Colleges gemetica 2011 Rijksuniversiteit Groningen Niek Groot 1

Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Genetica 13 september 2011
dr. Beukeboom
Blending inheritance
Blending inheritance is een verouderde hypothese uit de genetica, die onder biologen in de tweede
helft van de 19e eeuw aanhang had. Blending inheritance houdt in dat eigenschappen van twee
ouders "mengen" bij de voortplanting, zodat het genotype van de kinderen ergens tussen dat van
beide ouders in zit.
Particulate inheritance
Blending inheritance stond tegenover de hypothese van particulate inheritance (Engels voor discrete
overerving), het idee dat overerving van eigenschappen in eenheden gaat, die een individu ofwel van
de vader ofwel van de moeder erft. Een
belangrijk verschil is dat bij blending inheritance
alle genetische variatie uit een populatie
verdwijnt. In elke volgende generatie liggen de
uitersten dichter bij elkaar, zodat uiteindelijk
alle individuen steeds meer op elkaar gaan
lijken (zie afbeelding hiernaast).
Punett square
Het vierkant van Punnett of kwadraat van Punnett is een
hulpmiddel uit de populatiegenetica bedacht door
Reginald Punnett. Met een vierkant van Punnett kan je
een paring van twee heterozygoten (Aa×Aa) visueel
voorstellen, en de frequentie van de mogelijke fenotypen
bij het nageslacht berekenen. Stel: je hebt 2 allelen A en a
van een gen, en de ouders zijn beiden heterozygoot: Aa en
Aa. Daaruit volgt het volgende schema (zie afbeelding).
Diploïd = twee kopieën van een gen
Haploïd = één kopie van een gen
Homozygoot = twee dezelfde allelen
Heterozygoot = twee verschillende allelen
Genotype =“genetische samenstelling”, som van erfelijke factoren
Phenotype = “verschijningsvorm”, som van erfelijke- en omgevingsfactoren
Kansberekening
Somregel = kans dat twee onafhankelijke gebeurtenissen
optreden is de som van de kans op iedere gebeurtenis apart
P(zoon of dochter) = P(zoon) + P(dochter) = 1/2 + 1/2 = 1
Productregel = kans dat twee onafhankelijke gebeurtenissen
beide optreden is het product van de kans op iedere
gebeurtenis apart
P(2 zonen) = P(zoon) x P(zoon) = 1/2 x 1/2 = ¼
Voorwaardelijke kans = kans op een gebeurtenis gegeven
dat een andere gebeurtenis optreedt
P(2 l even aantal ogen) = P(2) / P(even) = 1/6 / 1/2 = 1/3
1
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Binomiale verdeling = kansverdeling gebaseerd op twee
mogelijkheden
P(1 zoon onder 3 kinderen) = 3x 1/8 = 3/8
ZZZ ZZD ZDZ DZZ ZDD DZD DDZ DDD
Milieu invloed op fenotype
- penetrantie = proportie individuen met een gegeven
genotype (bv. A-) dat ook het bijbehorende fenotype (zwart)
bezit. Penetrantie 80% wil zeggen dat bij alle personen met een
afwijkend genotype, 80% ook een afwijkend fenotype hebben.
van 10 A- individuen zijn er 8 zwart: penetrantie = 0.8
- expressiviteit (soms ook verwarrend expressie genoemd) =
mate waarin de genexpressie in het fenotype tot uiting komt.
dus hoe zwart (of grijs) zijn de A- individuen
- conditioneel lethaal = extreme milieuomstandigheden
leiden tot expressie van een lethaal gen (bv. hoge temp.)
Geninteracties
- Pleiotropie = één gen beïnvloedt meerdere eigenschappen
Gen interacties.
- Epistasie = verschillende genen beïnvloeden één eigenschap.
- Duplicate genwerking = er bestaan twee (of meer)
genen met hetzelfde fenotypische effect en één van
beide genen levert al het volledige fenotype.
- Complementatie = er bestaan twee (of meer) genen
met hetzelfde fenotypische effect maar beide zijn
nodig om het volledige fenotype te leveren.
- modificerend gen = gen dat het effect van andere genen
beïnvloedt (regulator genen).
Polygene eigenschappen:
meerdere genen betrokken bij het tot stand komen
van
een eigenschap, ieder gen vaak met een klein effect.
- komt vaak voor (vaker dan je denkt).
