Molbio H20 deel 3.pptx

# Regulatie van genexpressie in bacteriën en eukaryoten Hier is een uitgebreide samenvatting over de regulatie van genexpressie in bacteriën en eukaryoten, opgesteld als een studiehandleiding. ## 1. Regulatie van genexpressie ### 1.1 Algemeen: vergelijking tussen bacteriën en eukaryoten Genexpressieregulatie is essentieel voor alle organismen om te reageren op omgevingssignalen, zich te ontwikkelen en functies uit te voeren. Hoewel de basisprincipes vergelijkbaar zijn, verschillen de mechanismen tussen bacteriën en eukaryoten aanzienlijk, vooral wat betreft de complexiteit en de meerdere niveaus van controle in eukaryoten. ### 1.2 Regulatie van genexpressie in bacteriën Bacteriële genexpressie wordt efficiënt en snel gereguleerd, vaak gecoördineerd via operons. Het primaire controlepunt is transcriptie. #### 1.2.1 Operons * Een operon is een functionele eenheid van DNA die genen bevat die betrokken zijn bij een specifiek metabolisme of proces. * Het bestaat uit een promotor, een operator en één of meer structurele genen. * **Default status:** Genen in bacteriën zijn over het algemeen "aan" (ON) tenzij ze specifiek worden uitgeschakeld. #### 1.2.2 Transcriptieregulatie * **Repressie:** Genen worden uitgeschakeld door een repressor-eiwit dat bindt aan de operatorsequentie, waardoor RNA-polymerase de toegang tot de promotor wordt belemmerd. * **Induceerbare operons (bv. lac-operon):** De repressor is normaal gebonden. Een inducer (bv. allolactose) bindt aan de repressor, waardoor deze loslaat van de operator en transcriptie mogelijk wordt. * **Represseerbare operons (bv. trp-operon):** De repressor is normaal niet gebonden. Een co-repressor (bv. tryptofaan) bindt aan de repressor, waardoor deze actief wordt en bindt aan de operator, wat transcriptie remt. * **Activatie (positieve regulatie):** Transcriptie wordt gestimuleerd wanneer een activator-eiwit bindt aan een activerende sequentie dichtbij de promotor. * **CAP (catabolite activator protein):** CAP activeert de transcriptie van het lac-operon wanneer glucose laag is en cyclisch AMP (cAMP) hoog is. CAP bindt aan de CAP-bindingsplaats, wat de affiniteit van RNA-polymerase voor de promotor verhoogt. #### 1.2.3 Gecoördineerde expressie Regulerende transcriptiefactoren (TF's) kunnen op specifieke DNA-responseelementen binden om de expressie van meerdere genen te coördineren, zelfs als deze genen niet bij elkaar liggen. ### 1.3 Regulatie van genexpressie in eukaryoten Eukaryote genexpressie is veel complexer en wordt op meerdere niveaus gereguleerd. #### 1.3.1 Vijf niveaus van controle 1. **Genomische controle (chromatine-niveau):** Toegankelijkheid van DNA voor transcriptie. 2. **Transcriptionele controle:** Regulatie van RNA-synthese. 3. **Post-transcriptionele controle (RNA-processing en nucleair export):** Modificatie van pre-mRNA en transport naar het cytoplasma. 4. **Translationele controle:** Regulatie van eiwitsynthese. 5. **Post-translationele controle:** Modificatie en stabiliteit van eiwitten. #### 1.3.2 Niveau 1: Genomische controle * **Chromatinestructuur:** De mate van chromatinecondensatie beïnvloedt de toegankelijkheid van genen voor transcriptiefactoren en RNA-polymerase. * **Euchromatine:** Losse structuur, toegankelijker voor transcriptie. * **Heterochromatine:** Dichte structuur, minder toegankelijk, vaak transcriptioneel inactief. * **Histonmodificaties:** Acetylering van histonen maakt chromatine losser (verhoogt transcriptie), terwijl methylering en fosforylering gecompliceerdere effecten kunnen hebben, vaak leidend tot condensatie (vermindert transcriptie). * **DNA-methylering:** Methylering van cytosine in CpG-dinucleotiden is vaak geassocieerd met transcriptie-onderdrukking. #### 1.3.3 Niveau 2: Transcriptionele controle Dit niveau is cruciaal voor cel-type-specifieke expressie en reactie op signalen. * **Transcriptiefactoren (TF's):** Eiwitten die binden aan specifieke DNA-sequenties om de transcriptie te reguleren. * **Algemene transcriptiefactoren:** Nodig voor de transcriptie van de meeste genen door RNA-polymerase II. Ze binden aan de kernpromotor. * **Regulerende transcriptiefactoren:** Binden aan specifieke DNA-controlelementen (enhancers, silencers, proximale controle-elementen) en reguleren de transcriptiesnelheid van specifieke genen. * **DNA-controle-elementen:** * **Proximale controle-elementen:** Liggen dichtbij de kernpromotor (bv. GC box, CAAT box, octameer). * **Enhancers:** Sequenties die de transcriptie sterk kunnen verhogen. Ze kunnen stroomopwaarts, stroomafwaarts of binnen genen liggen en werken onafhankelijk van hun oriëntatie. * **Silencers:** Sequenties die de transcriptie kunnen onderdrukken. * **Insulators:** Sequenties die de interactie tussen enhancers/silencers en promoters beperken, waardoor hun bereik wordt begrensd. * **Structuur van DNA-bindingsdomeinen van regulerende TF's:** * **Helix-turn-helix motief:** Eenvoudig motief gevonden in bacteriële TF's (bv. Lac repressor) en eukaryote homeotische TF's. Een herkenningshelix bindt aan de grote groef van DNA. * **Zink-vinger motief:** Bevat zink-ionen die worden gepositioneerd door cysteïne- of histidine-residuen. Veel zinkvingers kunnen aan elkaar gebonden zijn (bv. TFIIIA met 9 zinkvingers). * **Helix-lus-helix (HLH) motief:** Twee polypeptiden met HLH-domeinen dimeriseren en vormen een DNA-bindend domein. * **Leucine ritssluiting (Leucine zipper):** Twee alfa-helices met leucine-residuen op regelmatige afstanden vormen een coiled-coil structuur. Dit domein wordt vaak gecombineerd met een DNA-bindend domein. * **Gecoördineerde genexpressie:** Meerdere regulerende TF's binden aan verschillende controle-elementen op enhancers of silencers. Deze combinatie van bindingen bepaalt de uiteindelijke transcriptiesnelheid. Dit "combinatorische controle" maakt cel-type-specifieke expressie mogelijk. * **Enhancer-werking (Looping):** Activator-TF's op enhancers rekruteren co-activatoren, zoals histon-modificerende enzymen, chromatine-remodelleercomplexen en het mediatorcomplex. Deze complexen helpen RNA-polymerase II bij de promotor te komen en transcriptie te initiëren. Dit gebeurt vaak door