Genetica en genomica HC4.docx

# Kernconcepten van genexpressie Genexpressie is het proces waarbij de informatie in een gen wordt gebruikt om een functioneel product te maken, meestal een eiwit. ### 1.1 Het transcriptieproces: van DNA naar mRNA Transcriptie is de eerste stap in genexpressie, waarbij een stuk DNA wordt omgezet in een mRNA-molecuul. Dit proces wordt uitgevoerd door het enzym RNA polymerase. Slechts een klein percentage van het genoom wordt daadwerkelijk overgeschreven naar RNA. #### 1.1.1 De rol van RNA polymerase RNA polymerase is essentieel voor transcriptie. Het bindt aan een specifieke regio op het DNA, de promotor, en begint met het synthetiseren van een complementaire RNA-streng. Dit proces vereist geen primer, in tegenstelling tot DNA-replicatie. #### 1.1.2 Structuur van mRNA Een mRNA-molecuul heeft de volgende functionele regio's: * **Niet-vertaalde leadersequentie (5'-UTR):** Dit deel bevindt zich aan het 5'-uiteinde en wordt niet vertaald naar aminozuren. * **Eiwit-coderende sequentie:** Dit is het deel van het mRNA dat codeert voor de aminozuursequentie van een eiwit. * **Niet-vertaalde trailersequentie (3'-UTR):** Dit deel bevindt zich aan het 3'-uiteinde en wordt eveneens niet vertaald. #### 1.1.3 Regio's van een gen Een gen dat getranscribeerd wordt, bevat specifieke regio's die het transcriptieproces reguleren: * **Promotor:** Dit is de bindingsplaats voor RNA polymerase, waar het transcriptieproces start. * **Terminator:** Dit is de sequentie op het DNA die het einde van de transcriptie aangeeft. * **RNA coderende sequentie:** Het deel dat wordt overgeschreven naar mRNA. #### 1.1.4 RNA-synthese De nucleotidevolgorde van het mRNA is complementair aan de template streng van het DNA. De RNA-synthese vindt plaats in de 5' naar 3' richting. Het RNA-molecuul wordt gesynthetiseerd vanaf de template streng, die antiparallel loopt ten opzichte van de RNA-synthese. ### 1.2 Synthese en modificatie van functioneel mRNA in eukaryoten In eukaryote cellen vindt translatie plaats in het cytoplasma, terwijl transcriptie plaatsvindt in de kern. Het initiële transcript (pre-mRNA) ondergaat verschillende modificaties om te worden omgezet in een volwassen, functioneel mRNA-molecuul: #### 1.2.1 Post-transcriptionele modificaties * **Capping:** Aan het 5'-uiteinde van het pre-mRNA wordt een speciale "cap" toegevoegd, bestaande uit drie fosfaten en een guaninenucleotide. Deze cap speelt een rol bij de binding met het ribosoom en beschermt het mRNA tegen afbraak door exonucleasen. * **Polyadenylatie:** Aan het 3'-uiteinde wordt een staart van adenine-nucleotiden toegevoegd, de zogenaamde poly-A-staart. Deze staart verhoogt de stabiliteit van het mRNA en is betrokken bij het transport uit de kern. * **Splicing:** Eukaryote genen bevatten niet-coderende sequenties (intronen) die tussen de coderende sequenties (exonen) liggen. Tijdens splicing worden de intronen uit het pre-mRNA verwijderd en worden de exonen aan elkaar gekoppeld. #### 1.2.2 Splicing details Het splicingproces is nauwkeurig en vereist specifieke herkenningssequenties aan de grenzen van intronen en exonen. Een belangrijk kenmerk is het "branch point" binnen het intron, dat betrokken is bij de vorming van een lusstructuur die het intron verwijdert. #### 1.2.3 Alternatieve splicing Een enkel gen kan door middel van alternatieve splicing leiden tot de productie van verschillende eiwitproducten. Dit gebeurt doordat verschillende combinaties van exonen worden geselecteerd en aan elkaar worden gekoppeld, wat kan variëren afhankelijk van het celtype of de ontwikkelingsfase. ### 1.3 Eukaryote RNA polymerasen Eukaryoten hebben meerdere soorten RNA polymerasen, elk gespecialiseerd in de transcriptie van verschillende soorten RNA: * **RNA polymerase I:** Synthetiseert ribosomaal RNA (rRNA). * **RNA polymerase II:** Synthetiseert messenger RNA (mRNA) en kleine nucleaire RNA (snRNA). * **RNA polymerase III:** Synthetiseert transfer RNA (tRNA) en 5S rRNA. ### 1.4 Transcriptie-initiatie in eukaryoten De initiatie van transcriptie in eukaryoten is een complex proces