- betreft kwantitatieve kenmerken.
- vooral belangrijk bij “economisch” belangrijke
eigenschappen (bv. opbrengst, resistentie).
- kan gecompliceerd zijn door pleiotrope
effecten en milieu-invloeden.
2
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Verschil mitose en meiose
Het belangrijkste verschil tussen mitose en meiose is wel dat de producten van de mitose genetisch
identiek zijn aan de moedercel, terwijl de producten van meiose ten opzichte van hun ouders en ook
onderling genetisch verschillen! Bij de mitotische metafase, anders dan bij de metafase I van de
meiose, treedt geen paring van de homologe chromosomen op, aangezien dit voor de mitose
overbodig en ook niet wenselijk is (waarom?). Verder gaan bij de anafase van de mitose de
chromatiden uit elkaar, terwijl bij de anafase I van de meiose I de homologe chromosomen van
elkaar gescheiden worden. In de metafase II gaan vervolgens de chromatiden wel uit elkaar.
Crossing over
Crossing-over (Engels voor: overkruising) is in de
genetica het verschijnsel tijdens de meiose waarbij
twee homologe chromosomen stukken DNA
uitwisselen. Het verschijnsel werd voor het eerst
beschreven in 1909 door Frans Alfons Janssens van de
Katholieke Universiteit Leuven, die het 'chiasmatypie'
noemde.
Crossing-over doet zich voor tijdens de eerste meiose
in de profase tijdens de paring van de homologe
3
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
chromosomen, waarbij chiasmata ontstaan. Deze leiden tot de
recombinatie van erfelijk materiaal. De chiasmata ontstaan door
breuken in de chromatiden. Het optreden van deze breuken
berust niet op toeval, maar is een essentieel onderdeel in het
proces. Bij een meiose treden ongeveer 1000 maal zoveel
breuken op als bij een mitose, vermoedelijk dankzij de werking
van een speciaal enzym, dat de breuken doet ontstaan. De
breuken worden vervolgens gerepareerd. Indien de breuken op
gelijke hoogte in de gepaarde homologe chromosomen optreden,
geschiedt dit soms zodanig dat stukken chromatiden van de
homologe chromosomen met elkaar verbonden worden en dus
worden omgewisseld.
4
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Genetica 3 oktober 2011
dr. Kuipers
Virussen
Een virus is een hoeveelheid erfelijk materiaal (dit kan zowel RNA of DNA zijn), gewoonlijk ingesloten
in een omhulsel van eiwit. Soms is er ook nog eens een enveloppe, een membraan (een dubbele
fosfolipidenlaag) en glycoproteïnen. Dit laatste komt enkel voor bij de dierlijke virussen. Een virus
behoort niet tot de organismen en hangt dus af van het metabolisme van een andere cel. Ook voor
de voortplanting heeft het virus de hulp nodig van een gastheerorganisme. Een virus koppelt zich aan
een cel, en injecteert daarin het eigen erfelijk materiaal of versmelt met de cel. Dit laatste noemt
men endocytose. Het heeft als voordeel dat de weinige virale enzymen ook in de cel binnengebracht
worden. Het gebeurt vooral bij de dierlijke virussen met een enveloppe, de membranen versmelten
vrij gemakkelijk. Elk virus kent
een specifieke celsoort
waarmee de interactie wordt
aangegaan; er is een nauwe
range van gastheren. De
eiwitmantel van het virus
zorgt er voor dat het virus aan
een geschikte gastheercel
hecht. Binnen in de
gastheercel geeft het erfelijk
materiaal van het virus de
opdracht om nieuwe virussen
te maken. Een virus kan zich
alleen vermenigvuldigen als
het zich in een levende
(gastheer)cel bevindt en leidt
in veel gevallen tot de dood van de gastheercel (lysis ofwel het uiteenvallen van de cel dan wel
celdood apoptose of necrose) of zelfs de dood van het meercellig organisme waar de cel deel van
uitmaakt, al kan een virus ook nuttige genen inbrengen in een pro- of eukaryoot.
Een virus bestaat uit de volgende onderdelen (van buiten naar binnen):

Een enveloppe: (alleen bij dierlijke virussen voorkomend) dit is een membraan rond het
nucleocapside.

