eiwitten in de hoofdrol

DE GEMENE DELER
DE GEMENE
DELER
EIWITTEN IN DE
HOOFDROL
Naam:
Klas:
Datum:
DE GEMENE DELER
EIWITTEN IN DE HOOFDROL - HAVO
De onderzoeksgroep van Dr. Puck Knipscheer aan het Hubrecht Instituut voor Ontwikkelingsbiologie en Stamcelonderzoek, doet onderzoek naar een nog weinig onderzocht
mechanisme van DNA-schadeherstel. Over het onderzoek van de Knipscheergroep is echter nog niet veel bekend bij het brede publiek.
Om het onderzoek onder de aandacht te brengen van de media ga je als nieuwe persvoorlichter
van het Hubrecht Instituut aan het eind van deze module een persbericht schrijven over het
onderzoek van de Knipscheergroep. Aangezien eiwitten een belangrijke rol spelen in het onderzoek, leer je in deze module meer over de bouw en functies van eiwitten. Ook leer je welke
mechanismen ervoor zorgen dat in een cel de juiste eiwitten op het juiste moment aanwezig zijn.
Pagina 1
DE GEMENE DELER
FACT SHEET – PUCK KNIPSCHEER ONDER HET VERGROOTGLAS
Naam Puck Knipscheer
Functie Onderzoeker en leider onderzoeksgroep
WaarHubrecht Instituut voor Ontwikkelingsbiologie en Stamcelonderzoek in Utrecht
Bio
Dr. Puck Knipscheer studeerde moleculaire wetenschappen aan Wageningen Universiteit
en promoveerde daarna in 2007 aan het Nederlands Kanker Instituut en aan de Erasmus
Universiteit Rotterdam. Daarna deed zij onderzoek aan Harvard Medical School in Boston,
Verenigde Staten. Voor beide onderzoeken ontving ze in 2010 de Heineken Young Scientist
Award voor biochemie en biofysica.
Onderzoeksfocus
De Knipscheergroep doet onderzoek naar een mechanisme van DNA-herstel. Wanneer DNAschade in een cel niet wordt gerepareerd, kan een ziekte als kanker ontstaan. Een gevaarlijke,
maar weinig bekende vorm van DNA-schade is een inter-strand crosslink (ICL). Een ICL is
een dwarsverbinding tussen de twee DNA-strengen van de dubbele helix, die bestaat uit
sterke covalente bindingen. Door zo’n ICL kan het DNA eromheen niet meer goed worden
afgelezen en gekopieerd.
Het herstelmechanisme waar de Knipscheergroep onderzoek naar doet, is de Fanconi-anemie-signaleringsroute. Dit is een opeenvolging van eiwitactiviteiten die uiteindelijke tot
herstel van het DNA leiden. Mensen waarbij deze signaleringsroute niet goed werkt, hebben
Fanconi-anemie, een aandoening waardoor ICL’s niet worden hersteld. Door problemen met
de mechanismen voor DNA-schadeherstel stapelen zich veel sneller dan normaal fouten op
in het DNA. Patiënten hebben hierdoor een zeer grote kans om op jonge leeftijd verschillende
vormen van kanker te ontwikkelen. De Knipscheergroep kijkt specifiek naar het moleculaire
mechanisme dat deze signaleringsroute reguleert.
Belangrijkste bevindingen
- De Fanconi-anemie-eiwitten zijn betrokken bij de reparatie van een specifieke soort DNAschade. Puck Knipscheer heeft in Boston, samen met anderen, een systeem opgezet waarmee
ze de reparatie van deze DNA-schade buiten een cel kunnen nabootsen.
- Dit nabootssysteem gebruiken de onderzoekers nu om er achter te komen wat precies de
rol is van de Fanconi-eiwitten in het proces van DNA-reparatie. In eerste instantie vonden
ze dat twee van de Fanconi-eiwitten, FANCD2 en FANCI, een directe functie hebben in een
specifieke stap van het reparatieproces.
- Het blijkt dat er zelfs nog een aantal andere Fanconi-eiwitten, FANCP en FANCQ , bij deze
stap betrokken zijn. Het lijkt erop dat dit kleine maar zeer belangrijke onderdeel van het
reparatieproces in grote mate bepaald wordt door een netwerk van Fanconi-eiwitten.
Pagina 2
DE GEMENE DELER
OPDRACHT 1: O
P HET JUISTE MOMENT IN
GOEDE VORM
De onderzoeksgroep van Puck Knipscheer doet onderzoek naar het herstellen van een specifieke vorm van DNA-schade. Binnen dit herstelmechanisme spelen eiwitten een belangrijke
rol. Eiwitten zijn de onderdelen in een cel die ervoor zorgen dat celactiviteiten, zoals het herstellen van DNA-schade, worden uitgevoerd. Er zijn vele soorten eiwitten met uiteenlopende
functies. In deze opdracht maak je kennis met de bouw, vorm en functies van eiwitten. Ook
leer je hoe de aanmaak van nieuwe eiwitten wordt geregeld.
