HERTENTAMEN Moleculaire Cel Biologie (8A840) Prof. Dr. Ir. L. Brunsveld & Dr. M. Merkx 20-04-2012 14:00 17:00 (totaal 100 punten) 6 opgaven in totaal + 1 bonusvraag! (aangegeven tijd is indicatie) Gebruik geen rode pen! 1 (~20 minuten; 15 punten) Mutaties in het Brca2 gen geven een sterk verhoogde kans op borstkanker. Het product van het Brca2 gen reguleert de activiteit van Rad51, een eiwit dat nodig is voor het proces van homologe recombinatie. a. Leg uit waarom een defect Brca2 gen de kans op kanker sterk vergroot? b. Homologe recombinatie speelt ook een rol tijdens meiose. Wat is het verschil tussen mitose en meiose? c. Schets in een aantal tekeningen de verschillende stappen van homologe recombinatie tijdens meiose. Op welke manier kan tijdens dit proces cross-over plaatsvinden tussen 2 homologe chromosomen? 2 Zijn de volgende stellingen juist of onjuist? Verklaar uw antwoord. a. Voor de reparatie van DNA schade is het altijd noodzakelijk dat elke cel twee kopieën bevat van een gen, namelijk de genen op elk van beide homologe chromosomen. b. Transposons nestelen zich bij voorkeur in stukken van het genoom die een zekere homologie vertonen met het transposon DNA en die niet voor eiwitten coderen. c. Eiwitten met een ER (endoplasmatisch reticulum) signaal sequentie zult u nooit in de Golgi aantreffen.
3 (~30 minuten; 25 punten) Fluorescerende guppies blijken een groot commercieel succes te zijn in de Aziatische markt. U besluit dat het nog spectaculairder kan en gaat proberen bioluminiscente guppies te ontwikkelen door het luciferase gen van vuurvliegjes in deze vissen in te bouwen. Het luciferine substraat voegt u toe aan het visvoer, waardoor u behalve aan de verkoop van de vissen ook flink kunt verdienen aan dit speciale visvoer. a. Om te testen of het luciferase gen niet toxisch is voor deze cellen gebruikt u een geïmmortaliseerde guppy cellijn en brengt daarin het luciferase gen transient tot expressie. Wat is het verschil tussen transiente en stabiele expressie? b. Voor het inbrengen van het transiënte gen in de cellijn gebruikt u een plasmide. Dit plasmide vermeerdert u eerst in bacteriën, waarna u het isoleert en transfecteert in de cellijn. Schets hoe dit plasmide eruit ziet en welke componenten er minimaal op dit plasmide aanwezig moeten zijn. c. Nadat u hebt laten zien dat expressie van het luciferase gen in principe geen probleem is, probeert u transgene guppies te maken. Leg uit hoe u dit zou aanpakken. Ga hierbij in op hoe het DNA in het genoom van de ontvangende cel ingebouwd wordt en hoe u hieruit een transgeen organisme maakt. d. Sommige transgene guppies blijken binnen een paar generaties hun bioluminiscente eigenschappen te verliezen, hoewel DNA sequencing leert dat ze wel homozygoot zijn voor het luciferase gen en dat het gen niet gemuteerd is. Hoe verklaart u dat in sommige klonen de expressie van het gen wordt uitgeschakeld? e. Om het nog spectaculairder te maken wilt u twee kleuren luciferases tot expressie brengen (rood en groen), waarbij de vissen van kleur veranderen als functie van de bijvoorbeeld de concentratie lactose of tryptofaan in het aquarium water. Beschrijf hoe u dit voor elkaar zou kunnen krijgen.
4 Een belangrijke regel in de biologie is dat de primaire sequentie van een eiwit alle informatie bevat voor de juiste vouwing van een eiwit. M.a.w. de actieve vorm van een eiwit is thermodynamisch de meest stabiele en zal zich dus in principe spontaan vormen. Toch bevat cellen een aantal mechanismen die eiwitvouwing katalyseren. a. Geef 2 redenen waarom eiwitvouwing in de cel lastiger verloopt dan de hervouwing van een eiwit in vitro (in een reageerbuis). b. Noem 2 soorten eiwitten die bij eiwitvouwing in de cel assisteren en leg uit hoe ze werken. c. Wat gebeurt er met eiwitten die desondanks toch niet goed vouwen? Leg uit op welke manier deze eiwitten worden herkend en op welke manier deze eiwitten worden opgeruimd.
5 In onderstaand figuur staat schematisch de JAK-STAT signaleringscascade weergegeven. Deze cascade begint door binding van een zogenaamd cytokine (lokale mediator) and een cytokine receptor. a. Tot welke klasse van receptoren behoren deze cytokine receptoren? b. Leg aan de hand van onderstaand plaatje uit hoe de activatie met het cytokine uiteindelijk leidt tot gen transcriptie (m.a.w. leg uit wat er bij iedere pijl in de figuur gebeurt). c. In een andere signaleringscascade als bovenstaande wordt cyclisch AMP (camp) gevormd. camp is een typisch voorbeeld van een second messenger molecuul. Via welk type signaleringscascade/receptortype wordt de vorming van camp gecontroleerd? Hoe geeft camp het signaal door de cel in? Beschrijf dit proces kort.
6 U bent onlangs benoemd tot directeur van het nationale ballet en gefascineerd geraakt door de overeenkomst tussen de avondvoorstelling en de celcyclus. Elke avond loopt het theater vol, de lichten gaan uit, het gordijn aan de kant, de dansers dansen, het gordijn valt, de lichten gaan aan en het theater loopt leeg. Een goed gedefinieerde, zich herhalende sequentie, net als de celcyclus. a. In het theater controleert een medewerker of alle stoelen bezet zijn voordat de lichten uit gaan en de show begint. Leg uit hoe in de cel de volgorde van de sequenties wordt gecontroleerd. Gaat u daarbij in op de eiwitten die hiervoor verantwoordelijk zijn en hoe deze eiwitten op moleculair niveau actief / inactief worden gemaakt. Welke eiwitten uit dit proces zijn eigenlijk altijd in de cel aanwezig en welke alleen op bepaalde tijdstippen? b. Het tumor suppressor eiwit Rb (Retina blastoma eiwit) controleert een belangrijk punt in de cel cyclus; of the S-fase in wordt gegaan, zodat de cel zijn DNA gaat repliceren. Normaal gesproken blokkeert actief Rb het opstarten van de S-fase door aan het gen-transcriptie eiwit E2F te binden. Leg in 1 zin uit hoe Rb inactief wordt gemaakt door de eiwitten die u noemt in uw antwoord op vraag 6a. c. In veel kankers is er iets mis met de activiteit/regulatie van het Rb en gaat de controle over de celcyclus verloren. Geef twee mogelijke oorzaken waardoor het Rb eiwit inactief is/ kan worden in kankercellen. Bonusvraag (~1 minuut; 5 punten) De endocrine signaalmoleculen estradiol, testosteron en vitamine D, binden aan verschillende kernreceptoren om zo gentranscriptie te reguleren. Deze kernreceptor liganden worden alle 3 (net als nog een aantal andere) gesynthetiseerd vanuit dezelfde natuurstof als basis. Wat is deze natuurstof?