DNA-looping, waarbij de enhancer-regio dichtbij de promotor wordt gebracht. * **DNA-respons-elementen (DRE's):** Specifieke DNA-sequenties waarop regulerende TF's binden als reactie op een signaal. * **Hormoonrespons-elementen (HRE's):** Gevonden voor steroïde- en schildklierhormonen. Hormoonreceptoren, die vaak zinkvinger TF's zijn, binden aan HRE's na binding van het hormoon, wat kan leiden tot activatie of onderdrukking van genen. * **cAMP-respons-element (CRE):** Bindt aan CREB (cAMP response element-binding protein) na fosforylering door PKA, wat leidt tot transcriptie-activatie en rekrutering van co-activator CBP. * **Interferon-stimulerend respons-element (ISRE):** Bindt aan STAT-transcriptiefactoren na activatie door interferonen. * **Heat-shock respons-element (HSRE):** Bindt aan heat-shock transcriptiefactor (HSTF) na blootstelling aan warmte, wat leidt tot transcriptie van hitte-shock genen. * **Homeotische genen:** Coderen voor homeotische TF's met een homeodomein (een helix-turn-helix DNA-bindend domein). Deze TF's zijn cruciaal voor embryonale ontwikkeling en het bepalen van het lichaamsplan. #### 1.3.4 Niveau 3: Post-transcriptionele controle (RNA-processing en nucleair export) * **Alternatieve splicing:** Een enkel pre-mRNA kan op verschillende manieren worden gespliced, wat resulteert in verschillende mRNA-isoformen en dus verschillende eiwitten. Dit wordt geregeld door regulatorische eiwitten die binden aan splicing enhancer- en silencer-sequenties. * **Alternatieve polyadenylering:** Verschillende poly(A)-staarten kunnen aan het 3'-uiteinde van mRNA worden toegevoegd, wat de stabiliteit en translatie-efficiëntie kan beïnvloeden. * **Nucleair export van mRNA's:** Alleen volwassen, correct verwerkte mRNA's worden als mRNPs (mRNA-proteïnecomplexen) via kernporiën naar het cytoplasma getransporteerd. Defecte mRNA's worden afgebroken. Sommige virussen (bv. HIV met Rev-proteïne) kunnen dit proces manipuleren. * **Functie van de poly(A)-staart:** Bescherming tegen exonucleasen, betrokken bij export uit de kern en initiatie van translatie. #### 1.3.5 Niveau 4: Translationele controle * **Initiatiefactoren (eIF's):** Regulatie van de translatie-initiatie, met name door fosforylering van eIF2 en eIF4E. * **Regeling via eIF2 fosforylering:** In afwezigheid van heem in rode bloedcellen wordt het eiwitkinase HCI geactiveerd en fosforyleert eIF2, wat de translatie blokkeert. In aanwezigheid van heem is HCI inactief en verloopt de translatie van globine. * **Regeling via eIF4E fosforylering:** Fosforylering van eIF4E (5'-cap-bindend eiwit) activeert de translatie-initiatie. Sommige virussen kunnen dit proces inhiberen of manipuleren. * **Allosterische translationele repressors:** Eiwitten die aan specifieke mRNA-responseelementen (bv. IRE in het 5'-UTR van ferritine-mRNA) binden en de translatie remmen. De activiteit van deze repressors kan worden geregeld door moleculen zoals ijzer. * **Regeling van mRNA-afbraak:** De levensduur van mRNA's (bepaald door de poly(A)-staartlengte en AU-rijke elementen in de 3'-UTR) beïnvloedt de hoeveelheid eiwit die gesynthetiseerd kan worden. Afbraak vindt plaats via het cytoplasmatisch exosome of in P-bodies (mRNA-processing bodies). * **Kleine RNA's (siRNA's, miRNA's, piRNA's):** Deze RNA-moleculen reguleren genexpressie door mRNA-degradatie of translatie-inhibitie. * **siRNA's (small interfering RNAs):** Worden gebruikt voor experimentele gen-uitschakeling (RNAi) en als natuurlijke verdediging tegen virussen. Ze leiden tot volledige complementariteit met het doel-mRNA en veroorzaken mRNA-afbraak. Kunnen ook transcriptie-inhibitie induceren. * **miRNA's (microRNAs):** Bindt op basis van partiële complementariteit aan doel-mRNA's, wat leidt tot translatie-inhibitie of mRNA-afbraak. Ze spelen een grote rol in de regulatie van genexpressie. * **piRNA's (Piwi-interacting RNAs):** Voornamelijk actief in geslachtscellen ter bescherming tegen transposon-activiteit door RNA-afbraak of transcriptie-inhibitie. * **Lange noncoding RNA's (lncRNA's):** >200 nucleotiden lange RNA's die genexpressie op verschillende niveaus kunnen reguleren, zoals transcriptie-inhibitie (bv. Xist RNA voor X-chromosoominactivatie) of door chromatine-modificerende complexen te targeten. #### 1.3.6 Niveau 5: Post-translationele controle * **Post-translationele modificaties:** Omkeerbare (bv. fosforylering, methylering) of permanente (bv. proteolytische knipping) veranderingen aan eiwitten die hun activiteit, stabiliteit of lokalisatie beïnvloeden. * **Regeling van eiwitconcentratie door eiwitafbraak:** De concentratie van een eiwit wordt bepaald door de balans tussen synthese en afbraak. Eiwitafbraak vindt plaats via proteasomen (ATP-afhankelijk) of lysosomen. * **Ubiquitinering:** Eiwitten worden gemarkeerd met ubiquitine, wat leidt tot herkenning door het proteasoom. E3-ligasen bepalen de substraatspecificiteit. * **Sumoylering:** Reguleert eiwitstabiliteit, nucleocytoplasmatisch transport en functie van transcriptiefactoren. * **Targeting van eiwitten:** Eiwitten worden naar hun juiste intra- of intercellulaire locaties getransporteerd. * **Interacties met regulatorische moleculen:** Eiwitten kunnen direct interageren met moleculen zoals cAMP of calciumionen om hun functie te moduleren. > **Tip:** Begrijp dat de regulatie in eukaryoten zich uitbreidt van de structuur van het DNA zelf (chromatine) tot de uiteindelijke activiteit en stabiliteit van het eiwit. De complexiteit maakt differentiatie en gespecialiseerde celtypen mogelijk. > **Tip:** Vergelijk de bacteriële aanpak (vaak via operons en snelle respons op nutriënten) met de eukaryote aanpak (meerdere lagen van controle voor complexere organismen, ontwikkeling en celtypespecifieke taken). > **Concept check:** Bacteriën reguleren genen vaak via operons, waarbij de default status "aan" is en repressie de genen uitschakelt. Eukaryoten hebben een "basale" transcriptie als default, die verhoogd kan worden door activatoren of verlaagd/uitgeschakeld door repressoren. > **Concept check:** Een mutatie in een UTR (vooral 3'-UTR) van een mRNA kan de binding van miRNA's of regulatorische eiwitten