Examenvragen Hoofdstuk 1. Nucleus-Genoom 3D organisatie
➢ Bespreek hogere orde 3D genoom organisatie-niveaus
Verschillende niveaus van organisatie
1. Eerste niveau van organisatie is dubbele helix van DNA.
2. Tweede niveau is de chromatide regulatie = DNA-methylatie + histonen.
a. 11nm = beads on a string, meestal actief euchromatine
b. 30 nm = solenoid, vezelstructuur, meestal inactief heterochromatine
3. Derde niveau zijn een aantal chromatine lussen die een regulatorische cluster vormen, welke
TADs (topological associated domain) heten.
a. Tad = Één plaats in de nucleus waar verschillende lussen/genloci samenkopen, soms ook
transcription factory genoemd
b. Actieve TADs komen meer voor naarmate je meer in centrum van kern komt (verder
verwijderd van lamines).
4. Vierde niveau zijn LADs (lamine associated domains)
a. Dit kunnen inactieve TADs zijn met heterochromatine structuur die contact maken met
lamines in de nucleaire periferie (kunnen soms meerdere inactieve TADs bevatten)
De chromosomen worden allen in sterk gecondenseerde lussen verpakt. Dit maakt dat er in de heel de
nucleus steeds gebiedjes zitten met deze gecondenseerde lussen (TADs), in die gebiedjes kunnen de
DNA sequenties met elkaar interageren, maar kunnen niet met andere gebiedjes (andere TADs)
interageren. De chromatine organisatie (hoe sterk gecondenseerd de lussen zijn) zorgt voor verschillen
in de nucleaire fluïditeit. Dit zorgt voor compartimentalisatie, zo kan je verschillende
genregulatie-transcriptie-bubbles creëren met verschillende families transcriptiefactoren zonder dat alles
opgemengd wordt, dit zorgt voor specialisatie in genregulatie.
Deze fluïditeit kan zorgen dat transcriptiefactoren aan of uit staan.
Als je een doorsnede van de nucleus maakt zie je een grotere gendensiteit van actieve TADS in het
midden van de nucleus, want actieve genen stulpen uit richting het midden van de nucleus en zitten hier
ook weer in TADs geclusterd.
Aan de randen is een kleinere densiteit, dit zijn dan ook inactieve genen in heterochromatine, welke in
LADS geclusterd zitten.
➢ Bespreek de rol van de nucleaire organisatie in 3D genoomorganisatie
Chromosomen worden in allemaal lussen verpakt. Dit maakt dat er in de kern steeds kleine gebiedjes
zitten met sterk gecondenseerde lussen, dit zijn TADs. In de TADs kunnen DNA sequenties met elkaar
interageren, maar kunnen niet met andere TADS interageren.
De chromatine organisatie draagt bij aan de slijmerigheid/stroperigheid (viscositeit) van de lussen en
gaat hiermee bepalen of transcriptiefactoren actief/inactief zijn in bepaalde micro domeinen van de kern.
De chromatine organisatie (hoe sterk gecondenseerd de lussen zijn) zorgt voor verschillen in de
nucleaire fluïditeit. Dit zorgt voor compartimentalisatie, zo kan je in parallel verschillende
genregulatie-transcriptie-bubbles creëren met verschillende families transcriptiefactoren zonder dat alles
opgemengd wordt , dit zorgt voor verbeterde coördinatie/specialisatie van genregulatie.
Als je doorsnede maakt in de kern zie je dat de densiteit in het midden veel groter is dan aan de randen.
In het midden van de nucleus zitten actieve genen die zijn geclusterd in TADs, deze genen zijn beter
bereikbaar voor transcriptiefactoren.
1
,Aan de randen (periferie) is de densiteit veel kleiner en hier liggen dan ook inactieve genen
gepositioneerd die geclusterd zijn in LADS. Deze LADs zijn vaak gebonden aan lamines die aan de
periferie van de nucleus zitten.
De nucleaire laminen maken contact met de LADs, maar ook met cytoskelet eiwitten aan de binnen- en
buitenkant van de de nucleus.
Als de nucleaire lamine eiwitten mutaties hebben, kan de genregeling fout lopen in de kern waardoor er
foute transcriptie kan ontstaan.
Als de TADs worden verstoord, dus als er iets mis is met de onderlinge contacten tussen lussen in de
TAD, kan zit ontwikkelingsstoornissen veroorzaken.
➢ Hoe kan mechanische stress zorgen voor 3D genoomreorganisatie
Nucleaire lamines maken contacten met cytoskelet eiwitten (buiten de kern) en nucleoskelet eiwitten in
de kern. De nucleoskelet eiwitten gaan reageren bij mechanische vervorming van de cel.
De vertaling van fysieke krachten via microtubuli en de actinefilamenten gaat de nucleaire envelop
vervormen. Deze kracht gaat vertaald worden in een reorganisatie van alle heterochromatine domeinen,
deze zitten gebundeld in de LADs, vervolgens worden ook de TADs aangetast in de nucleus, wat zorgt
voor verandering in genexpressie.