Een eiwitmantel: (ook wel capside genoemd) dit is de buitenwand van het virus en
beschermt het virus tegen vernietiging door antilichamen, alsook zorgt het voor het
binnendringen van de cel. Het is opgebouwd uit capsomeren.

Het nucleïnezuur: het erfelijk materiaal van het virus, bestaande uit DNA of RNA.
Deze laatste twee vormen samen het nucleocapside.
5
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Bacteriofagen
Een bacteriofaag of kortweg faag is een klein virus dat enkel bacteriën infecteert. Net als andere
virussen, die eukaryoten besmetten, bestaan ze uit een buitenste eiwitmantel met daarin genetisch
materiaal dat bij 95% van de bekende fagen uit DNA bestaat . Dit DNA is tussen 5 en 300 kbp groot.
De meeste fagen (95%) hebben een "staart" die hen toelaat genetisch materiaal in hun gastheer te
injecteren.
Lysogene en lythische eigenschappen
Fagen infecteren slechts bepaalde doelwitbacteriën, omdat ze de juiste aanhechtingsfactoren en de
juiste metabolisme-beïnvloedende eigenschappen moeten hebben. Afhankelijk van hun
vermeerderingscyclus, kunnen fagen in lytische en lysogene worden ingedeeld. Lytische
vermenigvuldigen explosief, waardoor de gastheerbacterie snel barst (lysis), terwijl lysogene fagen
zich eerst gaan integreren in het genoom van de bacterie (profaag), waardoor ze bij elke
bacterieceldeling mee vermenigvuldigd worden. De vermeerdering van een virus in een gastheercel
resulteert in lysis (oplossen van de cel)en dood van de gastheercel. Deze cyclus wordt dan ook een
lytische cyclus genoemd, het kan ook anders: Sommige fagen kunnen òf een lytische cyclus
veroorzaken òf hun eigen DNA in het DNA van de gastheercel inbouwen waarbij dan juist geen lysis
ontstaat. Deze laatste toestand wordt lysogenie genoemd, en zulke fagen lysogene fagen. De
gastheercel is een lysogene cel. Het ingebouwde DNA heet een profaag of provirus.
Bij stress-omstandigheden voor de bacterie, kunnen de profagen gereactiveerd worden. (Het
mechanisme berust op niet-specifieke signaalstoffen) Een voorbeeld is faag λ van E. coli. Door
lysogene conversie kunnen deze profagen de eigenschappen van bacteriën wijzigen. Een bekend
voorbeeld is de Vibrio bacteriestam die omgezet wordt in Vibrio cholerae door genen van een faag,
zodat ze cholera-toxines produceren en dan pas gevaarlijk worden voor de volksgezondheid.
6
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Verschillende soorten virussen
Double-stranded (ds)RNA viruses
As shown in part a of the figure, virus attachment and endocytosis deliver a virion core that contains
viral genomic dsRNA and viral RNA polymerase (yellow) into the cytoplasm. The core transcribes and
extrudes (+)mRNAs that are first translated (1) and then packaged (2) by the resulting viral proteins
into new virion cores. Cores mature by synthesizing negative-strand (-)RNA (dotted strand) and
adding exterior proteins. They exit by cell lysis or secretion.
(+)RNA viruses
As shown in part b of the figure, endocytosed virions release messenger-sense genomic RNA into the
cytoplasm for translation. Newly translated viral RNA-replication proteins recruit this genomic RNA
into a membrane-associated, intracellular RNA-replication complex. Small amounts of (-)RNA are
produced and used as templates to greatly amplify viral (+)RNA, which is encapsidated into new
progeny virions.
Retroviruses
As shown in part c of the figure, virion attachment and envelope fusion release a subviral complex
that contains viral genomic (+)RNA and reverse transcriptase (yellow). After cDNA synthesis by
reverse transcription, proviral cDNA is integrated into the host chromosome and transcribed to
produce (+)RNA that is translated (1) and then packaged (2) into new virions that are released by
budding.
7
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Provirus
A provirus is a virus genome that is integrated into the DNA of a host cell. This state can be a stage of
virus replication, or a state that persists over longer periods of time as either inactive viral infections
or an endogenous retrovirus. In inactive viral infections the virus will not replicate itself but through
replication of its host cell. This state can last over many host cell generations.
When a (nonendogenous) retrovirus invades a cell, the RNA of the retrovirus is reverse-transcribed
into DNA by reverse transcriptase, then inserted into the host genome by an integrase.