beïnvloeden, wat kan leiden tot veranderde expressiepatronen zonder de aminozuursequentie van het eiwit te veranderen. --- # Transcriptionele controle in eukaryoten Transcriptionele controle in eukaryoten is een complex proces dat bepaalt welke genen worden afgeschreven en in welke mate, en speelt een cruciale rol in de differentiatie van celtypen en de reactie op omgevingssignalen. ### 2.1 Algemene en regulerende transcriptiefactoren De regulatie van genexpressie op transcriptioneel niveau berust op de interactie tussen verschillende eiwitfactoren en specifieke DNA-sequenties. Deze factoren kunnen worden ingedeeld in twee hoofdcategorieën: * **Algemene transcriptiefactoren (TF):** Deze zijn essentieel voor de transcriptie van vrijwel alle genen die door een bepaald type RNA-polymerase (bv. RNA pol II) worden gecodeerd. Ze binden aan de kernpromotor, een regio direct stroomopwaarts van het gen, en zijn noodzakelijk voor de rekrutering van RNA-polymerase om de transcriptie te initiëren. * **Regulerende transcriptiefactoren:** Deze factoren binden aan specifieke DNA-sequenties die zich buiten de kernpromotor bevinden. Ze kunnen de transcriptie van specifieke genen versterken (activatoren) of onderdrukken (repressors) en zijn cruciaal voor celtype-specifieke genexpressie en respons op signalen. #### 2.1.1 Structuur van DNA-bindingsdomeinen van regulerende TF Regulerende transcriptiefactoren bezitten gespecialiseerde DNA-bindingsdomeinen die hen in staat stellen om specifieke DNA-sequenties te herkennen en te binden. Enkele veelvoorkomende domeintypes zijn: * **Helix-turn-helix motief:** Dit motief, aanwezig in zowel bacteriële (bv. in Lac en Trp repressors) als eukaryotische transcriptiefactoren (bv. homeotische transcriptiefactoren), bestaat uit twee alfa-helices gescheiden door een lus. Een "herkenningshelix" bindt in de grote groeve van het DNA, terwijl een tweede helix de configuratie stabiliseert via hydrofobe interacties. * **Zink-vinger motief:** Dit domein maakt gebruik van zinkionen om de structuur van de eiwit-DNA-interactie te stabiliseren. Het bestaat typisch uit een alfa-helix en een bèta-plaat, waarbij cysteïnen of histidinen het zinkion positioneren. TFIIIA, een factor voor het 5S rRNA gen, heeft bijvoorbeeld negen zinkvingers. Steroïdhormoonreceptoren maken ook gebruik van zinkvingers. * **Helix-lus-helix motief:** Dit domein kenmerkt zich door een korte alfa-helix gevolgd door een langere herkennings-alfa-helix. Twee polypeptiden (identiek of verschillend) met dit motief kunnen dimeren vormen, waarbij hun herkenningshelices binden aan een specifiek DNA-segment. * **Leucine-ritssluiting (Leucine zipper):** Dit motief bestaat uit twee alfa-helices die rond elkaar wikkelen en een dubbele spiraal vormen. Leucine-residuen op regelmatige afstanden in deze helices zorgen voor hydrofobe interacties. Dimerisatie via dit motief, gecombineerd met bijkomende alfa-helices, faciliteert de binding in de grote groeve van het DNA. #### 2.1.2 Gecoördineerde genexpressie door binding van een TF op een DNA respons element Een **DNA respons element (DRE)** is een specifieke consensus DNA-sequentie waaraan een regulerende transcriptiefactor bindt om de expressie van een gen te reguleren. DRE's kunnen voorkomen in proximale controle-elementen of in enhancers/silencers. Wanneer een signaal uit de omgeving of een ontwikkelingsfase de activiteit van een regulerende TF beïnvloedt, kan deze TF alle genen in het genoom die voorzien zijn van het corresponderende DRE tegelijkertijd aan- of uitzetten. Dit mechanisme maakt gecoördineerde regulatie mogelijk van genen die verspreid over het genoom liggen. * **DNA respons elementen voor hormoonreceptoren:** Steroïdhormonen en schildklierhormonen zijn lipofiel en kunnen celmembranen passeren. Hormoonreceptoren (HR), vaak zinkvinger transcriptiefactoren, binden na hormoonbinding aan specifieke **hormoon respons elementen (HRE)** in het DNA. Deze binding kan de transcriptie activeren of, in sommige gevallen, onderdrukken (bv. door rekrutering van histon deacetylases, HDACs, die chromatinecondensatie bevorderen). * **DNA respons elementen voor CREB:** Het **cAMP respons element (CRE)** in het DNA reguleert genen waarvan de transcriptie wordt geactiveerd door cAMP. cAMP activeert proteïne kinase A (PKA), dat op zijn beurt CREB (cAMP response element-binding protein) fosforyleert. Fosforylering van CREB leidt tot de rekrutering van co-activatoren, zoals CBP (CREB binding protein), een histon acetyltransferase, wat leidt tot acetylering van histonen en een meer toegankelijk chromatine. * **DNA respons elementen voor STAT:** Na activatie door signalen zoals interferon, dimeriseren en fosforyleren STAT-eiwitten (Signal Transducer and Activator of Transcription). Deze STAT-dimeren transloceren naar de kern en binden aan **interferon stimulerende respons elementen (ISRE)** om de transcriptie te activeren. * **DNA respons elementen voor heat-shock TF (HSTF):** Warmte of andere stressfactoren activeren HSTF in het cytoplasma. Het geactiveerde HSTF transloceert naar de kern, bindt als trimeer op **heat-shock respons elementen (HSRE)**, en wordt verder gefosforyleerd om de transcriptie van heat-shock genen te activeren. Deze genen coderen voor o.a. moleculaire chaperones zoals Hsp70. * **Homeotische transcriptiefactoren:** Deze reguleren de embryonale ontwikkeling en de bepaling van het lichaamsplan. Homeotische genen coderen voor homeotische transcriptiefactoren die een **homeodomein** bezitten, een DNA-bindingsdomein van 60 aminozuren. Deze factoren binden aan specifieke DNA-sequenties en activeren of inhiberen genen die essentieel zijn voor de vorming van lichaamsdelen. Mutaties in deze genen kunnen leiden tot drastische veranderingen, zoals het ontstaan van poten op de plaats van antennes (Antennapedia-complex). De HOX-genen, belangrijk voor de anteroposterior as, zijn sterk geconserveerd. #### 2.1.3 Differentiële transcriptie in verschillende celtypen Cellen in een organisme verschillen aanzienlijk in hun transcriptoom (de verzameling van alle RNA-moleculen). Dit wordt grotendeels bepaald door de specifieke combinaties van regulerende transcriptiefactoren