HOOFDSTUK 6: PRINCIPES VAN GEN REGULATIE EN EPIGENETICA
GENETISCHE REGULATIE
Cis-acting element
(promotoren, enhancers en silencers)
= een DNA of RNA sequentie dat van op afstand 1 gen of 1 allel reguleert op zijn eigen DNA/RNA streng
DNA
RNA:
rood blokje: translated regio
oranje: UTRs
- 5’ UTR +CAP => lange ncRNAs kunnen binden voor regulatie
- 3’ UTR + polyA => miRNAs kunnen binden en stranscriptie
stoppen (polyA bevat ook regulatorische sequenties)
Trans-acting element
= RNA of een eiwit dat diffundeert in de cellen om daar cis elementen te reguleren
(vaak ook meerdere genen tegelijk en beide allelen van een gen)
Genetische regulatie
(transcriptie factoren, repressors, activator eiwitten en regulatorische ncRNAs)
= een combinatie van cis en trans acting elements (genetische regulatoren)
vb: enhancer (cis) en transcriptiefactor (trans) dat erop bindt
vb: miRNA bindende sequentie (cis) en miRNA (trans) dat erop bindt
GENETISCHE REGULATOREN
PROMOTOREN
= een transcriptie startplaats van minder dan 100bp
Promotor onderdelen: (bevat ze niet altijd allemaal)
- BRE: transcriptiefactor II B recognition element
- TATA box
- inr: initiator element (= A in de transcriptie startplaats)
- DPE: downstream core promotor element
! bevatten allemaal consensus sequenties !
(= sequenties die niet altijd hetzelfde zijn maar wel lijken op elkaar)
1) een ‘transcriptie initiatie complex’ vormt uit transcriptiefactoren
2) RNA polymerase II kan binden door dit complex
3) transcriptie van eiwit coderende genen, lncRNAs en miRNAs
1
,ENHANCERS, SILENCERS, BOUNDARIES EN INSULATORS
= cis-acting sequenties van 4-9bp die zich stroomopwaards of stroomafwaarts van genen bevinden voor
regulatie ervan
Enhancers = interageren met de verder liggende promotor waardoor een hairpin vormt en de expressie
versterkt wordt (vb: PAX6 gen heeft 260kb tussen enhancer en promotor)
Silencers = onderdrukkers van expressie
Boundary sequenties = de grenzen van TADs
- Insulator
= regulatorische eiwitten binden hierop om de interactie tussen enhancers en promotors te
blokkeren buiten de grenzen van de enhancer (CTCF-eiwit = zink finger isolator proteine die de
consensus sequentie CCCTC van de insulator bindt)
- Barriere elementen
= boundary sequenties tussen euchromatine en heterochromatine
TOPOLOGICALLY ASSOCIATING DOMAINS
= een genomische regio die promotor-enhancer interacties limiteert door boundaries
Ontdekking van TADs
=> via onderzoek naar genetische ziekten
F-syndroom
= een syndactylie, vingers die niet goed gescheiden zijn voor de geboorte
Oorzaak: foute expressie van WNT6 door een inversie die enhancers
mislocaliseert
Gevolg: geen apoptose tussen de vingers
ADLD (adult onset demyelinating leukodystrophy)
=> overexpressie van LMNB1 dmv deletie van een boundary, waardoor 2
TADs fusioneren
Verdere opdeling TADs
Chromosomale territories
= de afgebakende domeinen waarin chromosomen worden opgedeeld in TADs
TRANSCRIPTIEFACTOREN
= DNA bindende eiwitten die enhancers en silencers zullen
herkennen en binden om transcriptie te reguleren
2
, • Zinc finger motif => sequenties in groeven van het DNA kunnen hiermee herkend worden
• Leucine zipper motif => 2 alfa helices die als een
wasknijper de basen aflezen in DNA groeven
SPLICING
- Splice donor (begin intron): GU (want is RNA)
- Branch site: een consensus sequentie met een A
- Splice acceptor (einde intron): AG
reactie 1: knip in de splice donor
reactie 2: een lasso vormt waardoor de splice donor bindt op de splice site
reactie 3: splice acceptor wordt geknipt
=> lasso gaat vrij en uiteinden gaan aan elkaar
Regulatie splicing
=> door splice enhancers en suppressors (= cis-acting regulatorische RNA elementen van 6pb) die
exonisch of intronisch dichtbij de splice junctions liggen zo alternative splicing reguleren
Alternative splicing
= variatie in intron-exon junctions door gebruik van
- alternative donors (B)
- alternative acceptors (C)
- exon skipping (D)
- alternatieve exonen (E)
=> zorgt voor weelsel specificiteit
2 normale voorbeelden
1) WT proteine
2) ERBB4 proteine
3
, Belangrijke uitzondering: alternative splicing van CDKN2A
=> kan 2 totaal verschillende tumor suppressor
eiwitten maken van hetzelfde gen
- 2 splice vormen
- 2 alternatieve promotoren
- coderende regio’s in 2 verschillende
regio’s
! komt normaal niet voor bij de mens !
