Praktische-opdracht door een scholier 6203 woorden 23 september keer beoordeeld. Biologie voor jou

Transcriptie

1 Praktische-opdracht door een scholier 6203 woorden 23 september keer beoordeeld Vak Methode Biologie Biologie voor jou epigenetica, barr-bodies 1 Inleiding Mensen planten zich geslachtelijk voort. Dit betekent dat de kernen van 2 geslachtscellen versmelten. Dit wordt bevruchting genoemd. Hierdoor ontstaat een bevruchte eicel dat kan uitgroeien tot een nieuw individu. Dit individu kan van het mannelijke geslacht of van het vrouwelijke geslacht zijn. Maar hoe wordt dit bepaald. In de epigenetica onderzoekt men hoe dit wordt bepaald en hoe dit tot stand komt. Figuur 1 Chromosomen Bij mensen bevat elke geslachtscel 23 chromosomen.(figuur 1) Bij de bevruchting versmelt de kern van een eicel met de kern van een zaadcel. Dan bevat de kern van de bevruchte eicel weer 46 chromosomen. De samen smeltende chromo somen bepalen wat het geslacht is. Vrouwen hebben twee X-chromo somen, mannen hebben een X en een Y chromosoom. Twee X-chromosomen levert een meisje op, Een X en een Y chromosoom een jongetje. 2 Epigenetica in het algemeen Epigenetica is een vakgebied dat zich bezighoud met het onderzoeken van wat DNA nu eigenlijk is en alles er rond omheen. Hoe een organisme er uitziet en wat zijn eigenschappen zijn staat allemaal beschreven in het DNA. Tot dusver werd er eigenlijk vanuit gegaan dat die eigenschappen vast stonden vanaf dat de eicel bevrucht werd. Dus dat de eicel en de zaadcel met elkaar versmelten en hiermee het DNA van de ouders dus ook. De Epigenetica heeft inmiddels het DNA grondig onderzocht en men weet inmiddels al van alle ongeveer genen wat de functie er van is. Tijdens het ontwikkelen van deze informatie werd pas duidelijk hoe gecompliceerd het DNA in elkaar zat. Ook heeft de Epigenetica onderzocht dat het van sommige genen uitmaakt of ze van de vader of moeder afkomen en welke hiervan tot uitdrukking moeten komen. 2.1 Enkele toepassingen en problemen Een histoncode maakt uit of een bepaald stukje DNA in een bepaald orgaan wel of niet actief is. Dit zit allemaal vastgelegd in de genetica. Hier kunnen fouten in zitten en dat kan bijvoorbeeld betekenen dat mensen ergens wel of niet allergisch voor zijn. Maar het kan ook veel ernstigere gevolgen hebben met betrekking tot ziekten zoals kanker. Dit wordt ook onderzocht door de Epigenetica. Er is ook ontdekt dat het milieu wel degelijk invloed heeft op de genetica. Er kunnen ervaringen opdoen die worden opgenomen in de genen en vervolgens kunnen worden overgedragen. Deze ervaringen kunnen ook een belangrijke factor bijdragen als het gaat om ontstaan van bepaalde ziekten. SLE is een ziekte waarbij de afweer zich tegen de eigen cellen keren. De afweer wordt geregeld door middel van antistoffen. Bij SLE keren die antistoffen zich tegen eigen weefsels en dit wordt een auto-immuunziekte genoemd. Deze ziekte ontstaat doordat er iets in de genetica is veranderd door invloeden van buitenaf. Pagina 1 van 12

2 Dat het milieu invloed heeft is in deze tekst getest op eeneiige tweelingen. Een helft van deze tweeling had MS en de andere helft niet. Er is een vragenlijst ingevuld en daar kwam uit dat bij 79 van de 193 tweelingen de ene zonder MS meer in de zon was geweest dan de gene met MS. Er wordt dus gezegd dat de zon voor een zodanige verandering heeft gezorgd dat de ene een bescherming had tegen MS. Bron: 3 Barr Bodies 3.1 Kanker In Bron 2 wordt duidelijk gemaakt dat het verdwijnen van Barr bodies in de borsten of ovaria betrekking heeft op de evolutie van de ziekte kanker. Dit gebied van de biologie is verre van ontdekt en de meningen verschillen dan ook over wat de gevolgen van dit fenomeen nou precies kunnen zijn. De tekst dateert uit Dat betekent dat de kans groot is dat er vandaag de dag wel een verklaring is gevonden. Bron 2: Wat is een Barr Body? In Bron 3 wordt duidelijk beschreven wat een Barr lichaampje nou eigenlijk is. Het belangrijkste is dat één van de twee X-chromosomen bij de vrouw wordt uitgeschakeld. Dit betekent dat het gedeactiveerde chromosoom niet meer wordt afgelezen. Dit X-chromosoom noemen we het Barr lichaampje. RNA bedekt in de embryonale fase het DNA van het te inactiveren X-chromosoom. Het Xist-gen codeert deze RNA. In het tweede gedeelte dat is gemarkeerd is beschreven dat bij Drosophila vliegjes ook zoiets gebeurt. Echter, het is niet zo dat één van de twee chromosomen van het vrouwtje wordt gedeactiveerd. Die van het mannetje wordt juist gehyperactiveerd. Bron 3: Inactivatie X-chromosoom In Bron 4 wordt uitgelegd hoe een X-chromosoom wordt geïnactiveerd. Ook wordt uitgelegd dat één van de twee chromosomen weldegelijk wordt geselecteerd. Men heeft een model gemaakt waarin men suggereert dat er een zogeheten autosomally-gecodeerde, of terwijl blokkerende factor, aanwezig is. Deze bind zich dan aan een chromosoom en zorgt ervoor dat deze niet wordt geïnactiveerd. Het actieve chromosoom heet dan Xa. De geïnactiveerde heet Xi. Deze Xi