die in elke celtype aanwezig en actief zijn. ### 2.2 Promotor-proximale controle-elementen Deze controle-elementen bevinden zich dicht bij de kernpromotor van een gen en zijn betrokken bij de basale regulatie van de transcriptie. Voorbeelden zijn: * **GC box:** Een GC-rijke sequentie die vaak voorkomt in de promotors van veel genen. * **CAAT box:** Een CCAAT-sequentie die cruciaal is voor de efficiëntie van de transcriptie-initiatie. * **Octameer (ATTTGCAT):** Een sequentie die in verschillende genen wordt aangetroffen en door specifieke transcriptiefactoren wordt herkend. ### 2.3 Enhancers, silencers en insulators Deze sequenties spelen een sleutelrol in de fijnmazige regulatie van genexpressie en bevinden zich vaak op aanzienlijke afstand (zowel stroomopwaarts als stroomafwaarts) van de gereguleerde genen. * **Enhancers:** Dit zijn DNA-sequenties die de transcriptie van een gen kunnen versterken. Een enhancer bestaat vaak uit meerdere **DNA controle-elementen**, waarbij elke sequentie specifieke **transcriptionele activatoren** bindt. * **Silencers:** Dit zijn DNA-sequenties die de transcriptie van een gen kunnen onderdrukken. Aan silencers binden **transcriptionele repressors**. * **Insulators:** Deze DNA-sequenties fungeren als barrières. Insulator-eiwitten binden aan deze sequenties en verhinderen dat activatoren en repressoren van nabijgelegen enhancers of silencers de genen waarop ze niet van toepassing zijn, beïnvloeden. Ze beperken de actie van enhancers en silencers tot specifieke genen. #### 2.3.1 Het werkingsmechanisme van enhancers Enhancers werken vaak door **looping** van het DNA. Transcriptionele activatoren, die een DNA-bindingsdomein en een activatiedomein bezitten, binden aan de enhancer. Het activatiedomein rekruteert vervolgens **co-activatoren**. Deze co-activatoren kunnen diverse functies hebben, waaronder het modificeren van histonen (bv. acetylering), het remodelleren van chromatine complexen, of het vormen van het **mediator complex**. Het mediator complex vormt een brug tussen de transcriptiefactoren op de enhancer en de algemene transcriptiefactoren en RNA-polymerase op de kernpromotor, wat leidt tot verhoogde transcriptie. ### 2.4 Combinatorische controle van genexpressie Eukaryotische genexpressie wordt gekenmerkt door **combinatorische controle**. Dit betekent dat de expressie van een gen niet wordt bepaald door de aanwezigheid van één enkele transcriptiefactor, maar door de specifieke combinatie van verschillende regulerende transcriptiefactoren die aan verschillende controle-elementen (in enhancers, silencers, proximale elementen) binden. * **Transcritionele activatoren (met DNA-bindingsdomein + activatiedomein):** Binden op enhancer sequenties en rekruteren co-activatoren. * **Transcritionele repressors (met DNA-bindingsdomein + repressiedomein):** Binden op silencer sequenties en rekruteren co-repressoren. Het netto-effect van de interactie tussen activatoren en repressoren bepaalt of een gen aan staat (hoge transcriptie), uit staat (geen transcriptie), of basaal wordt getranscribeerd. Dit combinatorische systeem maakt de enorme diversiteit aan celtypen en hun specifieke functionele eigenschappen mogelijk. > **Tip:** Het combineren van verschillende regulerende transcriptiefactoren op verschillende controle-elementen creëert een 'logische poort' voor genexpressie, waarbij alleen specifieke combinaties van signalen leiden tot de activatie van een gen. #### 2.4.1 Celtypen-specifieke expressie De verschillende celtypen in een organisme bezitten vrijwel hetzelfde genoom, maar hun functionele specialisatie is het gevolg van verschillende transcriptiepatronen. Dit wordt bereikt doordat verschillende celtypen verschillende sets van regulerende transcriptiefactoren tot expressie brengen. Deze transcriptiefactoren binden vervolgens aan specifieke DNA-sequenties (respons-elementen) om de expressie van genen te reguleren die essentieel zijn voor de specifieke functie van dat celtype. Nucleaire run-on assays kunnen worden gebruikt om de transcriptieactiviteit in verschillende celtypen te kwantificeren. --- # Regulatie van genexpressie op post-transcriptioneel niveau Dit document beschrijft de regulatie van genexpressie op post-transcriptioneel niveau in eukaryoten, inclusief RNA-processing, nucleair export, translatie en post-translationele modificaties. ## 3 Regulatie van genexpressie op post-transcriptioneel niveau Genexpressie wordt nauwkeurig gereguleerd op verschillende niveaus in eukaryoten, na de initiële transcriptie van DNA naar RNA. Deze post-transcriptionele mechanismen omvatten de bewerking van RNA, het transport ervan uit de kern, de efficiëntie van de translatie en modificaties aan de resulterende eiwitten. Deze lagen van controle zorgen voor een fijnmazige regulatie van genproductie, wat essentieel is voor celtype-specifieke functies en reacties op omgevingssignalen. ### 3.1 Controle van RNA-processing en nucleair export (3e niveau) Na transcriptie ondergaat pre-mRNA diverse bewerkingsstappen voordat het als volwassen mRNA de celkern kan verlaten voor translatie in het cytoplasma. #### 3.1.1 Alternatieve splicing en polyadenylering * **Alternatieve splicing:** Dit proces maakt het mogelijk om uit één enkel gen verschillende eiwitisoformen te genereren. Regulatorische eiwitten en kleine nucleaire RNA's (snoRNA's) binden aan specifieke sequenties op het pre-mRNA, de zogenaamde *splicing enhancer* en *silencer* sequenties. Deze bindingen beïnvloeden de selectie van introns en exons tijdens het splicingproces. Splicing enhancer- en silencer-sequenties kunnen zich zowel in exons als in introns bevinden. * **Polyadenylering:** De 3'-uiteinde van het mRNA wordt verwerkt door de toevoeging van een poly(A)-staart. Dit gebeurt na herkenning van een AAUAAA sequentie, gevolgd door knipping 10-35 nucleotiden stroomafwaarts en de daaropvolgende toevoeging van de poly(A)-staart door poly(A)-polymerase. Dit proces eindigt de transcriptie en heeft meerdere functies: * Bescherming tegen exonucleasen. * Betrokkenheid bij de export van mRNA uit de kern naar het cytoplasma. * Belangrijk voor de initiatie van translatie. Hoewel de