waarbij RNA polymerase en diverse transcriptiefactoren betrokken zijn. #### 1.4.1 Promotors en transcriptiefactoren * **Promotor:** Bevat specifieke sequenties zoals de TATA-box (ongeveer 30 nucleotiden stroomopwaarts van de transcriptiestart) en de initiator (Inr), die de transcriptiestartsite omvat. * **Proximal element:** Een regio stroomopwaarts van de TATA-box die de efficiëntie van transcriptie beïnvloedt. * **Transcriptiefactoren:** Eiwitten die binden aan specifieke DNA-sequenties op de promotor en de aanhechting en activiteit van RNA polymerase reguleren. Algemene transcriptiefactoren zijn essentieel voor de expressie van vrijwel elk gen. #### 1.4.2 Pre-initiatiecomplex (PIC) Het vormen van het pre-initiatiecomplex is cruciaal voor de start van transcriptie door RNA polymerase II. * **In vitro:** Transcriptiefactoren herkennen de TATA-box, wat leidt tot de rekrutering van RNA polymerase II en de vorming van het PIC. Dit maakt basale transcriptie mogelijk. * **In vivo:** Het PIC kan al vooraf worden gevormd en op het DNA aanwezig zijn voordat RNA polymerase II bindt, wat de efficiëntie van transcriptie-initiatie verhoogt. #### 1.4.3 Enhancers en activators * **Enhancers:** DNA-sequenties die de transcriptie sterk kunnen versterken. Ze kunnen zich op aanzienlijke afstand van de coderende sequentie bevinden en zowel stroomopwaarts als stroomafwaarts werken. * **Activators:** Eiwitten die binden aan enhancers en de transcriptie-activiteit van RNA polymerase verhogen, vaak door interactie met het PIC of andere regulatoire eiwitten. ### 1.5 Andere RNA-moleculen Naast mRNA zijn er andere belangrijke RNA-moleculen die betrokken zijn bij genexpressie: #### 1.5.1 Ribosomaal RNA (rRNA) rRNA is een structureel en functioneel component van ribosomen, de cellulaire machinerie voor eiwitsynthese. Eukaryote ribosomen bestaan uit een grote en een kleine subeenheid. #### 1.5.2 Transfer RNA (tRNA) tRNA-moleculen zijn relatief klein en hebben een specifieke driedimensionale structuur. Ze spelen een cruciale rol bij translatie door specifieke aminozuren naar het ribosoom te transporteren en te herkennen via hun anticodon. ### 1.6 RNA-editing RNA-editing is een proces waarbij de nucleotidevolgorde van een RNA-molecuul wordt veranderd na transcriptie. Dit kan resulteren in de invoeging of verwijdering van nucleotiden, of de chemische conversie van de ene base naar de andere. Dit kan leiden tot een andere eiwitsequentie dan wat oorspronkelijk door het DNA werd gecodeerd. --- # Structuur en modificatie van mRNA Dit onderwerp behandelt de structuur van messenger-RNA (mRNA), inclusief de niet-vertaalde regio's en de eiwitcoderende sequentie, alsook de post-transcriptionele modificaties zoals capping, polyadenylatie en splicing. ### 2.1 Algemene structuur van mrna Een mRNA-molecuul bestaat uit verschillende functionele regio's. Aan het 5'-uiteinde bevindt zich een niet-vertaalde leadersequentie die voorafgaat aan de start van de translatie. Het 3'-uiteinde bevat een niet-vertaalde trailersequentie na de stop van de translatie. Tussen deze twee regio's ligt de eiwitcoderende sequentie, die de instructies voor de aanmaak van een eiwit bevat. De transcriptie, het proces waarbij een DNA-template wordt omgezet in mRNA, vindt plaats in de celkern. Het RNA-polymerase hecht zich aan de promotorregio van het DNA om de transcriptie te starten en stopt bij de terminatorsequentie. #### 2.1.1 Eukaryote RNA polymerasen In eukaryote cellen zijn er drie hoofdtypen RNA-polymerasen, elk met specifieke functies: * **RNA pol I:** Synthetiseert ribosomaal RNA (rRNA)-moleculen die essentieel zijn voor de opbouw van ribosomen. * **RNA pol II:** Verantwoordelijk voor de synthese van mRNA, en ook voor bepaalde kleine nucleaire RNA's (snRNA's) die niet door RNA pol III worden geproduceerd. * **RNA pol III:** Synthetiseert transfer RNA (tRNA) en 5S rRNA, een klein rRNA-molecuul dat in elk ribosoom voorkomt. #### 2.1.2 Transcriptie initiatie in eukaryoten Voor de initiatie van transcriptie door RNA pol II zijn verschillende algemene transcriptiefactoren nodig. Deze factoren