wordt ook wel het Barr lichaampje genoemd welke zich in de periferie van de kern bevindt. Bron 4: Imprinting In Bron 5 staat dat het inactiveren van het X-chromosoom veel eigenschappen met imprinting gemeen heeft. Dit betekent ook dat deze inactieve chromosoom toch bij de overerving een rol speelt. In deze tekst wordt iets anders gezegd dan in Bron 4. Hier staat dat het chromosoom dat geïnactiveerd wordt willekeurig wordt gekozen. Bron 4 beweert dat dit niet zo is. Verder wordt in deze tekst vermeld dat de inactivering na de bevruchting plaats vindt. Dit is nogal logies gezien de functie van het X-chromosoom. Net als in eerdere artikelen duidelijk is geworden dient het RNA als een soort van deken die het X-chromosoom bedekt. Figuur 1: het inactieve X-chromosoom is in vrouwelijke somatische cellen microscopisch waar te nemen als een dens Barr lichaampje dat wordt aangeduid door de pijl Bron5: (Een alinea uit een hele lange tekst die we niet helemaal konden uitprinten) 4 Bronnen: Pagina 2 van 12

3 Bron 1: GENETICA, EPIGENETICA EN SLE Omgevingsfactoren die invloed hebben op de werking van de genen zijn onder andere lucht, water, voeding en stress. Dit alles kan schakelaars ertoe aanzetten om een gen aan of uit te zetten en dat heeft erfelijke gevolgen. Achtergrond is het controversiële idee dat genen een geheugen hebben. Wat grootouders, ouders en jijzelf hebben ervaren, kan invloed hebben op je leven en dat van je kinderen en kleinkinderen. Menselijk Genoom Project en epigenetica Alle ongeveer genen van het menselijke DNA (ons erfelijk materiaal) en de volgorde/reeks (sequence) van het menselijke genoom (complete reeks DNA) zijn door het Menselijk Genoom Project in kaart gebracht. Tijdens het ontrafelen van het genoom werd duidelijk hoe ingewikkeld de zaken lagen. Wetenschappers kwamen tot de conclusie dat ze pas aan het begin stonden. De genen moeten geïdentificeerd worden en men moet de functie van de bijbehorende eiwitten achterhalen. Geen simpele taak voor wetenschappers in het nieuwe vakgebied rond epigenetica; hetvakgebied dat probeert te ontrafelen welke informatie er om het DNA heen zit. Iedere cel in ons lichaam bevat een complete DNA reeks. Het twee meter lange DNA ligt opgevouwen in de uiterst kleine celkern. DNA is in elke cel hetzelfde, of het nu een haarcel, bloedcel of een hersencel is. Een bloedcel heeft echter een andere samenstelling dan een hersencel. Daardoor gaan de cellen van elkaar verschillen. Epigenetica zorgt ervoor dat een cel zich zijn identiteit herinnert. Tijdens de embryonale ontwikkeling stuurt epigenetica het genoom. Van sommige genen maakt het uit of ze van de vader of van de moeder zijn. Afhankelijk van de oorsprong komen ze tot expressie. Dat effect wordt inprinten genoemd. Inmiddels zijn enkele tientallen ingeprinte genen bekend. In de embryonale fase wordt ook bepaald welke genen in welke cel actief worden, zodat ze uitgroeien tot het juiste celtype. Er zijn bepaalde genen actief (ingeschakeld) in de hersencel en weer andere genen actief in de bloedcel. Als genen verkeerd in- of uitgeschakeld zijn, kunnen er fouten optreden in de ontwikkeling. Bepaalde celtypen kunnen de expressie van hun genen nog veranderen tijdens het volwassen leven. Histonen In het DNA liggen de genen. Eromheen zitten de verpakkingseiwitten, de histonen (DNA is om histonen gewikkeld in de kern van de cel: tezamen vormen ze een nucleosoom). Aan histonen kunnen op verschillende plaatsen chemische groepen - methyl, acetyl, fosfaat, ubiquitine gekoppeld worden. Dit patroon vormt een soort streepjescode: de histoncode. Deze code bepaalt mede het lot van de genen. De histoncode bepaalt of DNA wel of niet actief is, of het eventueel actief kan worden, of dat het voorbereid wordt om geactiveerd te worden, zegt Henk Stunnenberg van het Nijmeegse Centre for Molecular Life Sciences. De histoncode handhaaft het genoom van gedifferentieerde cellen, zodat de juiste stukken van het genoom aan of uit staan. Stunnenberg legt dat uit aan de hand van een Nijmeegs experiment. Dankzij een transcriptiefactor zet een voorloper-vetcel een programma in werking, zodat het zich ontwikkelt tot een vetcel. Als wetenschappers dezelfde transcriptiefactor geven aan een milt- of pancreas- of levercel, dan gebeurt dat niet. Terwijl het DNA hetzelfde is, kan de vetcel transcriptiefactor daar niet zijn werk doen. Dat is ook epigenetisch. Epigenetica zorgt ervoor dat het genoom in toom wordt gehouden. Als dat misgaat, kan er kanker ontstaan. Bij verschillende tumoren blijkt dat tumorsuppressor-genen epigenetisch uitgeschakeld zijn. In klinische trials wordt momenteel onderzocht wat het effect van HDAC remmers (HDAC-inhibitors hebben een zeer breed spectrum) op leukemie is. Deze enzymen verwijderen acetylgroepen van histonstaarten. In leukemietumoren blijken deze overmatig actief te zijn. Pagina 3 van 12