meeste mRNA's een poly(A)-staart hebben, bestaan er uitzonderingen van transcripts zonder deze staart. #### 3.1.2 Nucleair export van mRNA's Niet alle gesynthetiseerde mRNA's worden geëxporteerd uit de kern. Defecte mRNA's worden geïdentificeerd en afgebroken. Alleen volwassen, correct verwerkte mRNA's worden als *messenger ribonucleoprotein complexes* (mRNP's) - bestaande uit mRNA en verschillende gebonden eiwitten, zoals het Exon Junction Complex (EJC) - via de kernporiën naar het cytoplasma getransporteerd. * **Gereguleerde export:** In sommige gevallen, zoals bij infectie met het HIV-virus, kan de nucleaire export worden geregeld. Het HIV-virus produceert het Rev-eiwit, dat een nucleair exportsignaal bezit. Dit eiwit bindt aan specifiek HIV-mRNA in de kern en faciliteert de transport ervan door de kernporiën naar het cytoplasma. ### 3.2 Translationele controle (4e niveau) De translationele controle richt zich op de efficiëntie waarmee mRNA wordt omgezet in eiwitten. Dit kan gebeuren door regulatie van de initiatie van translatie, de activiteit van translationele repressors, de afbraak van mRNA, en de actie van kleine RNA-moleculen. #### 3.2.1 Controle via eukaryotische initiatiefactoren (eIFs) Eukaryotische initiatiefactoren spelen een cruciale rol bij de translatie-initiatie. * **Fosforylering van eIF2:** eIF2 is essentieel voor translatie-initiatie. Fosforylering van eIF2 door specifieke proteïnekinasen kan de translatie-initiatie remmen. Een voorbeeld hiervan is het heem-gecontroleerde inhibitor (HCI) kinase in rode bloedcellen. In aanwezigheid van heem (essentieel voor hemoglobine) is HCI inactief en kan de translatie van globine-mRNA's (die meer dan 90% van de eiwitten in deze cellen vormen) plaatsvinden. In afwezigheid van heem wordt HCI actief, fosforyleert het eIF2, wat leidt tot een blokkade van translatie-initiatie. * **Fosforylering van eIF4E:** eIF4E is een cap-bindend eiwit dat onderdeel is van het eIF4F-complex, cruciaal voor de initiatie van translatie door de 5'-cap van het mRNA te herkennen. Fosforylering van eIF4E activeert het complex. Sommige virussen kunnen deze fosforylering blokkeren. Andere virussen produceren proteasen die eIF4G (een ander onderdeel van eIF4F) in fragmenten knippen. Eén fragment kan nog steeds binden aan de 5'-cap, terwijl het andere kan binden aan een *internal ribosome entry sequence* (IRES) op viraal mRNA, waardoor selectief virale eiwitten worden getranslateerd ten koste van cellulaire eiwitten. #### 3.2.2 Allosterische translationele repressors Deze eiwitten reguleren de translatie van specifieke mRNA's door binding op regulatoire elementen in het mRNA, vaak in de *untranslated regions* (UTRs). * **Voorbeeld: IJzerregulatie van ferritine:** Ferritine is een eiwit dat ijzer intracellulair opslaat. Bij hoge ijzerconcentraties is er meer ferritine nodig. Het mRNA voor ferritine bevat een ijzer-respons element (IRE) in de 5'-UTR. Een IRE-bindend eiwit fungeert als een translationele repressor. In afwezigheid van ijzer bindt dit eiwit aan de IRE en blokkeert het de translatie van ferritine-mRNA. Bij hoge ijzerconcentraties bindt ijzer aan het repressor-eiwit, waardoor het zijn affiniteit voor de IRE verliest. Het eiwit dissocieert, waardoor de translatie van ferritine-mRNA wordt geactiveerd. #### 3.2.3 Translationele controle door regulatie van mRNA-afbraak De levensduur van mRNA-moleculen kan sterk variëren, wat een belangrijke factor is in genexpressieregulatie. * **Halfwaardetijd van mRNA:** De tijd die nodig is om 50% van een mRNA-molecuul af te breken, varieert van minder dan 30 minuten tot 10 uur. De levensduur wordt beïnvloed door de lengte van de poly(A)-staart en het aantal AU-rijke elementen in de 3'-UTR. * **Mechanismen van mRNA-afbraak:** * **3' → 5' pathway:** Inkorting van de poly(A)-staart, verwijdering van poly(A)-bindende eiwitten, en afbraak van het mRNA in 3'→5' richting door exonucleasen van het cytoplasmatisch exosoom, gevolgd door afbraak van de 5'-cap door een cap-afbrekend enzym. * **5' → 3' pathway:** Inkorting van de poly(A)-staart, verwijdering van de 5'-cap, en afbraak van het mRNA in 5'→3' richting door exonucleasen die zich bevinden in cytoplasmatische structuren, bekend als P-bodies (*mRNA processing bodies*). * **Regulatie via ijzer:** Net zoals bij ferritine, kan mRNA-afbraak worden gereguleerd door ijzer. Transcripten met een IRE in de 3'-UTR kunnen bijvoorbeeld worden beïnvloed door ijzerconcentraties. #### 3.2.4 Small RNAs: siRNAs, miRNAs en piRNAs Kleine RNA-moleculen spelen een cruciale rol bij het uitschakelen van genexpressie via RNA-interferentie (RNAi) en andere mechanismen. * **RNA-interferentie (RNAi):** Dit is een proces waarbij dubbelstrengig RNA (dsRNA) leidt tot de afbraak van complementaire mRNA's of tot de inhibitie van translatie. Het werd oorspronkelijk ontdekt als een afweermechanisme tegen dsRNA-virussen in planten en *C. elegans*. Een RNA-afhankelijk RNA-polymerase (RdRP) kan de RNAi-respons versterken. * **siRNAs (small interfering RNAs):** dsRNA wordt door het enzym DICER verwerkt tot ds siRNA's van 21-22 nucleotiden lang. Deze worden in het RNA-induced silencing complex (RISC) opgenomen, wat leidt tot mRNA-afbraak (bij volledige complementariteit) of translatie-inhibitie (bij partiële complementariteit). siRISC kan ook binden aan DNA en leiden tot transcriptie-inhibitie door rekrutering van DNA- of histon-methyltransferasen. * **miRNAs (microRNAs):** miRNAs ontstaan uit lange primaire microRNAs (pri-miRNAs) die door DROSHA worden verwerkt tot precursor miRNAs (pre-miRNAs). DICER verwerkt deze verder tot enkelstrengige miRNAs die in een miRISC-complex worden opgenomen. miRNAs binden aan mRNAs via partiële of volledige complementariteit en reguleren genexpressie voornamelijk door translatie-inhibitie, maar ook door mRNA-afbraak. Ze spelen een rol bij de regulatie van ongeveer 1000 genen bij zoogdieren. * **piRNAs (Piwi-interacting RNAs):** piRNAs zijn langer (ca. 24-31 nucleotiden) en worden afgeschreven van piRNA-clusters die bestaan uit transposon-elementen. Ze binden aan Piwi-eiwitten (onderdeel van argonaut-eiwitten) in een piRISC-complex. piRNAs beschermen