A provirus does not directly make new DNA copies of itself while integrated into a host genome in
this way. Instead, it is passively replicated along with the host genome and passed on to the original
cell's offspring; all descendants of the infected cell will also bear proviruses in their genomes.
Integration can result in a latent infection or a productive infection. In a productive infection, the
provirus is transcribed into messenger RNA which directly produces new virus, which in turn will
infect other cells. A latent infection results when the provirus is transcriptionally silent rather than
active.
Prion
Prionen zijn deeltjes die ontstaan uit bepaalde eiwitten die
normaal onder andere voorkomen in de hersenen. Prionen
zijn op een abnormale manier opgevouwen versies hiervan
en kunnen in tegenstelling tot het normale eiwit niet meer
door eiwitafbrekende-enzymen (proteasen) worden
afgebroken. Bovendien hebben ze de eigenschap dat ze bij
contact andere moleculen van dit eiwit die nog wel in de
normale configuratie verkeren, kunnen bewegen tot het
aannemen van de abnormale configuratie. Hierdoor ontstaat
een kettingreactie waarbij uiteindelijk alle moleculen van dat
eiwit in de cel in de abnormale, niet-functionele configuratie
verkeren. Hierdoor gaan aangetaste neuronen uiteindelijk
dood, waardoor zieke dieren neurologische verschijnselen
gaan vertonen en uiteindelijk ook doodgaan.
8
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Plantenvirussen
Ook een plant kan lijden aan virale infecties. Vaak zijn dit RNA virussen, maar dit hoeft niet! Deze
virussen kunnen zich op twee manieren voortplanten, namelijk op een horizontale en verticale
manier. Bij de horizontale overdracht van het virus, wordt het virus onder de populatie planten
verspreidt. Bij verticale overdracht wordt het virus in de plant zelf doorgegeven (bijvoorbeeld bij
voortplanting).
Viroïd
Een Viroïde is een molecuul dat uit een relatief kort enkelstrengs RNA of enkelstrengs DNA bestaat.
Van deze laatste zijn er maar enkele bekend; de meeste viroïden bestaan uit RNA. Het kan
vergeleken worden met een virus, maar een viroïde is veel kleiner en heeft geen eiwitmantel.
Viroïden kunnen zich alleen in planten vermenigvuldigen.
Viroïden zijn ziekteverwekkers bij planten, zoals aardappel, tomaat, komkommer en hop. Viroïden
worden ook kunstmatig gemaakt voor gebruik bij genetische manipulatie. Onder bepaalde
omstandigheden is het mogelijk een virus kunstmatig te degenereren tot een viroïde, die dan alleen
nog uit nucleïnezuur dat zichzelf kan vermeerderen bestaat. Anders gezegd zo'n viroïde is een naakt
virus. Als deze viroïde samen met het oorspronkelijke virus kunstmatig vermeerderd wordt onder
toevoeging van nucleïnezuren en aminozuren, krijgen de viroïden de overhand doordat ze zich
sneller vermeerderen.
Bacteriën
De bacteriën of Bacteria (enkelvoud bacterium) vormen een domein van eencellige, soms in kolonies
levende micro-organismen. Een bacterie is een prokaryoot en heeft dus geen celkern. Het erfelijke
materiaal zweeft rond in het cytoplasma. Het DNA bestaat meestal uit één enkel ringvormig
chromosoom, vaak vergezeld van een of meer plasmiden, die eveneens genetische informatie
bevatten. Bacteriën kunnen onderling plasmiden uitwisselen (conjugatie d.m.v. een sexpili),
waardoor zij recombineren. Op deze wijze ontstaan voortdurend nieuwe bacterievariëteiten.
Bacteriën zijn zo klein dat zij alleen onder een microscoop zichtbaar zijn. Een belangrijke eigenschap
van bacteriën is, dat zij zich snel kunnen vermeerderen. De Bacteria werden vroeger Eubacteria
genoemd. In het algemene spraakgebruik wordt meestal geen onderscheid gemaakt tussen Bacteria
("gewone" bacteriën) en Archaea (oerbacteriën), die tezamen de groep prokaryoten vormen. In de
taxonomie vormen de Bacteria echter een afzonderlijk domein.