herkennen specifieke DNA-sequenties, zoals de TATA-box, die zich doorgaans ongeveer 30 nucleotiden stroomopwaarts van de transcriptiestartsite bevindt. De promotorregio bestaat uit de core promotor, inclusief de initiator (Inr) sequentie die de transcriptiestartsite omvat, en verder stroomopwaarts gelegen proximaal enhancers en enhancers. Enhancers zijn cis-acting elementen die de efficiëntie van de transcriptie kunnen versterken en op enige afstand van de coderende sequentie kunnen functioneren. ### 2.2 Stappen in de vorming van eukaryote mrna Na de transcriptie ondergaat het primaire RNA-transcript, ook wel pre-mRNA genoemd, diverse post-transcriptionele modificaties om te worden omgezet in functioneel, 'mature' mRNA dat de celkern kan verlaten voor translatie in het cytoplasma. Dit proces omvat capping, polyadenylatie en splicing. #### 2.2.1 Capping aan het 5'-uiteinde De 5'-eind van het pre-mRNA wordt gemodificeerd door de toevoeging van een speciaal 'cap'. Dit cap bestaat uit een guanine-nucleotide dat via een ongebruikelijke 5'-5'-trifosfaatbinding is verbonden aan het eerste nucleotide van het mRNA. Dit cap dient ter bescherming van het mRNA tegen afbraak door exonucleasen en speelt een rol bij de herkenning door het translatie-initiatiecomplex. #### 2.2.2 Polyadenylatie aan het 3'-uiteinde Aan het 3'-uiteinde van het mRNA wordt een reeks adenosine-nucleotiden toegevoegd, de zogenaamde poly(A)-staart. Dit proces wordt gestuurd door specifieke enzymen die het RNA op een bepaalde plek inknippen en vervolgens vele adeninebasen polymeriseren. De poly(A)-staart beschermt het mRNA tegen nucleolytische afbraak en is ook betrokken bij de translatie-efficiëntie en de export van mRNA uit de celkern. #### 2.2.3 Splicing: verwijderen van intronen Eukaryote genen bevatten vaak coderende sequenties (exonen) die gescheiden worden door niet-coderende sequenties (intronen). Tijdens splicing worden deze intronen uit het pre-mRNA geknipt, waarna de resterende exonen aan elkaar worden geligeerd om een continue coderende sequentie te vormen. De herkenning van de intron-exongrenzen is cruciaal voor correcte splicing. Belangrijke elementen voor splicing zijn de consensussequenties aan het begin en einde van het intron, en een 'branch point' sequentie binnen het intron zelf. Tijdens splicing wordt het intron opgerold, waarbij een fosfodiësterbinding wordt gevormd tussen het 5'-uiteinde van het intron en het branch point. Vervolgens wordt het intron volledig uitgeknipt en worden de exonen aan elkaar verbonden. ##### 2.2.3.1 Alternatieve splicing Een fascinerend aspect van splicing is alternatieve splicing, waarbij vanuit één gen verschillende mRNA-moleculen en dus verschillende eiwitproducten kunnen worden gegenereerd. Dit gebeurt doordat selectief exonen worden in- of uitgesloten uit het mature mRNA, wat vaak weefselspecifiek kan zijn. ### 2.3 RNA editing Naast capping, polyadenylatie en splicing, kan mRNA ook worden onderworpen aan RNA editing. Dit post-transcriptioneel proces omvat het in- of verwijderen van nucleotiden, of de chemische conversie van de ene base in de andere, na de initiële transcriptie. Dit kan leiden tot een sequentie die niet langer perfect complementair is aan de DNA-template streng. > **Tip:** Begrip van de structuur en modificaties van mRNA is essentieel voor het begrijpen van genexpressie, aangezien deze processen bepalen hoe de genetische informatie van DNA wordt vertaald naar functionele eiwitten. > **Voorbeeld:** Alternatieve splicing zorgt voor een grotere diversiteit aan eiwitten die door het genoom kunnen worden gecodeerd, wat bijdraagt aan de complexiteit van organismen. Zonder dit mechanisme zou het aantal mogelijke eiwitten beperkter zijn. --- # Transcriptie-initiatie en regulatie in eukaryoten Dit onderwerp behandelt de complexe mechanismen van transcriptie-initiatie in eukaryoten, met een focus op de rollen van diverse DNA-elementen en eiwitten die genexpressie reguleren. ### 3.1 Algemeen over transcriptie Transcriptie is het proces waarbij een DNA-template wordt omgezet naar messenger-RNA (mRNA). Dit