1.1 Bedenk naast het herstellen van DNA-schade nog minimaal drie activiteiten in een cel
waarbij eiwitten betrokken zijn.
............................................................................
............................................................................
De verschillende eiwitten in een cel voeren allerlei verschillende functies uit. Toch zijn de
verschillende eiwitten onder te verdelen in bepaalde typen eiwitten.
1.2 Lees paragraaf 3.1 van het naslagwerk, en geef voor elk van onderstaande eiwitten aan wat
voor type eiwit het is. Tip: bedenk welke functie het eiwit vervult. Kies uit de volgende
typen eiwitten: opslageiwit, receptor, samentrekkend eiwit, structureel eiwit, transporteiwit.
A. Keratine (eiwit waar je haar uit bestaat): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. Actine (spiereiwit): ........................................
C. Caseïne (belangrijkste eiwit in melk): ........................................
D. Hemoglobine (eiwit in rode bloedcellen): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
E. EDGF-R (reageert op groeifactor): ........................................
De functies die eiwitten uitvoeren, hangen nauw samen met de vorm die de eiwitten hebben.
1.3 Lees paragraaf 3.2 van het naslagwerk, en leg uit dat de aminozuurvolgode (primaire
structuur) eigenlijk de uiteindelijke vorm van het eiwit bepaalt.
............................................................................
............................................................................
Pagina 3
DE GEMENE DELER
Wanneer een activiteit in de cel niet meer wordt uitgevoerd, kan dit komen doordat een
betrokken eiwit niet meer goed werkt. Dit kan komen doordat de vorm van het eiwit is veranderd.
1.4 Bekijk de Bioplek-animatie: http://www.bioplek.org/animaties/enzymen/enzymen.html. N.B.
De animatie gaat specifiek over enzymen, maar het uitgebeelde principe geldt voor alle
eiwitten.
Bij de volgende opdracht zie je vier tekenvakken. In het vakje linksboven zie je een enzym
(eiwit) en de twee substraten (moleculen). Stof A stelt een molecuul van stof A voor en stof B
stelt een molecuul van stof B voor.
1.5 Teken in elk van de drie overgebleven vakjes het enzym en de twee substraten in de vol-
gende situaties:
A. Eiwit met afwijkende vorm, die nog wel zijn functie met de substraten kan uitvoeren.
B Eiwit met afwijkende vorm, die niet meer zijn functie met de substraten kan uitvoeren.
C. Eiwit met afwijkende vorm, waardoor het eiwit de substraten wel aan zich kan binden,
maar niet op de juiste plek om zijn functie uit te kunnen voeren.
a.
b.
c.
Bron af beelding: www.bioplek.org ©Bioplek
Om celactiviteiten uit te kunnen voeren, moeten eiwitten niet alleen de juiste vorm hebben,
maar ook op het juiste moment in een cel aanwezig zijn. De code voor een eiwit ligt vast in
het DNA. Om eiwitten te maken, moet dit DNA dus worden vertaald naar eiwit. Dit proces
wordt genexpressie genoemd, en wordt heel nauwkeurig gereguleerd. Bij de genexpressie
spelen eiwitten een belangrijke rol. Om je voorkennis over het vertalen van DNA naar eiwit
op te halen, kun je paragraaf 3.4 van het naslagwerk lezen.
Pagina 4
DE GEMENE DELER
1.6 Lees paragraaf 4.1 en 4.2 van het naslagwerk tot en met de tekst onder het kopje “regulatie
van de genexpressie in prokaryoten”, en vul de ontbrekende woorden in onderstaande
tekst in. Kies uit de volgende woorden: activator, genexpressie, oprator, promotor, repressor,
structuurgenen. Sommige woorden moet je meerdere keren gebruiken.
Bij prokaryoten (bacteriën) liggen de . . . . . . . . . . . . . . . . . . die coderen voor eiwitten die samen
één celfunctie vervullen vaak dicht bij elkaar op het DNA. Deze genen hebben een gezamenlijke promotor en operator. Aan de . . . . . . . . . . . . . . . . . . kan het eiwit RNA-polymerase binden.
Binding van RNA-polymerase aan de . . . . . . . . . . . . . . . . . . kan verhinderd worden doordat een
. . . . . . . . . . . . . . . . . . aan de . . . . . . . . . . . . . . . . . . bindt. Wanneer de . . . . . . . . . . . . . . . . . .
loslaat, kan
RNA-polymerase binden aan de . . . . . . . . . . . . . . . . . . en kan de transcriptie starten. Binding
van een . . . . . . . . . . . . . . . . . . aan het DNA kan de binding van RNA-polymerase aan de . . . . . . .