4 SLE en Epigenetica Het beste voorbeeld van interactie tussen genen en omgevingsfactoren is dat SLE gevoelige patiënten een lupusachtig syndroom DILE (drug induced Lupus erythematosus) krijgen door bepaalde medicijnen. De medicijnen procaïnamide en hydralazine onderdrukken methylatie en kunnen DILE veroorzaken. Mensen die een variant van het gen N-acetyltransferase-2 hebben, de zogenaamde acetylators, kunnen deze medicijnen niet verwerken. Daardoor blijven deze medicijnsubstanties langer in hun lichaam. Als patiënten deze medicijnen niet meer gebruiken, verdwijnt de aandoening. De overeenkomsten tussen DILE en SLE heeft onderzoekers aangespoord om het verband te onderzoeken De afgelopen jaren is het bewijs gegroeid dat epigenetische veranderingen een rol spelen in het ontstaan van verschillende ziektes. Naast genetische factoren spelen epigenetische factoren een belangrijke rol bij complexe aandoeningen als Lupus. Veel van de verschillen in ernst van de ziekte - betrokkenheid van organen, reactie op behandeling - tussen patiënten met SLE, kan te wijten zijn aan verschillen in expressie van de genen. Dat is weer onder meer het gevolg van epigenetische mechanismen, zoals verandering in de chromatine structuren (stof waaruit de celkern bestaat)ten gevolge van acetylatie, methylatie of fosforylatie van histonen. De aanwezigheid van auto-antistoffen tegen bepaalde cellen is reden geweest om Lupus te classificeren als autoimmuunziekte. Auto-antistoffen tegen componenten in de celkern, nucleosomen en de individuele componenten daarvan, DNA en histonen, zijn typisch voor het diagnostiseren van SLE. Defecten van de epigenetische regulatie die betrokken zijn bij processen, zoals inprinten, X-inactivatie en mutaties, die invloed hebben op DNA methylatie-enzymen, dragen mogelijk fundamenteel bij aan de oorzaak van veel ziekten. Recent onderzoek In mei 2007 is een Internationaal SLE Congres gehouden in China, waarbij ongeveer 1000 wetenschappers vanuit de hele wereld bijeen kwamen. Nieuwe onderzoeksontwikkelingen met betrekking tot epigenetica en SLE was één van de onderwerpen. In het middelpunt van de belangstelling stonden de resultaten die bereikt waren met onderzoeken over de epigenetische ziekteoorzaken van SLE. Dr. Bruce Richardson professor aan de Universiteit van Michigan Medical School, verklaarde de rol van afwijkingen in DNA methylatie bij de ontwikkeling van SLE. DNA methylatie vervult een belangrijke rol bij het onderdrukken van expressie van genen, ons erfelijk materiaal. Genen die in gezonde cellen uitgeschakeld zouden zijn door de methylatie, kunnen tot expressie komen. Vrouwen met SLE hebben verlaagde niveaus van DNA methyltransferase in hun T-cellen. Bij patiënten met actieve SLE waren bepaalde genen gedemethyleerd (verminderde methylatie) in de T- cellen. Dit kan bijdragen tot overexpressie van de genen, waardoor T-cellen gaan reageren met lichaamseigen stoffen (autoreactieve T-cellen) en SLE veroorzaken. Dr. Richardson identificeerde 6 genen die teveel tot expressie kwamen bij patiënten met Lupus. Autoreactieve T-cellen overstimuleren de B-cellen om antistoffen te maken. Daardoor worden macrofagen gedood die normaal gesproken het celafval opruimen. Chromatine van dode cellen leidt weer tot anti-dna antistoffen die worden gezien bij patiënten met Lupus. Het is niet zeker welke omgevingsfactoren bijdragen aan verminderde DNA methylatie bij SLE. Een tekort aan stoffen in een dieet, zoals zink, essentiële aminozuren als methionine en verschillende vitamines B waaronder foliumzuur, B11 en choline, zouden kunnen bijdragen aan het ontwikkelen van Lupus. Biobanken In het WTCCC (Wellcome Trust Case Control Consortium) in Engeland is een samenwerking van start gegaan van 24 genetici. Zij verzamelen 2000 bloedmonsters bij patiënten met onder anderediabetes type 1 en 2, rheumatoide Pagina 4 van 12

5 arthritis, darmziektes, ziekten aan de kransslagaders en hoge bloeddruk. Gezocht wordt naar belangrijke genetische verschillen tussen mensen die een ziekte wel of niet hebben. Het WTCCC doet onderzoek naar genen - niet naar epigenetische factoren. Biobanken zijn er onder andere in Nieuw Zeeland, Amerika en IJsland. Sommige biobanken richten zich op de samenstelling van de genen, levensstijl en genealogische informatie; anderen leggen een link naar medische achtergronden. De grotere biobanken onderzoeken DNA van tot een miljoen mensen. De deelnemers worden jarenlang gevolgd. Het UMCG (Groningen) gaat 30 jaar lang mensen in Noord Nederland volgen met haar LifeLines biobank. In de loop der jaren zal er een schat aan gezondheidsgegevens ontstaan waarmee tal van belangrijke onderzoeksvragen kunnen worden beantwoord. Uitgangspunt van LifeLines is dat het ontstaan van chronische ziektes als astma, diabetes of nierziekten, een complex samenspel van factoren is. Het is een eerste studie die levensaspecten als erfelijkheid, stijl van leven tot en met psychische en sociale factoren bij het onderzoek betrekt. Wetenschappers kunnen putten uit de bronnen van LifeLines en daarmee wordt de mogelijkheid geboden ander fundamenteel, klinisch en toegepast wetenschappelijk onderzoek te