REGULATIE VAN Fe OPNAME
! strikt gereguleerd omdat hoge dosis van ijzer toxisch is, maar het ook een belangrijke cofactor is voor
vele enzymes !
=> genetisch regelsysteem voor Fe opname
Regulatie van translatie ipv transcriptie
-> sneller dan transcriptionele controle
-> geen verandering in productie van mRNAs
- IRE
= iron responsive elements; haarspeld structuren in het 5’UTR of 3’UTR van mRNA
-> locatie bepaald de regulatie
- IRP
= iron regulatory proteins (regulaterende eiwitten die binden aan IREs wanneer er geen ijzer is)
Transferritine
= Fe bindend, trans acting regulatorisch eiwit voor Fe transport met een IRE op zijn 3’UTR
1) lage Fe concentratie
2) IRP bindt IREs in de 3’UTR van transferritine
3) mRNA wordt gestabiliseerd
=> minder snelle Fe afbraak en meer ijzeropname in de cel
4
GENETISCHE REGULATIE
Cis-acting element
(promotoren, enhancers en silencers)
= een DNA of RNA sequentie dat van op afstand 1 gen of 1 allel reguleert op zijn eigen DNA/RNA streng
DNA
RNA:
rood blokje: translated regio
oranje: UTRs
- 5’ UTR +CAP => lange ncRNAs kunnen binden voor regulatie
- 3’ UTR + polyA => miRNAs kunnen binden en stranscriptie
stoppen (polyA bevat ook regulatorische sequenties)
Trans-acting element
= RNA of een eiwit dat diffundeert in de cellen om daar cis elementen te reguleren
(vaak ook meerdere genen tegelijk en beide allelen van een gen)
Genetische regulatie
(transcriptie factoren, repressors, activator eiwitten en regulatorische ncRNAs)
= een combinatie van cis en trans acting elements (genetische regulatoren)
vb: enhancer (cis) en transcriptiefactor (trans) dat erop bindt
vb: miRNA bindende sequentie (cis) en miRNA (trans) dat erop bindt
GENETISCHE REGULATOREN
PROMOTOREN
= een transcriptie startplaats van minder dan 100bp
Promotor onderdelen: (bevat ze niet altijd allemaal)
- BRE: transcriptiefactor II B recognition element
- TATA box
- inr: initiator element (= A in de transcriptie startplaats)
- DPE: downstream core promotor element
! bevatten allemaal consensus sequenties !