Celwanden van bacteriën en Archaea
Een belangrijk kenmerk van bijna alle prokaryoten zijn hun celwand. Deze zorgt dat de cel zijn vorm
behoudt en geeft hem bescherming tegen zijn omgeving, zodat hij niet zal knappen ik een
hypotonische omgeving. Bacteriële celwanden bevatten peptidoglycaan, een netwerk van
polysachariden, cross-linked door polypeptiden. Peptidoglycaan of mureïne is een driedimensionaal
netwerk van één gigantisch molecuul, dat de celwand van een bacterie verstevigt, waardoor het
tevens de vorm van de cel bepaalt. Archaea bevatten wel polysachariden, maar geen
peptidoglycaan.
9
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Gram kleuring
Gram-kleuring is een methode om
bacteriën te kleuren om ze onder een
lichtmicroscoop zichtbaar te maken
en als hulpmiddel bij het herkennen
van soorten.Met behulp van deze
methode gekleurd, vallen bacteriën
namelijk uiteen in twee verschillend
aankleurende groepen, die men
Gram-negatief (rood) of Gram-positief
(blauwpaars) noemt. Dit verschil in
kleur wordt veroorzaakt door het
verschil in membraan. Omdat gram
positieve bacteriën geheel omringt
zijn door peptidoglycaan, zal de gram
kleuring beter aan deze bacteriën blijven hechten, dan aan gram negatieve bacterien. Gram
negatieve bacteriën kunnen giftig zijn, en hebben meer kans om antibioticaresistent te worden. Ook
zitten er nog carbonhydraatgroepen of lipopolysacharidegroepen op het gram negatieve membraan.
Dit staat duidelijker in de dia’s, kan geen duidelijkere afbeelding op het internet vinden.
10
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Genetica 3 oktober 2011
dr. Kuipers en dr. Beukeboom
Recombinatie
Met recombinatie wordt in de genetica de
herschikking van de genetische eigenschappen van
een individu aangeduid. Het gevolg hiervan is dat het
nageslacht een andere combinatie van genen heeft
dan elk van beide ouder-individuen.
In de moleculaire biologie wordt recombinatie in
nauwere zin gebruikt als het gevolg van een crossingover. Daarbij worden genen die gelinkt zijn (doordat
ze op hetzelfde chromosoom liggen) tijdens de
meiose, verdeeld over twee homologe chromosomen.
De link tussen beide genen wordt in dit proces verbroken. Dit proces wordt gekatalyseerd door
enzymen met de naam recombinase.
De eenheid van recombinatie is de morgan (M). Een recombinatie van 0 M betekent dat twee genen
naar alle waarschijnlijkheid niet zullen recombineren, een recombinatie van 1 M betekent dat twee
genen vrijwel zeker zullen recombineren. In de praktijk wordt deze het vaakst uitgedrukt in cM
(centimorgan), waarbij 1 cM staat voor 1% kans per generatie op recombinatie door crossing-over.
Euploïd
Het hebben van een normaal aantal chromosomen in elke cel. In totaal heeft de mens 46
chromosomen. Chromosomen zijn grote moleculen DNA waarop al ons genetische informatie staat
Polyploïd
Drie of meer malen het haploïde aantal chromosomen bezittend. Triploïde individuen of cellen
bezitten 3 maal een chromosomenset en tetraploïde individuen vier maal een haploïd stel
chromosomen.
Autopolyploid: een polyploïd ontstaan door het verdubbelen van één enkel genoom
Allopolyploid (=amphidiploid): een polyploïd ontstaan door het samenkomen van twee
chromosoomsets
Aneuploïd
Van een celkern die een of meer chromosomen mist of teveel bevat. Dit verschijnsel wordt
veroorzaakt doordat een homoloog paar zich niet gedeeld heeft of een chromosoom zich niet in
tweeën gedeeld heeft.
11
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Non-disjunctie
Non-disjunctie is een biologische term die duidt op een onjuiste verdeling van de chromosomen
tijdens een meiose- of mitosedeling. Bij 4n krijgen normaal beide cellen tijdens de deling twee
chromosomen toegedeeld. Bij non-disjunctie kan dit een andere verdeling geven zoals Cel A: 1
chromosoom met Cel B: 3 chromosomen. Andersom is ook mogelijk.