doen. Prof. dr. B.H.R. Wolffenbuttel, internist-endocrinoloog-vasc. geneeskunde, van het UMCG antwoordde op een aantal van onze vragen: Er zijn in het UMCG volop testmogelijkheden om op cellulair niveau onderzoek te doen naar epigenetische veranderingen die invloed kunnen hebben op het aan of uitzetten van de genen. Het aantal deelnemers zal onvoldoende patiënten opleveren die SLE als aandoening hebben. Genetisch onderzoek naar relatief minder frequent voorkomende aandoeningen als SLE, geschiedt meestal via het verzamelen van gegevens vanuit patiëntencohorte, die door een medisch specialist worden gevolgd in zijn of haar polikliniek. In dat verband vormt LifeLines een prachtige vergelijkingsgroep, omdat gegevens over erfelijke- en omgevingsfactoren beschikbaar zijn uit de algemene bevolking. Tweelingenonderzoeken bij MS en SLE Een voorbeeld hoe omgevingsfactoren invloed zouden kunnen hebben op ontwikkeling van de ziekte MS: een artikel over een studie die werd uitgevoerd door Keck School of Medicine (Universiteit van Southern California, Los Angeles) werd gepubliceerd in Naar aanleiding van een uitgebreide vragenlijst met betrekking tot zonlicht in hun jeugd (vóór 1993), werden 193 identieke tweelingparen geselecteerd waarvan de ene helft van de tweeling MS had en de andere niet. Uit deze tweelingparen werden 79 tweelingen geselecteerd die het er beiden over eens waren dat de ene tweelinghelft meer in de zon was geweest dan de andere tweelinghelft. De overige 114 tweelingparen gaven aan dat ze dezelfde zon blootstelling hadden gehad. Bij de 79 tweelingparen bleek de tweelinghelft met MS minder in de zon te zijn geweest dan de tweelinghelft zonder MS (die bijvoorbeeld aan buitensport deed). Het is mogelijk dat er direct, door verandering van de immuunrespons, of indirect door de productie van immunoactieve vitamine D, een bescherming tegen MS is ontwikkeld, aldus professor Thomas M. Mack. Het beschermende effect van de zon werd alleen gezien bij vrouwelijke, maar niet bij mannelijke tweelingparen. Dezelfde uitkomsten zijn te vinden in een in 2003 gepubliceerd artikel door Tasmaanse onderzoekers (I.A.F. van der Mei et al. Past exposure to sun, skin phenotype, and risk of multiple sclerosis: case-control study, BMJ. 2003;327:316) Kinderen die gemiddeld 2 of meer uren per week in de zon waren, hadden gemiddeld een 60% verminderd risico op MS dan kinderen die minder dan 2 uur zon in de week hadden gehad. Recentelijk werd aangenomen werd dat het DNA van een eeneiige tweeling volledig identiek is. Ondanks dat zij dezelfde genen hebben, kunnen bij de één bepaalde genen geactiveerd zijn en bij de ander niet. Het komt vaak voor dat bij eeneiige tweelingen er slechts één SLE heeft ontwikkeld. Epigenetische veranderingen stapelen zich Pagina 5 van 12

6 gedurende een periode op. De reactie op omgevingsfactoren zou kunnen verklaren waarom bij genetisch identieke tweelingen de ene wel en de andere geen Lupus ontwikkelt. Het vergelijken van epigenetische modificaties in eeneiige tweelingen laat zien dat omgevingsfactoren, waaronder leefstijl en dieet, het epigenetische profiel veranderen. In februari 2008 heeft een internationale onderzoeksgroep uit Amerika, Zweden en Nederland in het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) en de Vrije Universiteit (VU) aangetoond dat zelfs eeneiige tweelingen vaak niet volledig genetisch identiek zijn. Ze vonden dat het aantal kopieën van bepaalde DNA-fragmenten tussen tweelinghelften verschilde (copy number variation, CNV). Aangezien een eeneiige tweeling uit één bevruchte eicel ontstaat, moet tijdens één van de vele celdelingen, na de splitsing van de bevruchte eicel, zo n DNA-stukje zijn verdubbeld of verdwenen. De onderzoekers stellen dat zulke subtiele verschillen in kopie-aantallen, een bron is voor genetische verschillen tussen eeneiige tweelingen. Dit zou dan ook verklaren, afhankelijk van welk stukje DNA verschilt, waarom aandoeningen als Alzheimer, Parkinson, depressie, diabetes en hart- en vaatziekten, niet altijd beide leden van een tweelingpaar treffen. Dit onderzoek zal naar verwachting helpen bij het vinden van genen die bij een ziekte betrokken zijn. Bron 2: Nature Reviews Cancer 7, (August 2007) doi: /nrc2172 The disappearing Barr body in breast and ovarian cancers Gayle J. Pageau, Lisa L. Hall, Shridar Ganesan, David M. Livingston & Jeanne B. Lawrence Interest has recently reawakened in whether loss of the heterochromatic X chromosome (Barr body) is prevalent in certain breast and ovarian cancers, and new insights into the mechanisms involved have emerged. Mitotic segregation errors commonly explain the loss of the inactive X chromosome (Xi), but compromise of Xi heterochromatin in some cancers may signal broader deficits of nuclear heterochromatin. The debated link between BRCA1 and Xi might reflect a general relationship between BRCA1 and heterochromatin, which could connect BRCA1 to both epigenetic and genetic instability. We suggest that heterochromatic instability