proces vereist het RNA-polymerase enzym. Slechts een klein percentage van het genoom wordt daadwerkelijk overgeschreven naar RNA. Om te beginnen met transcriptie, is de aanhechting van specifieke factoren aan het DNA essentieel. Een mRNA-molecuul bestaat uit: * Een niet-vertaalde leader-sequentie aan het 5'-uiteinde. * Een eiwit-coderende sequentie tussen de start- en stopcodons. * Een niet-vertaalde trailer-sequentie aan het 3'-uiteinde. Een gen bevat verschillende regio's die cruciaal zijn voor transcriptie: * **Promotor**: De locatie op het DNA waar RNA-polymerase bindt om de transcriptie te starten. * **Terminator**: De sequentie die het einde van de transcriptie aangeeft. * **RNA-coderende sequentie**: Het deel van het gen dat wordt overgeschreven naar RNA. RNA-synthese is complementair aan de DNA-template-streng en vindt plaats in de richting van 5' naar 3'. In tegenstelling tot DNA-replicatie, vereist RNA-synthese geen primer. Eukaryote mRNA-moleculen ondergaan na transcriptie diverse modificaties, waaronder capping aan het 5'-uiteinde, polyadenylatie aan het 3'-uiteinde, en het verwijderen van introns (splicing). Deze modificaties vinden vaak plaats terwijl het RNA nog wordt gesynthetiseerd. ### 3.2 Eukaryote RNA-polymerasen Eukaryoten hebben meerdere typen RNA-polymerasen, elk gespecialiseerd in de synthese van specifieke RNA-moleculen: * **RNA-polymerase I**: Synthetiseert rRNA-moleculen die deel uitmaken van ribosomen. * **RNA-polymerase II**: Synthetiseert mRNA en ook kleine nucleaire RNA's (snRNA's) die niet door RNA-polymerase III worden gemaakt. * **RNA-polymerase III**: Synthetiseert transfer-RNA (tRNA) en het 5S rRNA-molecuul, een klein rRNA-component van ribosomen. RNA-polymerasen bestaan uit meerdere subunits. ### 3.3 Transcriptie-initiatie bij eukaryoten Transcriptie-initiatie bij eukaryoten, met name voor eiwit-coderende genen door RNA-polymerase II, is een complex proces dat de aanhechting van RNA-polymerase aan het DNA op de juiste startpositie vereist. Dit gebeurt met behulp van verschillende DNA-sequenties en transcriptiefactoren. #### 3.3.1 Promotorregio's De promotor is een essentiële cis-acting regulatorische sequentie die bestaat uit twee hoofdbouwstenen: * **Core promotor**: Deze regio bevat essentiële elementen voor de basale transcriptie-initiatie. Een belangrijk element hierin is de **initiator (Inr)**, die zich rond de transcriptie-startsite bevindt. Een andere veelvoorkomende sequentie is de **TATA-box**, typisch gelokaliseerd ongeveer 30 basenparen stroomopwaarts van de transcriptie-startsite. De TATA-box wordt herkend door specifieke transcriptiefactoren. * **Promotor proximaal element**: Dit zijn cis-acting sequenties die zich stroomopwaarts van de TATA-box bevinden. Ze spelen een rol bij de regulatie van de transcriptiefrequentie. #### 3.3.2 Cis-acting elementen en regulatie * **Cis-acting sequenties**: Dit zijn DNA-sequenties die de transcriptie van een gen beïnvloeden, maar alleen wanneer ze zich op hetzelfde DNA-molecuul bevinden als het gen dat ze reguleren. Promotors, enhancers en silencers zijn voorbeelden van cis-acting elementen. * **Activators**: Dit zijn eiwitten die zich kunnen binden aan specifieke DNA-sequenties (enhancers of proximaal proximaal elementen) en de efficiëntie van transcriptie kunnen verhogen. * **Enhancers**: Dit zijn DNA-sequenties die, ongeacht hun oriëntatie of afstand (stroomopwaarts, stroomafwaarts of binnen een intron), de transcriptie van een gen aanzienlijk kunnen versterken. Ze kunnen zich ver van de coderende sequentie bevinden. ### 3.4 Vorming van mature mRNA in eukaryoten Het proces van het genereren van een functioneel, mature mRNA-molecuul uit het getranscribeerde pre-mRNA omvat verschillende stappen: 1. **Transcriptie**: De DNA-template-streng wordt afgelezen om pre-mRNA te synthetiseren. 2. **Capping**: Aan het 5'-uiteinde van het pre-mRNA wordt een speciale structuur, de 7-methylguanosine cap, toegevoegd. Dit bestaat uit drie fosfaatgroepen en een guanine-nucleotide. De cap is via een ongebruikelijke 5'-5'-trisfosfaatbinding aan het eerste ribonucleotide van het mRNA gekoppeld. Dit cap-structuur beschermt het mRNA tegen afbraak door exonucleasen en is essentieel voor de binding aan het ribosoom tijdens translatie. 