Ter gevolge hiervan kunnen strenge mutaties optreden in de cel. In de bio-industrie wordt hier
gebruik van gemaakt. Door een bepaalde stof toe te dienen kan de deling zo beïnvloed worden dat
alle chromosomen naar 1 cel richten. Dan krijgt elke cel in de plant als ware een dubbel aantal
chromosomen, wat grotere bladeren en vruchten als gevolg heeft. Dit wordt dan een tetraploïde
plant genoemd.
Voorbeelden van fenomenen ten gevolge van non-disjunctie zijn het syndroom van Down en het
syndroom van Klinefelter. In 95% van de gevallen is het syndroom van Down te wijten aan een nondisjunctie tijdens de meiose
Chromosomale veranderingen
Deletion: de deletie van een chromosoomsegment
Duplication: meer dan één kopie van een chromosoomsegment in een chromosoomset
Inversion: een chromosomale mutatie waarbij een chromosoom segment verwijderd is, 180°
gedraaid, en terug ingezet is in het chromosoom
Translocation: de verandering van plaats van een chromosoomsegment
12
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Single nucleotide polymorphism
Enkel-nucleotide polymorfisme (Engels: Single
nucleotide polymorphism, afgekort als SNP,
uitgesproken als snip) betreft een variatie in het
DNA - een polymorfisme - van een enkele
nucleotide lang. Op één plaats in het genoom kan
men dan bij verschillende mensen een ander
nucleotide aantreffen. Er wordt bijvoorbeeld van
een SNP gesproken als de DNA-volgorde op een
bepaalde plaats op een chromosoom zowel
AAGCCTA als AAGCTTA kan zijn. De variant die het
minst voorkomt, heet het "minor allele".
De betekenis van het hebben van een SNP is vaak
onduidelijk. De meeste zijn waarschijnlijk
"onschuldig", dat wil zeggen dat het hebben van de
zeldzame variant van de SNP géén voordeel maar
ook géén nadeel oplevert voor het organisme. SNPs
ontstaan door kleine foutjes in de DNA replicatie, en kunnen zich in de populatie handhaven en
uitbreiden, juist omdat ze geen nadeel opleveren voor het organisme dat zo'n variant met zich
meedraagt.
Ongeveer 90% van alle genetische variaties in het menselijke genoom zijn SNP's. Er wordt
tegenwoordig geschat dat een mens op elke 1300 nucleotiden in zijn DNA een SNP heeft; en dat er
zo'n vijf miljoen verspreid over het hele menselijke genoom aanwezig zijn. SNP's zijn niet regelmatig
over het genoom verdeeld, maar komen vooral veel voor in bepaalde gebieden. Bij twee derde van
de SNP's is de nucleotide cytosine vervangen door de nucleotide thymine.
Short tandem repeat
Short tandem repeats (STR’s) of short tandem repeat polymorphisms (STRP's) (Engels: korte
herhalingen achter elkaar) zijn vaak 2, 3 of 4 nucleotiden lang ( di, tri en tetranucleotiden repeats ) en
worden gemiddeld 10 tot 100 keer herhaald. Ze komen voor in de intronen of in het junk-DNA. De
STR’s worden dus niet vertaald naar eiwitten, maar horen wel aanwezig te zijn voor het functioneren
van een gen.
Als STR’s te lang of te kort zijn kan dit een ziekte of aandoening ten gevolgen hebben doordat de
functie van het gen dat in de buurt ligt verstoord wordt. De eerst gevonden en meest voorkomende
repeat is: CA CA CA. Deze komt om de paar duizend basenparen voor.
STR’s zijn zeer polymorf en het aantal repeats in een bepaalde STR verschilt van persoon tot persoon.
Dit komt doordat er gemakkelijk een repeat bij gemaakt kan worden (insertie) of dat er een
verwijderd wordt (deletie). STR’s worden dan ook gebruikt bij vaderschapstests en bij de identificatie
van personen, omdat iedereen een uniek profiel heeft van de lengte van verschillende STR’s. Er
komen verschillende soorten STR’s voor van simpel CA CA CA tot zeer complex GTACATG GTACATG
GTACAGT.
13
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Operonmodel
Een operon bestaat uit een promotor, operator(en) en meerdere (structurele) genen, die coderen
voor proteïnen met verwante functies. Afhankelijk van het specifieke operon kunnen verschillende
regulatorische proteïnen (repressoren of activatoren), afhankelijk van de wisselwerking met uit de
cel opgenomen of in de cel gevormde stoffen (liganden of effectormoleculen), met de operatoren
reageren en daardoor de transcriptie
van het gen in het operon aan- of
uitschakelen. Hierdoor wordt de
synthese van het betreffende mRNA
(messenger-RNA) door translatie
geactiveerd of uitgeschakeld.