de geslachtscellen tegen transposon-activiteit door de afbraak van transposon-RNA en de inhibitie van transposon-transcriptie. * **Experimentele toepassing van RNAi:** Door kunstmatig dsRNA of korte hairpin RNA (shRNA) in te brengen, kan genexpressie experimenteel worden uitgeschakeld. Dit wordt gebruikt voor genoom-wijde screens en heeft therapeutisch potentieel. #### 3.2.5 Long non-coding RNAs (lncRNAs) Lange non-coderende RNA's (lncRNA's) zijn RNA-moleculen langer dan 200 nucleotiden die genexpressie op verschillende niveaus kunnen reguleren. * **In cis inhibitie:** LncRNA's kunnen de transcriptie van dichtbij gelegen genen of zelfs hele chromosomen inhiberen, zoals Xist RNA dat betrokken is bij de inactivatie van het X-chromosoom. Dit gebeurt vaak op een sequentie-onafhankelijke manier door het rekruteren van chromatine-modificerende enzymen. * **In trans inhibitie:** LncRNA's kunnen ook in *trans* (op andere loci, zelfs op andere chromosomen) werken door te associëren met chromatine-regulerende complexen en deze naar specifieke doelwitlocaties te leiden. HOTAIR is een voorbeeld van een lncRNA dat gesynthetiseerd wordt in de HOXC-cluster, maar de expressie van de HOXD-cluster (op een ander chromosoom) reguleert door het PRC2-complex te targeten. ### 3.3 Post-translationele controle (5e niveau) De laatste laag van regulatie vindt plaats na de synthese van het eiwit en omvat modificaties, targeting, en afbraak van het eiwit. #### 3.3.1 Post-translationele modificaties Deze modificaties kunnen de functie, activiteit, stabiliteit of lokalisatie van een eiwit veranderen. * **Omkeerbare modificaties:** Voorbeelden zijn fosforylering en defosforylering, die vaak dienen als schakelaars voor eiwitactiviteit. * **Permanente modificaties:** Dit omvat proteolytische knipping, waarbij een eiwit wordt doorgesneden om een actieve vorm te genereren. #### 3.3.2 Regeling van eiwitvouwing en targeting Post-translationele aanpassingen kunnen essentieel zijn voor de correcte vouwing van eiwitten en voor hun correcte intracellulaire of extracellulaire lokalisatie. #### 3.3.3 Interacties met regulatorische moleculen of ionen Eiwitten kunnen hun activiteit aanpassen door interacties met kleine moleculen (zoals cAMP) of ionen (zoals calciumionen $Ca^{2+}$). #### 3.3.4 Regeling van eiwitconcentratie door eiwitafbraak De uiteindelijke concentratie van een eiwit in de cel wordt bepaald door de balans tussen de snelheid van synthese en de snelheid van afbraak. * **Eiwitafbraak door proteasomen:** De meeste eiwitafbraak in de cel vindt plaats via het proteasoom. Dit is een ATP-afhankelijk proteolytisch complex dat abnormaal gevouwen, beschadigde of gereguleerde eiwitten afbreekt. * **Ubiquitinering:** Eiwitten worden voor afbraak door het proteasoom gemarkeerd met een keten van ubiquitine-moleculen. Dit proces wordt gekatalyseerd door een reeks enzymen: E1 (ubiquitine-activerend enzym), E2 (ubiquitine-conjugerend enzym) en E3 (ubiquitine ligase). De E3 ligasen zijn cruciaal voor de substraatspecificiteit en herkennen specifieke sequenties of structuren (degrons) op doelwit-eiwitten, zoals N-terminale aminozuren of interne aminozuursequenties. Ook defecte eiwitten worden herkend en geubiquitineerd. * **Sumoylering:** Kleine ubiquitin-gerelateerde modificatoren (SUMO's) kunnen aan eiwitten worden gebonden en reguleren de eiwitstabiliteit, nucleocytoplasmatisch transport, en de functie van transcriptiefactoren. * **Eiwitafbraak via lysosomen:** Hoewel minder selectief dan proteasomale afbraak, kunnen eiwitten ook via lysosomen worden afgebroken (microautofagie). #### 3.3.5 DNA-editing enzymen en hun regulatie Sommige enzymen, zoals APOBEC3G (een deaminerend enzym), kunnen DNA-sequenties modificeren. Dit heeft antivirale functies maar kan ook leiden tot mutaties. Het HIV-virus produceert bijvoorbeeld het Vif-eiwit, dat APOBEC3G herkent, ubiquitineert, en daardoor afbraak via het proteasoom bevordert. > **Tip:** Het centrale dogma van de moleculaire biologie omvat replicatie, transcriptie en translatie. Post-transcriptionele regulatie voegt meerdere lagen van controle toe die cruciaal zijn voor de complexiteit van eukaryote genexpressie. Deze niveaus zijn: 1) genomische controle, 2) transcriptionele controle, 3) RNA-processing en nucleair export, 4) translationele controle, en 5) post-translationele controle. --- # Rol van kleine RNA's in genexpressieregulatie Kleine RNA's spelen een cruciale rol in genexpressieregulatie door middel van mRNA-afbraak, translatie-inhibitie of transcriptie-inhibitie. ### 4.1 Inleiding tot kleine RNA's en RNA-interferentie (RNAi) RNA-interferentie (RNAi) is een mechanisme dat leidt tot transcriptionele en post-transcriptionele gen silencing, waarbij genexpressie wordt onderdrukt door kleine RNA-moleculen. Dit proces werd oorspronkelijk ontdekt als een verdedigingsmechanisme tegen dubbelstrengig RNA (dsRNA) virussen in planten en C. elegans. RNA-afhankelijke RNA-polymerases (RdRP's) versterken de RNAi respons. Er zijn drie belangrijke RNAi-paden: siRNA's, miRNA's en piRNA's. RNAi maakt het mogelijk om genexpressie experimenteel uit te schakelen in zoogdiercellen en heeft therapeutisch potentieel. ### 4.2 De siRNA-pathway siRNA's (small interfering RNAs) worden gegenereerd uit lang dsRNA. Dit dsRNA kan afkomstig zijn van virussen, synthetisch ingebrachte dsRNA-moleculen, of door plasmiden die een inverted repeat tot expressie brengen, waardoor een haarspeldstructuur ontstaat. * **Generatie:** Lang dsRNA wordt door het enzym DICER verwerkt tot dsRNA-moleculen van ongeveer 21-22 nucleotiden. * **RISC-complex vorming:** Een van de strengen van het dsRNA wordt opgenomen in het RNA-induced silencing complex (RISC), dat een argonaut-eiwit bevat, resulterend in siRISC. * **Mechanismen van silencing:** * **mRNA-afbraak:** Als het siRNA volledig complementair is aan het doel-mRNA, initieert siRISC de afbraak van het mRNA door een ribonuclease-activiteit. * **Translatie-inhibitie:** Bij partiële complementariteit kan siRISC de translatie van het mRNA inhiberen. * **Transcriptie-inhibitie:** siRISC kan ook in de kern binden aan DNA en daar DNA- of histon-methyltransferases