3. **Splicing**: Introns, niet-coderende sequenties binnen het gen, worden uit het pre-mRNA verwijderd. Dit gebeurt door specifieke enzymcomplexen (spliceosomen). Splicing vindt plaats bij specifieke herkenningssequenties aan het begin en einde van introns, en een zogenaamd 'branch point' sequentie halverwege het intron. De eerste exon wordt afgeknipt, het intron wordt opgerold waarbij het branch point een fosfordiesterbinding vormt. Vervolgens wordt het einde van het intron afgeknipt, waarna de exons aan elkaar worden geligeerd. * **Alternatieve splicing**: Dit mechanisme maakt het mogelijk dat één gen kan coderen voor verschillende eiwitproducten. Door selectief verschillende exons in het uiteindelijke mRNA op te nemen of uit te sluiten, kunnen diverse eiwitisoformen worden geproduceerd, vaak afhankelijk van het celtype of de ontwikkelingsfase. 4. **Polyadenylatie**: Aan het 3'-uiteinde van het mRNA wordt een reeks adenine-nucleotiden toegevoegd, de zogenaamde poly(A)-staart. Dit proces begint met het knippen van het pre-mRNA op een specifieke locatie, gevolgd door de toevoeging van ongeveer 50 tot 250 A's door een enzym genaamd poly(A)-polymerase. De poly(A)-staart beschermt het mRNA tegen afbraak en speelt een rol bij de export uit de celkern en de translatie-initiatie. ### 3.5 Overige RNA-typen en bewerking * **Ribosomaal RNA (rRNA)**: rRNA-moleculen vormen een integraal onderdeel van ribosomen en zijn cruciaal voor eiwitsynthese. Eukaryote ribosomen zijn groter dan bacteriële en bestaan uit grote en kleine subeenheden. * **Transfer RNA (tRNA)**: tRNA-moleculen zijn relatief klein en enkelstrengig, met de capaciteit om zichzelf op te vouwen tot specifieke driedimensionale structuren. Ze spelen een sleutelrol bij het vertalen van de mRNA-sequentie naar een aminozuursequentie. * **RNA-editing**: Dit is een proces dat plaatsvindt na transcriptie, waarbij de nucleotidensequentie van een RNA-molecuul wordt gewijzigd. Dit kan bestaan uit het in- of verwijderen van nucleotiden, of de chemische conversie van één base naar een andere, wat resulteert in een sequentie die niet volledig complementair is aan de DNA-template. ### 3.6 Vorming van het pre-initiatiecomplex (PIC) De vorming van het pre-initiatiecomplex (PIC) is een kritieke stap voor transcriptie-initiatie door RNA-polymerase II. * **In vitro**: De TATA-box wordt herkend door specifieke transcriptiefactoren (TFIID, dat TBP bevat). Vervolgens worden andere algemene transcriptiefactoren (GTF's) en RNA-polymerase II rekruteren, wat leidt tot de vorming van het PIC op de promotor. Dit complex is in staat om basale transcriptie te initiëren. * **In vivo**: In levende cellen kan het PIC reeds vóór de daadwerkelijke transcriptie-initiatie worden opgebouwd op het DNA, waarbij RNA-polymerase klaar staat om te beginnen met het aflezen van de template-streng. **Tip:** De interactie tussen activators die aan enhancers binden en het PIC bij de promotor is cruciaal voor efficiënte transcriptie. Deze interactie wordt vaak gemedieerd door eiwitten zoals co-activatoren, die de chromatinestructuur kunnen aanpassen of het PIC kunnen stabiliseren. ### 3.7 Regulatie op afstand: Enhancers en Activators Enhancers zijn krachtige cis-acting elementen die de transcriptie van genen op significante afstand kunnen reguleren. Ze kunnen stroomopwaarts, stroomafwaarts of zelfs binnen introns van het doelgen opereren. Activator-eiwitten binden aan enhancers. Deze gebonden activators kunnen vervolgens interactie aangaan met het transcriptie-initiatiecomplex bij de promotor, vaak via een lusvorming van het DNA. Dit verhoogt de affiniteit van RNA-polymerase voor de promotor en/of helpt bij de ontwinding van het DNA, wat resulteert in een maximale transcriptiesnelheid. Dit mechanisme is essentieel voor de specifieke en fijnmazige regulatie van genexpressie in eukaryote cellen. --- # Verschillende typen RNA polymerasen en hun functies