14
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Genetica 13 oktober 2011
dr. Beukeboom
Allelen
Van elk gen zijn meerdere uitvoeringen mogelijk. Elke uitvoering wordt een allel (meervoud allelen)
of Mendeliaanse erffactor genoemd.
Als een organisme voor een bepaald gen twee gelijke allelen heeft, dan noemt men dit een
homozygoot organisme. Als het twee verschillende allelen heeft, noemt men het organisme
heterozygoot.
Een voorbeeld hiervan bij de mens zijn de allelen die de bloedgroep bepalen. Het gen dat codeert
voor de bloedgroep komt namelijk in drie vormen voor: het allel voor bloedgroep A, het allel voor
bloedgroep B en het allel voor bloedgroep 0 (nul). De bepaling van de bloedgroep zelf gebeurt dan
door de aanwezigheid van de twee allelen.
Chromosomen
Bij diploïde organismen, ook bij de mens, komen chromosomen voor in paren van homologe
chromosomen, waarbij één exemplaar van de moeder komt en het andere van de vader. Homologe
chromosomen hebben een gelijke opbouw, maar zijn niet identiek.
Gewoonlijk heeft een mens 46 chromosomen (23 paar). Bij de celdeling verdubbelt ieder
chromosoom zich en bestaat dan tijdelijk uit twee identieke chromatiden. De celkern bevat dan 92
chromatiden. Als de chromatiden van elkaar gescheiden zijn blijven er 92 dochterchromosomen
over, die later verdeeld worden over twee dochtercellen, zodat elke cel weer 46 chromosomen
heeft.
Hardy en Weinberg
De wet van Hardy-Weinberg of het Hardy-Weinberg-theorema is een wetmatigheid uit de
populatiegenetica. Het werd genoemd naar de Britse wiskundige Godfrey Harold Hardy en de Duitse
natuurkundige Wilhelm Weinberg, die het principe in 1908 onafhankelijk van elkaar ontdekten. Aan
de hand van deze wet kun je uitgaande van het fenotype, de frequentie van de genotypes
berekenen, en omgekeerd.
15
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Micro evolutie
Ontwikkelingen, genetische veranderingen in het individu en in de volgende generaties bestaan
inderdaad. Goede voorbeelden daarvoor zijn vorming van rassen binnen een biologische soort. Zo
zijn uit de soort wolf (Canis lupus) honderden hondenrassen, van de Pekingees tot aan de SintBernard voortgekomen. Hond blijft echter hond. Dat is micro-evolutie.
Macro evolutie
Macro-evolutie is nog nooit gesignaleerd of bewezen, ze is echter essentieel voor geloof in evolutie.
Macro-evolutie is nadrukkelijk géén grotere versie van micro-evolutie. Micro-evolutie gaat om het
toevalsgewijs aanpassen of verwarren van bestaande genen (en dus genetische verarming); macroevolutie gaat om het toevalsgewijs creëren van nieuwe intelligentie en nieuwe genen. Als mensen
zeggen dat evolutie niet mogelijk is, doelen zij op macro-evolutie, nooit op micro-evolutie. Macroevolutie kun je tot evolutie afkorten.
Charles Darwin (held)
Darwin is vooral bekend van zijn theorie dat evolutie van soorten wordt gedreven door natuurlijke
selectie. Dankzij zijn nauwkeurige onderbouwing en de grote hoeveelheid bewijzen die hij vond,
zorgde Darwin ervoor dat het bestaan van evolutie nog tijdens zijn leven binnen de
wetenschappelijke gemeenschap algemeen geaccepteerd werd. De acceptatie van natuurlijke
selectie als aandrijvend mechanisme liet langer op zich wachten, maar is tegenwoordig ook
onomstreden.