is a common but largely unexplored mechanism, leading to widespread genomic misregulation and the evolution of some cancers. Bron 3: Epigenetica ontstijgt DNA Met de komst van de epigenetica is een dogma ter ziele gegaan: erfelijkheid kan ook buiten het DNA zitten. Maar waar dan? Het is een fascinerend onderwerp. Vijf jaar geleden was dit allemaal nog ondenkbaar. Moleculair geneticus dr. Jan Kooter van de Vrije Universiteit Amsterdam is enthousiast over epigenetica, het vakgebied dat de sturing van genexpressie door niet-genetische maar wel overerfbare factoren bestudeert. Terugkerend thema in zijn onderzoek: RNA. Een magic molecule. Het kan mrna-afbraak in gang zetten, DNA-methylering sturen en de histonstructuur beïnvloeden. Het magische RNA kan bij planten en bij Caenorhabditis elegans genen uitschakelen. Biedt een organisme dubbelstrengs RNA aan waarvan de sequentie overeenkomt met een gen. Het organisme hakt het RNA in stukjes van ongeveer twintig tot vijfentwintig baseparen (ongeveer twee windingen van het RNA). Deze RNA-snippers binden aan het originele mrna van de plant, worm of fluitvlieg en binden enzymen aan zich die het mrna in tweeën knippen. Het mrna is op de knipplaats niet meer beschermd tegen afbraak zoals aan beide uiteinden en wordt snel afgebroken. Pagina 6 van 12

7 Resultaat: het bijbehorende gen komt niet tot expressie. In planten heet dit post transscriptionele gene silencing en bij de worm RNA-interferentie. Dubbelstrengs RNA kan op verschillende manieren ontstaan. Per ongeluk, als genen zowel verkeerd om als normaal in het genoom terecht komen. Na aflezen van het DNA ontstaan dan complementaire RNA-strengen. Jammer voor de onderzoeker, want het gen komt niet tot expressie. Onderzoekers buiten dat natuurlijk uit door gericht antisensegenen in te brengen om zo genen uit te schakelen. Bij C. elegans kan dat zelfs door de worm antisense mrna vanuit zijn omgeving op te laten nemen. RNA kan ook direct invloed hebben op genexpressie. RNA-snippers kunnen in de kern de methylering van DNA stimuleren. DNA-methylering is al langer bekend, maar de koppeling met dubbelstrengs-rna is nieuw. DNA kan aan de cytosine-letter een methylgroep binden. Promotoren met gemethyleerde C-basen zijn meestal inactief, het methyleren van coderende stukken DNA heeft daarentegen geen effect. Gemethyleerd DNA houdt zijn mond en om dat zo te houden bestaan er methyltransferases. Deze enzymen herkennen tijdens de verdubbeling van het DNA de cytosine-methylgroep. Ze zorgen ervoor dat het nieuwe DNA ook een methylgroep krijgt. Tegenover dit onderhoud staat de novo methylering, waar ook RNA-gestuurde methylering onder valt. Methylering uit het blauwe is te zien in zoogdierenembryo s. Het DNA van alle somatische cellen is voor het grootste deel stabiel en overerfbaar gemethyleerd, maar tijdens het ontstaan van gameten, geslachtscellen, vindt er een reset plaats. Vlak na de bevruchting verliest het DNA in de voorloper-geslachtscellen van het embryo bijna alle methylgroepen. Enkele dagen later krijgen deze cellen een nieuw methyleringspatroon. Pa en ma Dit methyleringspatroon bepaalt de imprinting van sommige genen. Imprinting is het verschijnsel dat de genen van pa en ma niet even belangrijk zijn, in het nageslacht komen genen afhankelijk van hun oorsprong tot expressie. Mutaties in deze genen leiden tot ontwikkelingsstoornissen en zijn meestal fataal. Van drie ingeprinte genen is de regulatie bekend. Het Igf2r-gen komt alleen tot expressie bij het moederchromosoom. Het vadergen wordt in de antisense richting afgelezen en levert een niet-coderend stuk RNA op dat het moedergen remt. De antisense streng wordt weer gereguleerd door methylering van een specifiek stuk DNA een inprintcentrum. Een ander voorbeeld is de expressie van het Igf2 en het H19-gen. In gemethyleerde vorm stimuleert een imprincentrum het aflezen van Jg2f en het blokkeren ven H19. Ongemethyleerd werkt het net andersom. Compacte nucleosomen Maar hoe weet de cel welke stukken DNA te methyleren en welke niet? Nu komen de nucleosomen in beeld, de eiwitten de DNA-wenteltrap omheen gevouwen zit. Nucleosomen kunnen compact georganiseerd zijn, dan heet het heterochromatine en is het DNA slecht toegankelijk voor bijvoorbeeld transcriptiefactoren. Als de nucleosomen daarentegen verder van elkaar liggen (euchromatine) dan is het DNA makkelijk te bereiken. Door de nucleosoomorganisatie te sturen van hetero- naar euchromatine, kunnen genen die daar liggen, actief worden. Het omgekeerde kan natuurlijk ook. Nucleosomen kunnen wellicht ook direct methyltransferases beïnvloeden en zo de de novo methylering sturen. Enzymen kunnen de nucleosoomstructuur beïnvloeden door de staarten van de histon-eiwitten, de bouwstenen van het nucleosoom, van chemische groepen te voorzien. Het koppelen van acetylgroepen aan histonen, leidt tot euchromatine. Omgekeerd veroorzaken methylgroepen een opvouwing van nucleosomen tot inactief heterochromatine. De inactivering is dus een actief proces, enzymen moeten vlaggetjes op histonen plaatsen zodat het DNA zich koest houdt. RNA komt hier weer om de hoek kijken omdat het (in fruitvliegen) een histon- Pagina 7 van 12