Dit onderwerp onderscheidt de verschillende eukaryote RNA polymerasen (I, II, III) en beschrijft hun specifieke functies in de synthese van rRNA, mRNA, tRNA en andere kleine RNA-moleculen. ### 4.1 Overzicht van eukaryote RNA polymerasen Eukaryote cellen beschikken over drie hoofdtypen RNA polymerasen die verantwoordelijk zijn voor de synthese van verschillende klassen RNA-moleculen. Deze enzymen zijn complex en bestaan uit meerdere subunits, en hun activiteit wordt nauw gereguleerd. #### 4.1.1 RNA polymerase I * **Functie:** RNA polymerase I is primair verantwoordelijk voor de synthese van de meeste ribosomale RNA (rRNA) moleculen. Deze rRNA's zijn essentiële componenten van de ribosomen, de cellulaire machinerie voor eiwitsynthese. #### 4.1.2 RNA polymerase II * **Functie:** RNA polymerase II is cruciaal voor de synthese van messenger RNA (mRNA), dat de genetische code van DNA naar de ribosomen brengt voor translatie tot eiwitten. Daarnaast produceert het ook verschillende kleine nucleaire RNA's (snRNA's) die betrokken zijn bij RNA-processing. #### 4.1.3 RNA polymerase III * **Functie:** RNA polymerase III transcribeert transfer RNA (tRNA) genen, die essentiële moleculen zijn die aminozuren naar het ribosoom transporteren tijdens de eiwitsynthese. Het synthetiseert ook het 5S rRNA, een klein rRNA-molecuul dat een component is van elk ribosoom, en andere kleine RNA-moleculen zoals snRNA's die niet door RNA polymerase II worden gemaakt. ### 4.2 Transcriptie-initiatie in eukaryoten De start van transcriptie, het proces waarbij DNA wordt omgezet in RNA, vereist de interactie van RNA polymerase met specifieke DNA-sequenties, met name de promotorregio. Eukaryote RNA polymerasen hebben hiervoor aanvullende transcriptiefactoren nodig die het enzym helpen zich op de juiste plaats op het DNA te binden. #### 4.2.1 Promotorregio's De promotor is de DNA-sequentie waar transcriptie begint. Binnen de promotor worden verschillende regio's onderscheiden: * **Core promotor:** Dit is een set van cis-acting sequenties die essentieel zijn voor basale transcriptie-initiatie. * **Initiator (Inr):** Deze sequentie omspant de transcriptie-initiatieplaats. * **TATA box:** Deze sequentie bevindt zich typisch rond positie -30 ten opzichte van de transcriptie-startsite en is cruciaal voor de herkenning door transcriptiefactoren. * **Promotor proximaal element:** Deze elementen bevinden zich stroomopwaarts (upstream) van de TATA-box en kunnen de efficiëntie van transcriptie beïnvloeden. #### 4.2.2 Transcriptiefactoren en activators * **Algemene transcriptiefactoren (GTF's):** Dit zijn eiwitten die essentieel zijn voor de basale transcriptie-initiatie en nodig zijn voor de expressie van vrijwel elk gen. Ze helpen bij de vorming van het pre-initiatiecomplex (PIC) op de promotor. * **Activators:** Dit zijn regulatoire eiwitten die de efficiëntie van transcriptie kunnen verhogen. Ze kunnen binden aan specifieke DNA-sequenties, zoals enhancers. * **Enhancers:** Dit zijn versterkende DNA-elementen die op afstand van de coderende sequentie kunnen liggen, zowel stroomopwaarts als stroomafwaarts. Activators die aan enhancers binden, kunnen de transcriptie van genen aanzienlijk verhogen. #### 4.2.3 Vorming van het pre-initiatiecomplex (PIC) voor RNA polymerase II Het pre-initiatiecomplex is een complex van transcriptiefactoren en RNA polymerase II dat zich vormt op de promotor van een gen dat door RNA polymerase II wordt getranscribeerd. * **In vitro:** De TATA-box wordt herked door transcriptiefactoren, die vervolgens RNA polymerase II aantrekken. Dit leidt tot de vorming van het PIC, wat basale transcriptie kan starten. * **In vivo:** In levende cellen kan het PIC soms al gevormd zijn voordat RNA polymerase II aan het DNA bindt, of het complex kan sneller worden samengesteld door cellulaire signalen. ### 4.3 Processing van primair transcript (pre-mRNA) Nadat de transcriptie door RNA polymerase II is voltooid, ondergaat het resulterende primaire transcript, genaamd pre-mRNA, verschillende modificaties om te worden omgezet in volwassen mRNA. #### 4.3.1 Capping * **Proces:** Aan het 5'-uiteinde van het pre-mRNA wordt een gemodificeerde guanine-nucleotide (7-methylguanosine) toegevoegd. Dit proces omvat de koppeling via een 5'-5'-trifosfaatbinding. * **Functies:** * Bescherming tegen afbraak door 5'-exonucleasen. * Betrokkenheid bij de translatie-initiatie en het transport van mRNA uit de celkern. #### 4.3.2 Polyadenylatie * **Proces:** Aan het 3'-uiteinde van het pre-mRNA wordt een reeks adenine-nucleotiden, een poly(A)-staart, toegevoegd. Dit gebeurt nadat het RNA door specifieke enzymen is geknipt op een consensussequentie. * **Functies:** * Bescherming tegen afbraak door 3'-exonucleasen. * Stabilisatie van het mRNA. * Invloed op de translatie-efficiëntie en het transport uit de celkern. #### 4.3.3 Splicing * **Proces:** Eukaryote genen bevatten coderende regio's (exonen) en niet-coderende regio's (intronen). Splicing is het proces waarbij de intronen uit het pre-mRNA worden verwijderd en de exonen aan elkaar worden geligeerd om een continu coderende sequentie te vormen. * **Mechanisme:** Splicing wordt uitgevoerd door het spliceosoom, een complex van snRNA's en eiwitten. Essentiële sequenties binnen de intronen, zoals het 5'-splicepunt, het 3'-splicepunt en een branch point sequentie (vaak met een adenosine A) binnen het intron, zijn cruciaal voor dit proces. Tijdens splicing wordt het 5'-exon afgeknipt, vormt het intron een luso-structuur waarbij de branch point adenosine een fosfordiesterbinding vormt met het 5'-uiteinde van het intron, en wordt vervolgens het 3'-splicepunt afgeknipt, waarna de exonen aan elkaar worden geligeerd. #### 4.3.4 Alternatieve splicing * **Concept:** Eén gen kan door middel van alternatieve splicing leiden tot de productie van verschillende eiwitisoformen. Dit gebeurt doordat selectief exonen kunnen worden overgeslagen of op verschillende manieren kunnen worden gecombineerd, afhankelijk van cellulaire signalen of weefselspecifieke factoren. ### 4.4 Andere RNA-moleculen #### 4.4.1 Ribosomaal RNA (rRNA) * **Functie:** rRNA's zijn structurele en katalytische componenten van ribosomen. Eukaryote ribosomen bevatten meerdere soorten rRNA's, die samen met eiwitten de grote en kleine subeenheden vormen. * **Synthese:** Grotendeels gesynthetiseerd door RNA polymerase I. #### 4.4.2 Transfer RNA (tRNA) * **Functie:** tRNA's zijn kleine RNA-moleculen die dienen als adaptors tijdens de translatie. Ze herkennen specifieke codons op het mRNA en leveren de corresponderende aminozuren aan de groeiende polypeptideketen. * **Synthese:** Gesynthetiseerd door RNA polymerase III. #### 4.4.3 Kleine nucleaire RNA's (snRNA's) * **Functie:** snRNA's zijn betrokken bij verschillende processen in de celkern, waaronder RNA-splicing (als componenten van het spliceosoom) en andere RNA-verwerkingsmechanismen. * **Synthese:** Verschillende klassen snRNA's worden gesynthetiseerd door RNA polymerase II of RNA polymerase III. ### 4.5 RNA editing * **Concept:** RNA editing is een post-transcriptioneel proces waarbij de sequentie van het RNA-molecuul wordt gewijzigd door het inbrengen of verwijderen van nucleotiden, of door de chemische conversie van de ene base naar de andere. Dit kan leiden tot een mRNA dat significant verschilt van de DNA-template. * **Gevolg:** Dit kan resulteren in eiwitten met een andere aminozuursequentie dan wat door de DNA-sequentie oorspronkelijk werd gecodeerd. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Genexpressie | Het proces waarbij de informatie van een gen wordt gebruikt om een functioneel product, zoals een eiwit of RNA-molecuul, te maken. Dit omvat transcriptie en translatie. | | Transcriptie | Het proces waarbij een DNA-templatestreng wordt gebruikt om een complementaire RNA-sequentie te synthetiseren. Dit wordt uitgevoerd door RNA polymerase. | | Translatie | Het proces waarbij de genetische informatie, gecodeerd in mRNA, wordt omgezet in een sequentie van aminozuren om een eiwit te vormen. Dit vindt plaats op ribosomen. | | RNA polymerase | Een enzym dat essentieel is voor transcriptie; het katalyseert de synthese van RNA vanuit een