Humane levenscyclus 1

Transcriptie

1 Humane levenscyclus 1 Genexpressie 3 13 september 2011 Leerdoelen: - Differentiële genexpressie - Communicatie tussen cellen (inductie) - Groei en differentiatiefactoren

2 Differentiële genexpressie Door binding van specifieke transcriptiefactoren aan het regulatoire DNA wordt: 1. Het transcriptie initiatie complex al dan niet fysiek bijeengebracht. 2. Het chromatine gemodelleerd en al dan niet toegankelijk gemaakt. Specifieke transcriptiefactoren binden aan het DNA en zorgen ervoor dat het eiwit buigt of een ander eiwit dicht bij het DNA brengen. (homeodomeinen) Zinkvinger heeft α-helices en β-sheets met nog stukjes zinkmoleculen tussen Leucine zipper transcriptiefactoren. Het zorgt ervoor dat er andere eiwitten aan kunnen binden of dat lokaal DNA opengebroken wordt. Pax6 is een specifieke transcriptiefactor die essentieel is voor de ontwikkeling van het oog. Als dit gen kapot is, krijg je geen ogen. Vraag:Wat is de specifieke functie van enhancer sequentie B, waar in het embryo laat deze enhancer sequentie Pax6 specifiek tot expressie komen? Er is gebruik gemaakt van een reportergen (blauw) in een transgene muis. In alle cellen van het embyro bevindt de reportergen, maar alleen actief daar waar het specifieke transcriptiefactor die zich aan enhancer B bindt zich bevindt. Transgene muizen: Maak het stukje DNA van interesse in een laboratorium Vrouwtjesmuizen laten superovuleren en de bevruchte eicellen injecteren met het DNA. Daarna teruggeplaatsd in een ander vrouwtje en ontwikkelen de ebryo s zich tot foetus en na de geboorte word gekeken of ze echt dat stukje DNA hebben en vervolgens gefokt. Cascade van genexpressie - Lensspecifieke transcriptiefactor bindt aan enhancer van Pax6 - Pax6 wordt afgeschreven en vertaald - Pax6 is zelf ook een transcriptiefactor - Pax6 kan binden aan een enhancer zodat een oog-specifiek eiwit bijv. crystaline gevormd kan worden Een gen heeft meerdere enhancers en specifieke transcriptiefactoren reguleren de expressie van meerdere genen.verschillende combinaties van een aantal specifieke transcriptiefactoren leiden tot het ontstaan van verschillende celtypen tijdens de ontwikkeling. Voorbeeld differenatiatie in de vroege ontwikkeling: Na de bevruchting gaat een zygote delen, in het 8-cel stadium zijn de cellen identiek. In de morula begint de differentiatie. Buitenste cellen noem je het trofectoderm en binnen is inner cell mass (embryoblast). Het verschil ontstaat door twee genen, A en B. Aan de buitenste kant heb je meer eiwit A en binnen meer B. In het 8-cell stadium fluctuurt de eiwiproductie, maar is vrijwel gelijk. Ze flucturen in eiwitniveau s. Het zijn beide specifieke

3 transcriptiefactoren. Ze doen aan auto-activiatie (A zorgt ervoor dat B meer komt, maar dat B mindert), of helemaal A of helemaal B en zo stabiliseer je A of B). 2. Selectieve nucleaire RNA processing: Pre-mRNA transcript, intronen worden verwijderd en exonen worden aan elkaar gezet. Splicing vindt niet altijd op dezelfde manier plaats. Er is alternatieve splicing waarbij verschillende mrna gevormd kunnen worden, soms worden bepaalde exonen overgeslagen. Dit resulteert tot verschillende eiwitten. 3. Selectieve mrna translatie Bicoid kan ervoor zorgen dat er geen translatie plaatsvindt voor caudal door op een plek te gaan zitten, voorkomt staartvorming. 4. Differentiele eiwit modificatie Het eiwit wordt nog gemodificeerd, pas als dat gebeurt is kan het eiwit functioneel worden (eiwit - eiwit interactie) Dit kan gedaan worden door bijvoorbeeld glycolisatie, fosforilatie, sulfatie, proteolyse. (eiwit stukmaken) Proteolyse: MMPs; afbraak van extracellulaire matrix eiwitten zoals collageen, wordt gebruikt bij metastase. Grijs: pro-peptide, houdt het enzym in een inactieve staat Blauw: katalytisch domein Geel: carboxy terminus Door fosfolyering kunnen twee eiwitten die voorheen niet met elkaar konden binden, nu wel met elkaar binden.dit kan zorgen voor activatie van katalytische activiteit. Bijvoorbeeld de SH2 domein die het katalyisch domein maskeren kunnen ergens anders aan binden en vervolgens aan een ander eiwit binden.