rekruteren, wat leidt tot transcriptie-inhibitie. * **Doelwit:** siRNA's richten zich op virale mRNA's of endogene mRNA's/DNA wanneer het dsRNA complementair is aan deze sequenties (voornamelijk in planten en C. elegans). ### 4.3 De miRNA-pathway miRNA's (microRNAs) zijn kleine niet-coderende RNA-moleculen die genexpressie reguleren door binding aan doel-mRNA's. Ze worden gecodeerd door specifieke miRNA-genen. * **Generatie:** * miRNA-genen worden getranscribeerd tot lange primaire microRNAs (pri-miRNA's) met een hairpin-structuur. * DROSHA verwerkt de pri-miRNA's tot precursor miRNAs (pre-miRNA's) die nog steeds een hairpin-structuur hebben. * Deze pre-miRNA's worden uit de kern getransporteerd en door DICER verwerkt tot enkelstrengs miRNA's. * **RISC-complex vorming:** Het enkelstrengs miRNA wordt opgenomen in het miRISC-complex. * **Mechanismen van silencing:** * **Translatie-inhibitie:** Als het miRNA gedeeltelijk complementair is aan het doel-mRNA, leidt binding van miRISC tot inhibitie van de translatie. Dit is de meest voorkomende modus. * **mRNA-afbraak:** Bij volledige complementariteit kan miRISC leiden tot de afbraak van het mRNA. * **Doelwit:** Circa duizend miRNA-genen zijn geïdentificeerd bij zoogdieren. Eén miRNA kan reversibel binden aan ongeveer 200 verschillende mRNA's, en één mRNA kan door verschillende miRNA's gebonden worden. De binding vindt vaak plaats in de 3'-UTR van het mRNA. ### 4.4 De piRNA-pathway piRNA's (Piwi-interacting RNAs) zijn een klasse van kleine RNA's die voornamelijk in geslachtscellen voorkomen en een cruciale rol spelen bij de bescherming van het genoom tegen de activiteit van transposons. * **Generatie:** piRNA's worden afgeleid van lange enkelstrengs RNA's die worden afgeschreven van specifieke piRNA-clusters. Deze clusters bevatten transposon-sequenties. * **RISC-complex vorming:** piRNA's binden aan eiwitten van de Piwi-familie, die behoren tot de argonaut-eiwitfamilie, en vormen zo een piRISC-complex. * **Mechanismen van silencing:** * **RNA-afbraak van transposons:** piRNA's kunnen binden aan RNA afkomstig van transposons, wat leidt tot de afbraak van dit RNA. * **Transcriptie-inhibitie van transposons:** piRNA's kunnen ook binden aan transposons op DNA-niveau en de transcriptie ervan inhiberen. * **Doelwit:** piRNA's richten zich op transposon RNA en DNA, ter bescherming van de germline-cellen tegen genoominstabiliteit veroorzaakt door mobiele genetische elementen. ### 4.5 Experimentele toepassing en therapeutisch potentieel De mogelijkheid om genexpressie via RNAi uit te schakelen, heeft geleid tot de ontwikkeling van krachtige experimentele tools. * **Genoom-wijde screening:** RNAi-screens kunnen worden gebruikt om de functie van elk gen in een organisme te bestuderen. * **Therapeutische toepassingen:** De modulatie van genexpressie door kleine RNA's biedt potentieel voor de behandeling van diverse ziekten. Synthetische siRNA's kunnen worden gebruikt om specifieke mRNA's te laten afbreken, en korte haarspeld-RNA's (shRNA's) die in een haarspeldstructuur worden geproduceerd, kunnen op vergelijkbare wijze worden ingezet. > **Tip:** Begrijp de verschillen in de inputmoleculen (dsRNA voor siRNA, pri-miRNA voor miRNA, lange enkelstrengs RNA voor piRNA) en de primaire mechanismen (afbraak vs. translatie-inhibitie) voor elk type klein RNA. Let ook op de specifieke functies en locaties (bv. geslachtscellen voor piRNA). > **Voorbeeld:** Een mutatie in een 3'-UTR-sequentie van een mRNA kan de binding van een specifiek miRNA verstoren. Dit kan leiden tot een verhoogde expressie van het eiwit dat door dit mRNA wordt gecodeerd, omdat de normale post-transcriptionele repressie wegvalt. Dit is relevant voor concept check 20.4. --- ## 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 | |------|------------| | Transcriptiefactoren (TF) | Eiwitten die zich binden aan specifieke DNA-sequenties om de transcriptie van genen te reguleren. Ze kunnen zowel transcriptie activeren als onderdrukken. | | Kernpromotor | Een DNA-sequentie gelegen direct stroomopwaarts van het startpunt van transcriptie, waar de RNA-polymerase en algemene transcriptiefactoren binden om de transcriptie te initiëren. | | Proximale controle elementen | DNA-sequenties die zich nabij de kernpromotor bevinden en waaraan regulerende transcriptiefactoren kunnen binden om de transcriptiesnelheid te moduleren. Voorbeelden zijn de GC-box en CAAT-box. | | Enhancer | Een DNA-regio die de transcriptie van een gen kan versterken, ongeacht de afstand of oriëntatie ten opzichte van de promotor. Vele transcriptieactivatoren binden aan enhancers. | | Silencer | Een DNA-regio die de transcriptie van een gen kan onderdrukken. Transcriptierepressoren binden aan silencers om de genexpressie te verminderen. | | Insulator | DNA-sequenties die functioneren als grenzen om de invloed van enhancers en silencers op aangrenzende genen te beperken en zo de genexpressie nauwkeurig te regelen. | | Transcriptionele activator | Een transcriptiefactor die bindt aan een enhancer of ander regulerend element om de transcriptie te starten of te verhogen. Ze rekruteren vaak co-activatoren. | | Transcriptionele repressor | Een transcriptiefactor die bindt aan een silencer of ander regulerend element om de transcriptie te remmen of te verlagen. Ze kunnen co-repressoren rekruteren. | | Reporter gen | Een gen dat wordt gebruikt om de activiteit van een promotor of enhancer te meten. Het gen codeert voor een waarneembaar eiwit, zoals b-galactosidase (LacZ). | | DNA-bindingsdomein | Een specifiek deel van een transcriptiefactor dat direct interactie aangaat met DNA-sequenties om de transcriptie te reguleren. | | Helix-turn-helix motief | Een veelvoorkomend DNA-bindingsmotief in transcriptiefactoren, bestaande uit twee alfa-helices verbonden door een lus, dat zich in de grote groeve van het DNA bindt. | | Zink-vinger motief | Een DNA-bindingsmotief dat zinkionen gebruikt voor stabilisatie. Het bestaat typisch uit een alfa-helix en een b-plaat, die met cysteïne of histidine residuen aan zink binden. | | Helix-lus-helix motief | Een eiwitdomein dat dimere vorming bevordert en deel uitmaakt