DNA-template. Het verschillende types komen voor in eukaryoten. | | mRNA | Messenger RNA (boodschapper-RNA); een molecuul dat de genetische code van DNA kopieert en naar de ribosomen transporteert voor eiwitsynthese. | | Aminozuur | De bouwsteen van eiwitten. Er zijn 20 verschillende standaard aminozuren die in verschillende combinaties eiwitten vormen. | | Promotor | Een specifieke DNA-sequentie bij het begin van een gen waaraan RNA polymerase bindt om de transcriptie te starten. | | Terminator | Een DNA-sequentie die het einde van een gen aangeeft en het stoppen van transcriptie signaleert. | | Niet-vertaalde leader sequentie | Het deel van het mRNA-molecuul dat zich aan het 5'-uiteinde bevindt, voorafgaand aan de startcodon, en dat niet wordt vertaald in aminozuren. | | Niet-vertaalde trailer sequentie | Het deel van het mRNA-molecuul dat zich aan het 3'-uiteinde bevindt, na het stopcodon, en dat niet wordt vertaald in aminozuren. | | Eiwit coderende sequentie | Het deel van het mRNA dat de instructies bevat voor de aminozuursequentie van een eiwit. | | Template streng | De DNA-streng die als mal dient voor de synthese van een complementaire RNA-streng tijdens transcriptie. | | Antiparallel | Beschrijft twee strengen die in tegengestelde richtingen lopen (bijvoorbeeld 5' naar 3' en 3' naar 5'). | | Primer | Een kort stukje RNA of DNA dat nodig is om de DNA-synthese te starten, door een startpunt te bieden voor DNA polymerase. RNA-synthese vereist geen primer. | | Cytoplasma | Het deel van de cel dat zich buiten de kern bevindt en de organellen bevat. Translatie vindt hier plaats. | | Capping | Een post-transcriptionele modificatie waarbij een speciale 7-methylguanosine-cap aan het 5'-uiteinde van eukaryote mRNA wordt toegevoegd ter bescherming en voor herkenning door ribosomen. | | Polyadenylatie | Een post-transcriptionele modificatie waarbij een reeks adenine-nucleotiden (poly-A-staart) aan het 3'-uiteinde van eukaryote mRNA wordt toegevoegd ter stabiliteit en efficiëntie van translatie. | | Intron | Een niet-coderend deel van een gen dat tijdens transcriptie wordt overgeschreven naar pre-mRNA, maar vervolgens wordt verwijderd door splicing. | | Exon | Een coderend deel van een gen dat na splicing wordt samengevoegd om het mature mRNA te vormen dat vertaald wordt in een eiwit. | | Splicing | Het proces waarbij intronen uit pre-mRNA worden verwijderd en de overgebleven exonen aan elkaar worden gehecht om mature mRNA te vormen. | | Alternatieve splicing | Een mechanisme waarbij verschillende combinaties van exonen uit hetzelfde gen kunnen worden samengevoegd, wat resulteert in de productie van meerdere eiwitisoformen uit één enkel gen. | | rRNA | Ribosomaal RNA; een type RNA dat een structureel en katalytisch onderdeel vormt van ribosomen, de machines voor eiwitsynthese. | | tRNA | Transfer RNA; een type RNA dat specifieke aminozuren transporteert naar het ribosoom tijdens translatie, en dat antCodonen bevat die overeenkomen met mRNA-Codonen. | | RNA editing | Een proces waarbij de sequentie van een RNA-molecuul na transcriptie wordt gewijzigd door het invoegen, verwijderen of chemisch veranderen van nucleotiden. | | Transcriptiefactoren | Eiwitten die zich aan specifieke DNA-sequenties binden om de transcriptie van genen te reguleren, inclusief initiatie, elongatie en terminatie. | | TATA box | Een consensus DNA-sequentie (vaak TATAAA) die zich ongeveer 30 basenparen voor de transcriptie start site bevindt en een belangrijk herkenningspunt is voor transcriptiefactoren en RNA polymerase bij transcriptie-initiatie. | | Enhancer | Een DNA-sequentie die de transcriptie van een gen kan versterken. Enhancers kunnen zich op aanzienlijke afstand van het gen bevinden en zijn vaak weefselspecifiek. | | Activator | Eiwitten die binden aan enhancers of promotors om de transcriptie te stimuleren, vaak door interactie met de basale transcriptiemachinerie. | | Pre-initiatiecomplex (PIC) | Een complex van transcriptiefactoren en RNA polymerase dat zich vormt op de promotor van een gen, wat essentieel is voor de start van transcriptie. |