. . . . . . . . . . . juist vergemakkelijken, en stimuleert dus . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7 Lees de rest van paragraaf 4.2 van het naslagwerk, en geef van de volgende begrippen aan
of ze horen bij genexpressie in prokaryoten, eukaryoten of beiden:
A. Operator: ..................
B. Promotor: ..................
C. Structuurgenen: . . . . . . . . . . . . . . . . . .
D. Veranderingen aan histoneiwitten: . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.8 Leg uit waarom de termen regulatorgen en structuurgen misleidend zijn.
............................................................................
............................................................................
In tumorcellen worden sommige genen meer en andere genen minder dan normaal afgeschreven. De genexpressie van deze genen is veranderd, waardoor de eiwitproducten van
deze genen meer of minder in de cel aanwezig zijn.
Pagina 5
DE GEMENE DELER
1.9 Leg uit hoe epigenetische factoren (epigenetische informatie) de genexpressie kunnen
beinvloeden.
............................................................................
............................................................................
1.10 Noem, naast epigenetische factoren, nog twee factoren die genexpressie kunnen beïn-
vloeden.
............................................................................
............................................................................
1.11 Lees paragraaf 4.4 van het naslagwerk en leg uit of de volgende stellingen juist of on-
juist zijn.
A. W
anneer tumorsuppressorgenen verhoogd tot expressie komen, kan er kanker ontstaan.
Juist / onjuist, omdat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
............................................................................
B. Het EDGF-R eiwit uit opdracht 1.2 is een voorbeeld van een eiwitproduct van een proto-oncogen.
Juist / onjuist, omdat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
............................................................................
1.12 Bespreek met je buurman/buurvrouw waarom de principes die je in deze opdracht bent
tegengekomen van belang zijn bij alle Hallmarks of Cancer (naslagwerk H6) en leg je antwoord uit.
............................................................................
............................................................................
Pagina 6
DE GEMENE DELER
OPDRACHT 2: FANCONI-ANEMIE
De onderzoeksgroep van Puck Knipscheer doet onderzoek naar de Fanconi-anemie-signaleringsroute (FA-signaleringsroute). Dit is een signaleringsroute die bij een bepaalde vorm
van DNA-schade, een inter-strand crosslink (ICL), wordt geactiveerd en die ertoe leidt dat de
DNA-schade wordt gerepareerd. In deze opdracht maak je nader kennis met het onderzoek
van de Knipscheergroep, zodat je in de volgende opdracht een persbericht hierover kunt
opstellen.
2.1 Beantwoord de volgende vragen met behulp van de fact sheet over Puck Knipscheer op
pagina 2 van deze module, en het filmpje over haar onderzoek:
http://fastfacts.nl/content/knipscheer-een-blokkade-op-de-dna-snelweg.
A. Wat is een inter-strand crosslink?
............................................................................
............................................................................
B. In de fact sheet staat: “ Door zo’n ICL kan het DNA eromheen niet meer goed worden
afgelezen en gekopieerd “. Leg uit waarom een ICL ook in een regio buiten een gen voor
problemen kan zorgen.
............................................................................
............................................................................
Knipscheer noemt de eiwitten little machines, kleine machientjes. Anderen noemen eiwitten
ook wel de werkpaarden van een cel.
2.2 Leg uit waarom eiwitten, en niet genen, kleine machientjes of werkpaarden van een cel
kunnen worden genoemd. Gebruik in je antwoord het woord celactiviteiten.
............................................................................
............................................................................
In veel gevallen volgen specifieke eiwitactiviteiten elkaar op, zodat de eiwitten samen bepaalde reacties in de cel tot stand te laten komen. Dit is ook het geval bij de FA-signaleringsroute.
2.3 In de afbeelding bij deze opdracht is de FA-signaleringsroute weergegeven. De tekst
bovenaan de volgende pagina legt een deel van het werkingsmechanisme van deze signaleringsroute uit. De namen van de eiwitten en eiwitcomplexen zijn hierin vervangen
door eiwit A, eiwit B en eiwit C.
Pagina 7
DE GEMENE DELER
Het complex van fanconi-eiwitten (eiwit A) en eiwit B worden geactiveerd door het eiwit C.
Dit gebeurt doordat eiwit C een fosfaatgroep (“P”) aan eiwit A en eiwit B koppelt. Vervolgens
activeert eiwit A eiwit B door er een ubiquitinelabel (“Ub”) aan te hangen. Nu zijn zowel eiwit
A als eiwit B geactiveerd, en kunnen ze het chromatine (DNA met histoneiwitten) binden.
Vanaf daar gaat de FA-signaleringsroute verder, met als uiteindelijk gevolg het verwijderen
van de ICL en herstel van het DNA.