van veel transcriptiefactoren. Twee van deze domeinen kunnen samen binden aan DNA-respons elementen. | | Leucine ritssluiting (Leucine zipper) | Een dimere interface in transcriptiefactoren, waarbij leucine residuen op regelmatige intervallen langs een alfa-helix elkaar aanvullen en een dubbele spiraal vormen, wat de DNA-binding vergemakkelijkt. | | DNA respons element | Een specifieke consensus DNA-sequentie waarop een regulerende transcriptiefactor bindt om de expressie van een of meerdere genen te coördineren, ongeacht hun locatie in het genoom. | | Hormoonrespons element (HRE) | Een DNA-sequentie die door een hormoonreceptor (na binding van een hormoon) herkend wordt, waardoor de transcriptie van specifieke genen wordt gereguleerd. | | cAMP respons element (CRE) | Een DNA-sequentie waaraan het CREB-eiwit (na fosforylering) bindt om de transcriptie van cAMP-gereguleerde genen te activeren, vaak via rekrutering van co-activator CBP. | | Interferon stimulerend respons element (ISRE) | Een DNA-sequentie die de transcriptie van interferongerelateerde genen activeert, vaak door binding van gefosforyleerde STAT-eiwitten na een virale infectie. | | Heat-shock respons element (HSRE) | Een DNA-sequentie die voorkomt in hitte-schok genen. Wanneer cellen worden blootgesteld aan hitte, bindt de geactiveerde heat-shock transcriptiefactor (HSTF) aan HSREs om de transcriptie te induceren. | | Homeotische genen | Genen die coderen voor homeotische transcriptiefactoren. Deze factoren spelen een cruciale rol in de embryonale ontwikkeling door het bepalen van het lichaamsplan en de identiteit van segmenten. | | Homeodomein | Een DNA-bindend domein van ongeveer 60 aminozuren dat kenmerkend is voor homeotische transcriptiefactoren en gebaseerd is op het helix-turn-helix motief. | | Alternatieve splicing | Een proces waarbij verschillende combinaties van exons uit een pre-mRNA worden samengevoegd, wat resulteert in de productie van verschillende mRNA-moleculen en eiwitvarianten uit hetzelfde gen. | | Polyadenylering | Het toevoegen van een reeks adeninenucleotiden (poly(A)-staart) aan het 3'-uiteinde van een mRNA-molecuul. Dit beschermt het mRNA tegen afbraak en is betrokken bij export en translatie-initiatie. | | Nucleair export | Het proces waarbij mature mRNA-moleculen vanuit de celkern naar het cytoplasma worden getransporteerd via kernporiën, meestal in de vorm van ribonucleoproteïnen (mRNPs). | | Translationele controle | Regulatie van genexpressie op het niveau van translatie, waarbij de snelheid waarmee mRNA wordt omgezet in eiwit wordt bepaald. | | Eukaryotische initiatiefactoren (eIFs) | Eiwitten die essentieel zijn voor de initiatie van translatie in eukaryoten. Hun activiteit kan gereguleerd worden door fosforylering. | | Allosterische translationele repressors | Moleculen die de translatie van specifieke mRNA's reguleren door te binden aan respons-elementen op het mRNA en zo de ribosoombinding of -beweging te belemmeren. | | mRNA afbraak | Het proces van afbraak van mRNA-moleculen, wat een belangrijke manier is om de genexpressie te reguleren. De levensduur van mRNA wordt beïnvloed door factoren als de poly(A)-staart en UTR-sequenties. | | Small RNAs (siRNA, miRNA, piRNA) | Kleine, niet-coderende RNA-moleculen die een sleutelrol spelen in genregulatie door mRNA-degradatie, translatie-inhibitie, of zelfs transcriptie-inhibitie te induceren. | | RNA-interference (RNAi) | Een biologisch proces waarbij kleine RNA-moleculen de genexpressie uitschakelen door het mRNA van een doelgen te degraderen of de translatie ervan te blokkeren. | | siRNA (small interfering RNA) | Een type klein RNA dat betrokken is bij RNA-interference. siRNA's worden vaak gegenereerd uit dubbelstrengig RNA en leiden tot de afbraak van complementaire mRNA's. | | miRNA (microRNA) | Een klasse van kleine, endogene RNA's die de genexpressie reguleren door te binden aan complementaire sequenties in mRNA's, wat leidt tot translatie-inhibitie of mRNA-degradatie. | | piRNA (Piwi-interacting RNA) | Een klasse van kleine RNA's die voornamelijk in geslachtscellen voorkomen en betrokken zijn bij de silencing van transposons en de instandhouding van de genoomintegriteit. Ze binden aan Piwi-eiwitten. | | LncRNA (long noncoding RNA) | Lange RNA-moleculen (>200 nucleotiden) die geen eiwitten coderen, maar verschillende regulerende functies hebben op transcriptie-, post-transcriptionele en epigenetische niveaus. | | Post-translationele controle | Regulatie van genexpressie na de synthese van een eiwit, via modificaties zoals fosforylering, afbraak, of herlokalisatie, die de activiteit en stabiliteit van het eiwit beïnvloeden. | | Proteasoom | Een groot eiwitcomplex in eukaryote cellen dat verantwoordelijk is voor de selectieve afbraak van ubiquitineerde eiwitten. | | Ubiquitinering | Het proces waarbij ubiquitine, een klein eiwit, wordt gekoppeld aan een doelwit-eiwit. Dit kan leiden tot de afbraak van het eiwit door het proteasoom. | | Sumoylering | Het proces waarbij SUMO-eiwitten (Small Ubiquitin-related Modifiers) worden gekoppeld aan doelwit-eiwitten. Dit kan de stabiliteit, lokalisatie en functie van eiwitten, met name transcriptiefactoren, beïnvloeden. | | Exosome | Een ribonucleoproteïnecomplex dat betrokken is bij de afbraak van RNA-moleculen in zowel de kern als het cytoplasma. | | P-bodies | Cytoplasmatische aggregaten die betrokken zijn bij mRNA-verwerking, opslag en afbraak. | | Genomische controle | Regulatie van genexpressie op het niveau van de chromatine-structuur, inclusief DNA-methylering en histonmodificaties, die de toegankelijkheid van genen voor transcriptie beïnvloeden. | | Transcriptionele controle | Regulatie van genexpressie op het niveau van het starten en de snelheid van RNA-synthese. | | RNA processing & RNA export | Regulatie op het niveau van het verwerken van pre-mRNA tot mature mRNA, inclusief splicing en polyadenylering, en het transport van mRNA uit de kern. | | Translationele controle | Regulatie op het niveau van de eiwitsynthese (translatie) uit mRNA. | | Post-translationele controle | Regulatie op het niveau van het eiwit zelf, na de translatie, via modificaties of afbraak. |