8 acetyleringsenzym stimuleert. Een deken van RNA Dat het stilhouden van DNA een actieve bezigheid is, blijkt ook op de geslachtschromosomen. Van de twee X- chromosomen wordt bij mensen een geïnactiveerd, tot het lichaampje van Barr. Het Xist-gen vervult bij zoogdieren een sleutelrol in dat proces. Het codeert voor een groot stuk RNA dat zich tijdens de vroege embryonale ontwikkeling verspreidt over het te inactiveren X-chromosoom. De deken van RNA belemmert het aflezen van het DNA. Recent is een vergelijkbaar mechanisme bij Drosophila ontdekt, maar dat werkt net andersom dan bij zoogdieren. Om beide actieve X-chromosomen van de fruitvliegvrouw te compenseren, moet het mannetje zijn ene X hyperactiveren zodat de netto expressie van de chromosomen in beide geslachten gelijk is. Als bij de fruitvlieg de hyperactiverende genen verplaatst worden naar een autosoom, dan wordt dat net zo makkelijk geactiveerd. Het eiwit-rna-complex dat daar verantwoordelijk voor is, herkent normaliter kennelijk bepaalde DNA-volgordes in het geslachtschromosoom. Maar eenmaal opgestart, stoomt het activatie-proces gewoon door. RNA wereld Het afsluiten van grote stukken DNA is een normaal proces. Niet zo gek, want 95 procent van ons erfelijk materiaal is junk-dna. Het lijkt er zelfs op dat het DNA niet mag worden afgelezen, tenzij epigenetische factoren zeggen van wel. Waarschijnlijk is deze constructie een reactie op een parasitaire invasie van virussen en transposons in het verre verleden, suggereert Jan Kooter. De eerste verdedigingslinie tegen deze parasieten zou het zo weinig mogelijk aflezen van DNA zijn. De tweede linie is dan het silencing apparaat, dat reageert op dubbelstrengs RNA. Want tijdens de vermenigvuldiging van virussen en transposons, springende stukjes DNA, komt dubbelstrengs RNA voor. Bewijs voor deze hypothese is onder meer dat een verstoorde silencing in C. elegans leidt tot een toename van springende transposons. De epigenetisch veelzijdige rol van RNA versterkt een oud idee. Misschien is het wel een overblijfsel van een RNAwereld, zegt Kooter. Volgens die hypothese is het leven ontstaan rond RNA en is DNA een latere uitvinding. RNA kan als genoom fungeren bij virussen en als enzym. Denk maar aan de eiwitsynthese en aan intron splicing. De lijst van katalytische RNA s groeit nog steeds. Dat is niet zo vreemd als je bedenkt dat RNA veel chemische groepen heeft die enzymen ook hebben. Bron 4: X-inactivering X-inactivering (ook geroepen lyonization) is een proces waardoor één van de twee exemplaren van X chromosoom heden binnen wijfje zoogdieren buiten werking gesteld. Het inactieve chromosoom van X wordt tot zwijgen gebracht door in transcriptionally te verpakken inactief heterochromatin. De x-inactivering komt voor zodat het wijfje, met twee chromosomen van X, tweemaal zo velen niet het chromosoom van X heeft gen producten als mannetje, wat slechts één enkel exemplaar van het chromosoom bezitten van X (zie doserings compensatie). De keus waarvan het chromosoom van X zal worden buiten werking gesteld is binnen willekeurig placental zoogdieren zoals muizen en mensen, maar zodra een chromosoom van X buiten werking wordt gesteld zal het inactief door het leven van de cel blijven. In tegenstelling tot de willekeurige x-inactivering in placental zoogdieren, inactivering binnen buideldieren is uitsluitend op het welwillend afgeleide chromosoom van X van toepassing. Geschiedenis In 1959 Susumu Ohno toonde aan dat de twee x-chromosomen van zoogdieren verschillend waren: één verscheen als de autosomen; andere was gecondenseerd en heterochromatic.[1] Dit het vinden stelde, onafhankelijk aan twee groepen onderzoekers voor, dat één van de x-chromosomen inactivering onderging. In 1961, Mary Lyon stelde de Pagina 8 van 12

9 willekeurige inactivering van één vrouwelijk chromosoom van X voor om het gevlekte fenotype van vrouwelijke muizen te verklaren heterozygous voor laagkleur genen.[2] De hypothese van Lyon ook rekenschap gegeven van de bevindingen dat één exemplaar van het chromosoom van X in vrouwelijke cellen hoogst gecondenseerd was, en dat muizen met slechts één exemplaar van het chromosoom van X dat als vruchtbare wijfjes wordt ontwikkeld. Ernest Beutler, die heterozygous vrouwen voor G6PD deficiëntie bestudeert, stelde onafhankelijk voor dat er twee rode celbevolking van erytrocieten in dergelijke heterozygotes was: ontoereikende cellen en normale cellen.[3] Mechanisme Timing Alle muiscellen ondergaan vroeg, gestempeld inactivering van het welwillend-afgeleide chromosoom van X binnen twee-cel of vier-cel stadium embryo's.