4 Communicatie tussen cellen (inductie) - Proliferatie (delen) - Specialisatie - Interactie - Beweging (migreren) 1. Elke cel van een embryo beschikt over dezelfde genetische informatie. 2. Verschillen tussen cellen ontstaan door prikkels tussen en in deze cellen. 3. Deze signalen veranderen de activiteit van de genen. 4. De actieve genen bepalen welke eiwitten in een cel worden aangemaakt. 5. De eiwitten bepalen de vorm en de eigenschappen van de cel. Bij constructie van een embryo heb je communicatie nodig. In staat zijn om te luisteren competentie Iemand zendt een signaal, de ander ontvangt inducer en responder Met elkaar in gesprek gaan reciproke interactie Deze communicatie wordt inductie genoemd: interactie op korte afstand tussen twee of meer cellen of weefsels met een verschillende geschiedenis of eigenschappen. Inducer: het weefsel dat het signaal uitzendt waardoor het cellulaire gedrag van het andere weefsel veranderd wordt. Responder: het weefsel dat geïnduceerd wordt tot veranderde vorm, celdeling, specificatie. Competentie: de actief verkregen mogelijkheid van het responder weefsel om signalen op te vangen en te verwerken. Epitheliale-mesenchymale inductieve interacties Epitheel: buisvormige of gelaagde structuren; o.a. inwendige en uitwendige lichaamsbekleding Mesenchym: losmazig, embryonaal bindweefsel. Er worden stoffen overgebracht tussen mesenchym (inducer) en epotheel (responder) Cel signalering: Ligand (signaalstof) en die bindt aan receptor (ontvanger) welke bindt aan het celmembraan. Als een weefsel competent is, heeft het een receptor op zijn membraan. Oncompetent, dan kan een inducer wel een signaal doorsturen, maar wordt die niet opgevangen. Celsignalering vindt plaats op vier verschillende manieren: 1. Endocrien; hormonaal (een cel die geeft een stofje af en die komt via de bloedbaan bij de receptor) 2. Paracrien

5 3. Autocrien (zelf, cel maakt stofjes, geeft ze af en bindt ze weer) 4. Juxtacrien Inductie is op korte afstand in verschillende weefsels, dus endocrien en autocrien horen daar niet bij. Bij paracrien geeft een cel een stofje af (ligand) en die bindt op een receptor. Het ligand is vrij. Bij juxtacrien is het ligand gebonden aan de oppervlak van de inducercel. Juxtracriene signalering (gebonden ligand) Eiwit van het ene celmembraan verbindt met een andere cel Extra cellulaire matrix eiwitten binden aan receptoren Gap junctions: kanalen tussen cellen voor uitwisseling van kleine moleculen en ionen, opgebouwd uit connexine eiwitten. Paracriene signalering (vrij ligand) Ligand bindt aan de recepter en zorgt voor activatie Cascade eiwitinteractie Celeigenschappen zoals celvorm of celbeweging, genexpressie of metabolisme veranderen 6. Groei en differentiatiefactoren (paracriene factoren) Veel en vaak gebruikte signaalstoffen, zowel tijdens de ontwikkeling als in volwassen stadium. Er zijn vier grote families: FGF: fibroblast growth factors Hedgehog WNT TGF: transforming growth factors Deze stoffen vormen gradienten van actieve signaalstoffen. Er is ergens een bron van de eiwitten (hedgehog ventraal) en aan de andere kant een veel lagere concentratie van de stoffen. Dit geld voor alle families via andere assen. Consequenties: De concentraitie van een stofje instrueert tot het maken van bepaalde weefsels. FGF: 24 genen in het genoom Honderen isovormen dmv alternatieve splicevormen en verschillende initiatecodons Binden en activeren receptor tyrosine kinase (fosforyleren) betrokken bij verschillende biomedische processen overlappende functies, maar ook specifieke fucnties in ontwikkeling, behalve Fgf8 ledematen en hersenontwikkeling Signalering: het ligand bindt als homodimeer aan homodimeren van de receptoren. De receptor wordt van een slapende variant een wakkergeworden variant, begint tyrosine kinase op te starten en andere eiwitten in het cytoplasma fosforyleren en cascade van andere eiwitten in gang zetten/ activeren. Met als resultaat de verandering van de activiteit van een transcriptiefactoren (genen aan/uit) Hedgehog eiwitten (patroonvorming): 3 soorten: Sonic, Indian en Dessert Functies: 1. patroonvorming in de ledemaatknoppen (waar pink, waar duim) 2. inductie en patroonvorming in de neurale buis (hersenen) 3. darm regionalizatie(welk deel van de darm wordt wat, waar lever, waar dit?) 4. links-rechts asymmetrie Signalering (niet in detail, plaatje er bij)

6 Wnt eiwitten Wingless-integration 19 humane Wnt genen Glycoproteïnen (eiwitten met suikergroepen) 1. patroonvorming in de ledematen 2. ontwikkeling van de middenhersenen 3. differentiatie van de somieten 4. differentiatie van het urogenitaalsysteem TGF beta superfamilie Meer dan 30 eiwitten Transforming growth factors b (TGFbs) 1. Vorming van extracellulaire matrix 2. Vertakking van epithelium in longen, nieren en speekselklieren Bone morphogenetic proteins (BMPs) 1. Botvorming 2. Celdeling, celmigratie en celdood (apoptose) Nodal, Activins, anti-müllerian hormone 1. Links-rechts asymmetrie 2. Afbraak eileiders in man