Eiwit uit de FA-signaleringsroute
Eiwitactiviteit(en)
Eiwit A
Eiwit B
Eiwit C
A. G
eef in de tweede kolom van de tabel bij deze opdracht aan welke eiwitten uit de FA-
signaleringsroute worden bedoeld met eiwit A, eiwit B en eiwit C. Gebruik de afbeelding.
B. G
eef in de derde kolom van de tabel aan welke activiteit(en) de eiwitten uitvoeren. Kies uit
de eiwitactiviteiten die staan omschreven in paragraaf 3.3 van het naslagwerk.
C. U
it de omschrijving blijkt dat eiwit A en B geactiveerd worden door er fosfaatgroepen (en
ubiquitinelabels) aan te koppelen. Leg uit waarom de koppeling van deze groep(en) aan
de eiwitten ervoor zorgt dat de eiwitten geactiveerd worden (dat ze dus iets kunnen wat
ze eerst niet konden).
............................................................................
............................................................................
ICL
stress
ATR
P
P
P
P
D2
core-complex
P
I
Ub
Ub
Ub
binding chromatine
herstel DNA
Pagina 8
Fanconi-anemie-signaleringsroute ©Medicalvisuals
DE GEMENE DELER
OPDRACHT 3: PERSBERICHT – FA-SIGNALERINGSROUTE
Als persvoorlichter van het Hubrecht Instituut voor Ontwikkelingsbiologie en Stamcelonderzoek, heb je de opdracht gekregen om een persbericht te schrijven over het onderzoek
van Puck Knipscheer. Het doel hiervan is het onderzoek onder de aandacht te brengen van
journalisten, zodat zij de bevindingen kenbaar kunnen maken aan het bredere publiek.
3.1 Schrijf het persbericht. Let daarbij op onderstaande eisen en de beoordelingstabel.
•
•
•
•
•
•
Pagina 9
Gebruik ongeveer 250 woorden.
Stem je taalgebruik af op de doelgroep (populair-wetenschappelijke media). Bij populair-wetenschappelijke media kun je denken aan tijdschriften als Quest of NewScientist,
online platforms als Kennislink.nl, en de wetenschapsbijlagen van de grote kranten.
Gebruik relevante biologische (achtergrond) kennis. De journalisten van de wetenschappelijke media zijn goed op de hoogte van de wetenschap.
Schrijf helder en duidelijk, zodat ook iemand die geen onderzoek doet aan kanker het
kan begrijpen.
Plaats de ontdekkingen in de context van de biologie van kanker en het kankeronderzoek.
Maak goed duidelijk waarom het bestuderen van eiwitten in onderzoek naar kanker zo
belangrijk is.
DE GEMENE DELER
Lengte
Taalgebruik
Gebruik van
relevante
biologische
(achtergrond)
kennis
Gebruik van
context
Ingaan op
het belang
van het bestuderen van
eiwitten in
onderzoek
naar kanker
Pagina 10
Matig (max een 5,5)
Voldoende
(max een 8)
Je persbericht is te
kort of te lang (meer
dan 20 woorden te
kort of te lang).
Je persbericht
heeft nagenoeg
de juiste lengte
(±10 woorden).
Je persbericht heeft
de juiste lengte.
Max 12 punten
Max 16 punten
Max 20 punten
Je persbericht bevat
veel taal- en stijlfouten.
Je persbericht bevat geen taal- en
stijlfouten, maar
is erg moeilijk (of
juist heel eenvoudig) geschreven.
Je persbericht bevat
geen taal- en stijlfouten en is op een goed
niveau geschreven.
Max 12 punten
Max 16 punten
Max 20 punten
Je gebruikt geen biologische achtergrondkennis of de kennis
die je gebruikt is niet
relevant.
Je gebruikt relevante biologische
achtergrondkennis, maar de
uitwerking is
beknopt.
Je gebruikt relevante
biologische achtergrondkennis en
werkt dit goed uit.
Max 12 punten
Max 16 punten
Max 20 punten
Je plaatst de onderzoeksbevindingen
niet in een context
of in een verkeerde
context.
Je plaatst de
onderzoeksbevindingen in een
passende context
(kanker en kankeronderzoek),
maar de uitwerking is beknopt.
Je plaatst de onderzoeksbevindingen in
een passende context
(kanker en kankeronderzoek) en werkt dit
goed uit.
Max 12 punten
Max 16 punten
Max 20 punten
Je gaat niet in op het
belang van het bestuderen van eiwitten
in onderzoek naar
kanker.
Je gaat in op
het belang van
het bestuderen
van eiwitten in
onderzoek naar
kanker, maar de
uitwerking is
beknopt.
Je gaat in op het belang van het bestuderen van eiwitten
in onderzoek naar
kanker en werkt dit
goed uit.
Goed (max een 10)