[4] De extraembryonic weefsels (die tot leiden moederkoek en andere weefsels ondersteunend het embryo) behouden deze vroege gestempelde inactivering, en zo slechts is het moederchromosoom van X actief in deze weefsels. In vroeg blastocyst, deze aanvankelijke, gestempelde x-inactivering omgekeerd=wordt= in de cellen van de binnencelmassa (die tot het embryo) leiden, en in deze cellen worden beide chromosomen van X opnieuw actief. Elk van deze cellen toen en stelt onafhankelijk willekeurig één exemplaar van het chromosoom van X buiten werking. Deze inactiveringsgebeurtenis is onomkeerbaar tijdens het leven van de cel, zo alle nakomelingen van een cel die een bepaald chromosoom van X zal buiten werking stellen ook dat zelfde chromosoom buiten werking stelde. Dit leidt tot mosaicism als een wijfje is heterozygous voor Op sex betrekking hebbend gen, wat in de kleuring van kan worden waargenomen calico katten. De x-inactivering wordt omgekeerd in het wijfje germline, zodat allen ova bevat een actief chromosoom van X. Selectie van de actieve chromosomen van X De normale wijfjes bezitten twee chromosomen van X, en in om het even welke bepaalde cel zal één chromosoom actief zijn (aangewezen als Xa) en men zal inactief zijn (Xi). Nochtans, studies van individuen met extra exemplaren van het chromosoom van X toon aan dat in cellen met meer dan twee chromosomen van X er nog slechts één Xa zijn, en alle resterende chromosomen van X worden buiten werking gesteld. Dit wijst erop dat de standaardstaat van het chromosoom van X in wijfjes inactivering is, maar één chromosoom van X wordt altijd geselecteerd actief om te blijven. Men stelt een hypothese op dat er een autosomally-gecodeerde het blokkeren factor is die aan het chromosoom van X bindt en zijn inactivering verhindert. Het model stipuleert dat er beperkende het blokkeren factor is, zodat zodra de beschikbare blokkerende factorenmolecule aan één chromosoom bindt van X is het resterende chromosoom van X niet beschermd tegen inactivering. Dit model wordt gesteund door het bestaan van één enkele Xa in cellen met vele chromosomen van X en door het bestaan van twee actieve chromosomen van X in cellenvariëteiten met tweemaal het normale aantal autosomen. Opeenvolgingen bij X inactiveringscentrum (XIC), controleert het heden op het chromosoom van X, het tot zwijgen brengen van het chromosoom van X. De hypothetische het blokkeren factor wordt voorspeld om aan opeenvolgingen binnen XIC te binden. Chromosomale component Is het x-inactivering centrum (XIC) op het chromosoom van X noodzakelijk en voldoende om x-inactivering te veroorzaken. Chromosomale translocaties welke plaats XIC op autosoom leid tot inactivering van het autosoom, en de chromosomen die van X XIC niet hebben worden niet buiten werking gesteld. XIC bevat niet tweevertaald RNA genen, Xist en Tsix, die bij x-inactivering betrokken zijn. XIC bevat ook bandplaatsen voor zowel het geweten en onbekend regelgevende proteïnen. Pagina 9 van 12

10 Xist en Tsix RNAs Het x-inactieve specifieke afschrift (Xist) het gen codeert groot RNA dat wordt verondersteld om geen a te coderen proteïne. RNA Xist is de belangrijkste effector van x-inactivering. Het inactieve chromosoom van X wordt met een laag bedekt door Xist RNA, terwijl Xa niet is. Het gen Xist is het enige gen dat is uitgedrukt van Xi maar niet van Xa. X de chromosomen die het gen niet hebben Xist kunnen worden buiten werking gesteld niet. Kunstmatig leiden het plaatsen van en het uitdrukken van het gen Xist op een ander chromosoom tot het tot zwijgen brengen van dat chromosoom. Voorafgaand aan inactivering, drukken beide chromosomen van X zwak RNA Xist van het gen Xist uit. Tijdens het inactiveringsproces, houdt toekomstige Xa op om Xist uit te drukken, terwijl toekomst Xi dramatisch de productie van RNA Xist verhoogt. Op toekomst Xi, bedekt RNA Xist progressief het chromosoom met een laag, uit uitspreidend van XIC; RNA Xist lokaliseert niet aan Xa. het tot zwijgen brengen van genen langs Xi komt spoedig na deklaag voor door Xist RNA. Als Xist, codeert het gen Tsix groot RNA dat wordt verondersteld om geen proteïne te coderen. RNA Tsix wordt getranscribeerd antisense aan Xist betekent, die dat het gen Tsix het gen Xist overlapt en is getranscribeerd op de tegenovergestelde bundel van DNA van het gen Xist. Tsix is een negatieve regelgever van Xist; X chromosomen die uitdrukking Tsix niet hebben (en zo hoge niveaus van transcriptie Xist de hebben) worden buiten werking gesteld vaker dan normale chromosomen. Als Xist, voorafgaand aan inactivering, drukken beide chromosomen van X zwak RNA Tsix van het gen Tsix uit. Op het begin van x-inactivering, houdt toekomst Xi op om RNA Tsix (en verhoogt uitdrukking Xist) uit te drukken, terwijl Xa Tsix voor verscheidene dagen blijft uitdrukken. Het tot zwijgen brengen Het inactieve chromosoom van X drukt niet de meerderheid van zijn genen, in tegenstelling tot het actieve chromosoom van X uit. Dit is toe te schrijven aan het tot zwijgen brengen van Xi door repressief heterochromatin, wat Xi DNA met een laag bedekt en de uitdrukking van de meeste genen verhindert. Vergeleken bij Xa, heeft Xi hoge niveaus van Methylation van DNA, lage niveaus van histone acetylation, lage niveaus van histone H3 lysine-4 methylation, en hoge niveaus van histone H3 lysine-9 methylation, die met gen het tot zwijgen brengen worden geassoci ërd. Bovendien, wordt een histone geroepen variant macroh2a uitsluitend gevonden nucleosomes langs Xi. De organismen van Barr Hoofd artikel: Het lichaam van Barr DNA die in heterochromatin, zoals Xi wordt verpakt, is meer gecondenseerd dan binnen verpakte DNA euchromatin, zoals Xa. Inactief X vormt een afzonderlijk lichaam binnen de kern genoemd a Het lichaam van Barr.