Als je cellen gaat samendrukken, zal het cytoskelet en het nucleoskelet vervormen. Dit wordt
waargenomen door de nucleaire lamines wat kan resulteren in reorganisatie van alle heterochromatine
domeinen en een verandering van genexpressie
➢ Hoe detecteren cellen nucleaire mechanische stress?
Enerzijds heeft te maken met nucleaire lamines die contact maken met het cytoskelet.
Anderzijds binnen de nucleus is er ook een skelet architectuur aanwezig, als je cellen gaat
samendrukken, zal het cytoskelet en het nucleo skelet vervormen. Dit wordt waargenomen door de
nucleaire lamines wat kan resulteren in een verandering van genexpressie.
Het kan ook impact hebben op de chromatine organisatie.
➢ Verklaar ziektebeeld Progeria
Als de nucleaire lamine eiwitten mutaties hebben dan zal er een onjuiste genregulatie plaatsvinden in de
nucleus. Dit gebeurt bij progeria.
Progeria patiënten hebben een mutatie waardoor ze niet goed kunnen splicen. Ze vertonen een
verkeerde splicing waardoor ze toxisch lamine product gaan maken. Waardoor de nucleaire lamine
structuur niet normaal georganiseerd kan worden.
Het genoom kan hierdoor niet meer ‘normaal’ georganiseerd worden door foute organisatie in de
nucleus van een progeriapatiënt. Progeriapatiënten vertonen heel veel ontregelingen in de
genoomopvouwing en genregulatie. Veel TADs en LADs zijn dus verstoord/ontregelt!
We kunnen het genoom dus niet meer op een goede manier organiseren in de nucleus van een
progeriapatiënt.
Ook bij ouder mensen (> 70 jaar) zie je dat toxische lamine producten beginnen te accumuleren, doordat
splicing hier ook minder goed zijn werk doet.
2
, ➢ Verklaar de rol van chromatine veranderingen, veranderingen in nucleaire fluïditeit &
fasescheiding
Chromosomen worden in lussen verpakt. Dit maakt dat in de nucleus allemaal kleine gecondenseerde
gebiedjes zitten (TADs en LADs)
➢ Een TAD is een gebied van een chromosoom met genen die onderling kunnen interageren
binnen in dit domein, maar niet met andere domeinen kunnen interageren.
○ Vaak euchromatine, welke genrijk zijn en makkelijker af te lezen door transcriptiefactoren
➢ Een LAD is een chromatine domein, aan de periferie van de nucleus, die sterk gecondenseerde
heterochromatine bevat binnen dit domein.
○ Genarm en bijna tot bijna niet af te lezen door transcriptiefactoren
De chromosomen worden allen in sterk gecondenseerde lussen verpakt. Dit maakt dat er in de heel de
nucleus steeds gebiedjes zitten met deze gecondenseerde lussen (TADs), in die gebiedjes kunnen de
DNA sequenties met elkaar interageren, maar kunnen niet met andere gebiedjes (andere TADs)
interageren. De chromatine organisatie (hoe sterk gecondenseerd de lussen zijn) zorgt voor verschillen
in de nucleaire fluïditeit. Dit zorgt voor compartimentalisatie, zo kan je verschillende
genregulatie-transcriptie-bubbles creëren met verschillende families transcriptiefactoren zonder dat alles
opgemengd wordt, dit zorgt voor specialisatie in genregulatie.
Als je doorsnede maakt in de kern zie je dat de densiteit in het midden veel groter is dan aan de randen.
In het midden van de nucleus zitten actieve genen die zijn geclusterd in TADs, deze genen zijn beter
bereikbaar voor transcriptiefactoren.
Aan de randen (periferie) is de densiteit veel kleiner en hier liggen dan ook inactieve genen
gepositioneerd die geclusterd zijn in LADS. Deze LADs zijn vaak gebonden aan lamines die aan de
periferie van de nucleus zitten.
De nucleaire laminen maken contact met de LADs, maar ook met cytoskelet eiwitten aan de binnen- en
buitenkant van de de nucleus.
➢ Bespreek 3C-HiC technologie + resultaat
Chromosomen gaan zich reorganiseren in de nucleus. Een van de technieken om dit te onderzoeken is
via de 3C technologie.
3C techniek
1. Formaldehyde behandeling → Chromatine eiwitten crosslinken met DNA
2. Restrictie enzyme toevoegen → Hebben sticky uiteinden, gaan knippen
3. Ligatie → Uiteinden aan elkaar maken, waardoor lussen ontstaan
4. Eiwit verwijderen door verwarmen van staal → Formaldehyde crosslink verdwijnt en eiwit komt
los van DNA
5. Er is nu DNA gevormd waarbij de lussen die contact gemaakt hebben aan elkaar gelieerd zijn.
Door de 3C techniek heb je losse DNA fragmenten bekomen (Stap 5 hierboven), dit is de 1e generatie
van chromosome conformation capture.
Met pcr amplificatie en kwantitatieve pcr ga je kijken welke bandjes positief zijn en welke bandjes
negatief zijn. Met deze 3C techniek ga je dus telkens 1 op 1 kijken wat eigenlijk een zeer lage resolutie
als resultaat geeft
3