(= sequenties die niet altijd hetzelfde zijn maar wel lijken op elkaar)
1) een ‘transcriptie initiatie complex’ vormt uit transcriptiefactoren
2) RNA polymerase II kan binden door dit complex
3) transcriptie van eiwit coderende genen, lncRNAs en miRNAs
1
,ENHANCERS, SILENCERS, BOUNDARIES EN INSULATORS
= cis-acting sequenties van 4-9bp die zich stroomopwaards of stroomafwaarts van genen bevinden voor
regulatie ervan
Enhancers = interageren met de verder liggende promotor waardoor een hairpin vormt en de expressie
versterkt wordt (vb: PAX6 gen heeft 260kb tussen enhancer en promotor)
Silencers = onderdrukkers van expressie
Boundary sequenties = de grenzen van TADs
- Insulator
= regulatorische eiwitten binden hierop om de interactie tussen enhancers en promotors te
blokkeren buiten de grenzen van de enhancer (CTCF-eiwit = zink finger isolator proteine die de
consensus sequentie CCCTC van de insulator bindt)
- Barriere elementen
= boundary sequenties tussen euchromatine en heterochromatine
TOPOLOGICALLY ASSOCIATING DOMAINS
= een genomische regio die promotor-enhancer interacties limiteert door boundaries
Ontdekking van TADs
=> via onderzoek naar genetische ziekten
F-syndroom
= een syndactylie, vingers die niet goed gescheiden zijn voor de geboorte
Oorzaak: foute expressie van WNT6 door een inversie die enhancers
mislocaliseert
Gevolg: geen apoptose tussen de vingers
ADLD (adult onset demyelinating leukodystrophy)
=> overexpressie van LMNB1 dmv deletie van een boundary, waardoor 2
TADs fusioneren
Verdere opdeling TADs
Chromosomale territories
= de afgebakende domeinen waarin chromosomen worden opgedeeld in TADs
TRANSCRIPTIEFACTOREN
= DNA bindende eiwitten die enhancers en silencers zullen
herkennen en binden om transcriptie te reguleren
2
, • Zinc finger motif => sequenties in groeven van het DNA kunnen hiermee herkend worden
• Leucine zipper motif => 2 alfa helices die als een
wasknijper de basen aflezen in DNA groeven
SPLICING
- Splice donor (begin intron): GU (want is RNA)
- Branch site: een consensus sequentie met een A
- Splice acceptor (einde intron): AG
reactie 1: knip in de splice donor
reactie 2: een lasso vormt waardoor de splice donor bindt op de splice site
reactie 3: splice acceptor wordt geknipt
=> lasso gaat vrij en uiteinden gaan aan elkaar
Regulatie splicing
=> door splice enhancers en suppressors (= cis-acting regulatorische RNA elementen van 6pb) die
exonisch of intronisch dichtbij de splice junctions liggen zo alternative splicing reguleren
Alternative splicing
= variatie in intron-exon junctions door gebruik van
- alternative donors (B)
- alternative acceptors (C)
- exon skipping (D)
- alternatieve exonen (E)
=> zorgt voor weelsel specificiteit
2 normale voorbeelden
1) WT proteine
2) ERBB4 proteine
3
, Belangrijke uitzondering: alternative splicing van CDKN2A
=> kan 2 totaal verschillende tumor suppressor
eiwitten maken van hetzelfde gen
- 2 splice vormen
- 2 alternatieve promotoren
- coderende regio’s in 2 verschillende
regio’s
! komt normaal niet voor bij de mens !
REGULATIE VAN Fe OPNAME
! strikt gereguleerd omdat hoge dosis van ijzer toxisch is, maar het ook een belangrijke cofactor is voor
vele enzymes !
=> genetisch regelsysteem voor Fe opname
Regulatie van translatie ipv transcriptie
-> sneller dan transcriptionele controle
-> geen verandering in productie van mRNAs
- IRE
= iron responsive elements; haarspeld structuren in het 5’UTR of 3’UTR van mRNA
-> locatie bepaald de regulatie
- IRP
= iron regulatory proteins (regulaterende eiwitten die binden aan IREs wanneer er geen ijzer is)
Transferritine
= Fe bindend, trans acting regulatorisch eiwit voor Fe transport met een IRE op zijn 3’UTR
1) lage Fe concentratie
2) IRP bindt IREs in de 3’UTR van transferritine
3) mRNA wordt gestabiliseerd
=> minder snelle Fe afbraak en meer ijzeropname in de cel
4