[5] Het lichaam Barr wordt over het algemeen gevestigd op de periferie van kern, is laat het herhalen binnen cel cyclus, en, aangezien het Xi bevat, bevat heterochromatin wijzigingen en RNA Xist. Uitgedrukte genen op het inactieve chromosoom van X Een fractie genen langs de inactivering van de het chromosoomvlucht van X op Xi. Het gen Xist wordt uitgedrukt op hoge niveaus op Xi en niet op Xa uitgedrukt. Andere genen worden uitgedrukt eveneens van Xa en Xi; de muizen bevatten weinig genen die aan het tot zwijgen brengen ontsnappen terwijl tot een kwart van het menselijke chromosoom van X de genen van Xi. worden uitgedrukt. Veel van deze genen komen in clusters voor. Veel van de genen die aan inactivering ontsnappen zijn aanwezig langs gebieden van het chromosoom van X die, in tegenstelling tot de meerderheid van het chromosoom van X, genen ook huidig op bevatten Y chromosoom. Deze gebieden worden genoemd pseudoautosomal gebieden, aangezien de individuen van één van beide geslacht twee Pagina 10 van 12

11 exemplaren van elk gen in deze gebieden zullen ontvangen (als autosoom), in tegenstelling tot de meerderheid van genen langs de geslachtschromosomen. Aangezien de individuen van één van beide geslacht twee exemplaren van elk gen in a zullen ontvangen pseudoautosomal gebied, is geen doseringscompensatie nodig voor wijfjes, zodat stipuleert men dat deze gebieden van DNA mechanismen hebben geëvolueerdt om aan x-inactivering te ontsnappen. De genen van pseudoautosomal gebieden van Xi hebben niet de typische wijzigingen van Xi en hebben weinig verbindend RNA Xist. Het bestaan van genen langs inactief X die niet tot zwijgen worden gebracht verklaart de tekorten in mensen met abnormale aantallen van het chromosoom van X, zoals Het syndroom van de keerder (X0) of Het syndroom van Klinefelter (XXY). Theoretisch, zou de x-inactivering de verschillen in gendosering tussen beïnvloede individuen en individuen met een normale chromosoomaanvulling moeten elimineren, maar in beïnvloede individuen zal de dosering van deze niet-tot zwijgen gebrachte genen verschillen aangezien zij aan x-inactivering ontsnappen. Bron 5: Inactivering van het X-chromosoom De epigenetische silencing van één van de X-chromosomen bij vrouwelijke zoogdieren, het proces van de X inactivatie, is intensief bestudeerd. De inactivering van het X-chromosoom heeft veel eigenschappen met imprinting gemeen en het inactieve X-chromosoom is dan ook een stabiel overerfbare epigenetische toestand in somatische cellen. De inactivatie van het Xchromosoom vindt plaats na de bevruchting en er wordt random één van de twee Xchromosomen gekozen voor silencing. Het inactieve X wordt gekenmerkt door asynchrone DNA replicatie, epigenetische modificaties aan het DNA en het chromatine (waaronder methylatie), histon H3/H4 hypoacetylatie en incorporatie van de histonvariant macroh2a. Expressie van het Xist gen van het inactieve X-chromosoom is noodzakelijk om de X-inactivatie te initiëren, en zijn RNA lijkt het inactieve X-chromosoom als het ware te bedekken. Xist is niet actief bij het actieve X-chromosoom aangezien daar het antisense transcript aanwezig is, Tsix (Avner et al.,2001). Achtereenvolgens gebeurt het volgende: Xist RNA expressie, accumulatie en coating als eerste; daarna H3 lysine-9 methylatie en hypoacetylatie; tenslotte H4 hypoacetylatie, DNA methylatie en silencing van genen (Mermoud et al., 2002). Het inactieve X chromosoom is microscopisch zichtbaar als een dens Barr lichaampje zoals weergegeven in Figuur 1 (Gardner & Sutherland, 1996). Figuur 1: het inactieve X-chromosoom is in vrouwelijke somatische cellen microscopisch waar te nemen als een dens Barr lichaampje dat wordt aangeduid door de pijl (Een alinea uit een hele lange tekst die we niet helemaal konden uitprinten) 5 Hyperlinks (Een alinea uit een hele lange tekst die we niet helemaal konden uitprinten) 6 Conclusie: Het starten van dit verslag ging naar ons idee nogal moeizaam. Dit vanwege ons niet al te voor de hand liggende onderwerp. Echter hebben we er toch een goed verslag van kunnen maken ( al was het eerst op een andere manier, Pagina 11 van 12

12 die vorig jaar wel goed gerekend werd). Wij vinden dat we er zeker wel wat van hebben geleerd want toen we ons onderwerp kregen hadden we nog nooit gehoord van Epigenetica of barr bodies en nu weten we er toch wel wat van. We willen u wel een tip geven. Zorg ervoor dat de te kiezen onderwerpen van ongeveer een zelfde moeilijkheidsgraad zijn. Pagina 12 van 12