cis acting sequenties van typisch 4-9 bp
- Bevinden zich zowel stroomopwaarts als stroomafwaarts
o In vele gevallen binnen de 1,5 kb, maar vaak (veel) verder
- Enhancers: versterken expressie
- Silencers: onderdrukken expressie
- Boundary sequenties:
• Insulators: blokkeren interactie tussen enhancer en promotor door regulatorische
eiwitten te binden
• Barrière elementen: tussen euchromatine (actief) en heterochromatine (inactief)
→ zorgen dat juiste stukken ingepakt blijven en de juiste open gedaan worden
Let op het grote verschil tussen epigenetische en genetische boundary sequenties
,- Transcriptiefactoren zijn DNA bindende eiwitten
- Binden op cis acting sequenties
- Combinatorial: verschillende transcriptiefactoren
binden tegelijkertijd
- Co-activatoren en co-repressoren
• Moduleren de actie van transcriptiefactoren zonder dat
ze DNA binden
• Werken via eiwit-eiwit interacties met regulatorische eiwitten
Topologically associating domains (TADs)
= bepaalde domeinen in DNA → in het domein zit een gen/genen + enhancers/silencer →
werken enkel binnen het domein, niet buiten → = Genomische regio die promotor-enhancer
interacties limiteert
- Afgebakend door boundaries
- Evolutionair geconserveerd tussen species
- Worden bepaald via genoomwijde interactie studies
- Correlatie met chromatine structuur domeinen: de domeinen worden meestal in 1 keer
uit/ingepakt in euchromatine of heterochromatine
- Verklaren hoe deleties en inversies nabijgelegen genen buiten de deletie of inversie
kunnen beïnvloeden
o Wanneer bv een enchancer door inversie in een ander domein komt en
daardoor wordt dat domein verkeerd gereguleerd
CCCTC binding factor (CTCF)
- Zink finger insulator proteïne
- Bindt consensus sequentie met drie repeats van CCCTC
- Kan interacties tussen enhancer en promotor
beperken
- Aangerijkt aan TAD boundaries
In nucleus alle chromosomen aankleuren met
een andere kleur → zien dat bepaalde
chromosomen een bepaalde regio in de
nucleus bezetten, ze zijn niet door elkaar
Foute expressie van WNT6 d.m.v. mislocalisatie
van enhancers van een nabijgelegen gen leidt
tot syndactylie (vergroeiing van bv vingers) in
het F-syndroom
Overexpressie van LMNB1 d.m.v. deletie van
boundary leidt tot ADLD
, Transcriptiefactoren: DNA bindende motieven
Zink finger motief: komt veel voor in DNA bindende
eiwitten. Az (2 Cys en 2 His) die een vinger vormen
welke in de groeve van DNA kan
Het kan de basenvolgorde voelen en dus een DNA-
sequentie herkennen.
Ze lopen continue langs het DNA tot ze een sequentie
voelen die ze herkennen → transcriptiefactor doet zijn
werk
Je krijgt een α helix met aan 1 kant een Leu achter elkaar → 2
helixen komen bij elkaar en de Leu zullen met elkaar binden als een
rits → ° bivalente structuur → Leu regio herkent DNA niet maar de 2
armen wel
Leucine zipper dimeriseert en positioneert de basische regio's van
de helixen in de juiste oriëntatie om specifieke DNA-sequenties te
herkennen en te binden.
PAX6 gen gereguleerd door ver afgelegen enhancers
- Voorbeeld van enhancers op
grote afstand
- Beide enhancers zijn gelegen in
een intron van een naburig gen
- Enhancers zijn cis acting en
weefselspecifiek
SPLICING
Er is heel veel regulatie van splicing → Splice
enhancers en suppressors
- Cis acting regulatorische RNA-elementen,
meestal 6 bp
- Exonisch of intronisch, dicht bij spice
juncties
- Reguleren splicing
- Zorgen voor alternatieve splicing
Alternatieve splicing
- Variatie in intron-exon junctions door gebruik van alternatieve donors (B) of
acceptors (C)
- Exon skipping (D)
- Alternatieve exonen (E)
- Verschillende transcripten worden isovormen genoemd
- Vaak weefsel specificiteit: specifieke transcripten per weefsel