Fenotypische variatie
Fenotypische plasticiteit komt bij alle organismen voor en is er in allerlei eigenschappen zoals
uiterlijke kenmerken (kleur, grootte of vorm van organismen), maar ook in gedrag, zoals reproductie,
levensduur en groeisnelheid. Zulke eigenschappen kunnen worden beïnvloed door verschillende
omgevingsfactoren, bijvoorbeeld temperatuur, licht, voedselaanbod, dichtheid aan soortgenoten,
aanwezigheid van predatoren. Enkele bekende voorbeelden van plasticiteit zijn de strekreflex van
planten onder lichtarme omstandigheden (afbeelding 1), of de temperatuursafhankelijke
geslachtsbepaling bij reptielen. In deze voorbeelden is een omgevingsfactor tijdens de ontwikkeling
of groei van blijvende invloed op het individu, we noemen dit irreversibele (onomkeerbare)
plasticiteit.
Common garden experiment
Transplant experiment known as a common garden experiment, (although this term is more plant
specific) is an experiment where one or more organisms are moved from one environment to
another environment. In a usual common garden experiment, two species of plants growing in their
native environments would both be transplanted in a common environment. A reciprocal transplant
involves introducing organisms from each of two or more environments into the other(s).
Berekenen aantal genotypes
Het aantal mogelijke genotypes kan berekend worden met de volgende
formule. Hierin is g het aantal mogelijke genotypen, a het aantal allelen per
locus en n het aantal loci.
16
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Locus
In the fields of genetics and genetic computation, a locus (plural loci) is the specific
location of a gene or DNA sequence on a chromosome. A variant of the DNA
sequence at a given locus is called an allele. The ordered list of loci known for a
particular genome is called a genetic map. Gene mapping is the procession of
determining the locus for a particular biological trait.
Diploid and polyploid cells whose chromosomes have the same allele of a given gene
at some locus are called homozygous with respect to that gene, while those that
have different alleles of a given gene at a locus, heterozygous with respect to that gene.
Heterozygotie
Deze theorie werd door Shull in 1914 gepubliceerd en is de meest geaccepteerde. De planten van
zelfbevruchtende gewassen of inteeltlijnen van kruisbevruchtende gewassen zijn voor een groot
gedeelte homozygoot. Van een gen komt of het AA- of het aa-allel voor. Voor een volgend gen BB of
bb enz. In een plant zal gewoonlijk niet AABBCCDD enz. of aabbccdd enz. voorkomen, maar zal dit
van gen tot gen verschillen in een grote of een kleine letter. Door kruising ontstaan planten die van
veel genen de beide verschillende allelen bezitten. AaBbCcDd enz. heeft zo de beste groeikracht. Niet
alle inteeltlijnen zijn even geschikt voor het maken van een hybride. Daarom moet via
proefkruisingen gezocht worden naar inteeltlijnen die een goede combinatie geschiktheid hebben.
Polymorfisme
Een polymorfisme is een veranderde nucleotidencode voor een bepaald gen die bij een dusdanig
groot percentage van de populatie voorkomt dat niet meer van een mutatie kan worden gesproken.
Volgens de definitie komen polymorfismen bij meer dan 1% van de populatie voor. In geval van meer
zeldzame genveranderingen (voorkomen minder dan 1%) wordt van mutaties gesproken.
Voorwaarden Hardy-Weinberg
Deze wet geldt enkel als de populatie in evenwicht is. Dit betekent dat

de populatie voldoende groot is

de individuen geheel willekeurig paren (m.a.w. er is geen seksuele selectie)

er geen genetische selectie plaatsvindt

er geen mutaties optreden

er geen migratie uit of in de populatie plaatsvindt

er geen sprake is van genetische drift
Dit zijn relatief zware voorwaarden. Het komt in de praktijk dan ook maar weinig voor dat volledig
aan de voorwaarden is voldaan. Dit is vooral te danken aan de voorwaarde dat er geen mutaties op
mogen treden, aangezien organismen over het algemeen te maken hebben met eindeloos veel
mutaties per dag (onder meer door crossing-over en willekeurige divergentie van gepaarde
homologe chromosomen tijdens meiose I). Hierdoor is de kans op een grootschalige mutatie te groot
om aan deze voorwaarde te voldoen.
17
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Genetica 14 oktober 2011
dr. Beukeboom
Mutaties
Grote delen van het DNA hebben geen duidelijke functie: het zogenaamde junk-DNA. Mutaties in
deze gedeelten hebben meestal weinig gevolgen: ze veranderen het genotype, maar niet het
fenotype. Een dergelijke onschuldige of neutrale mutatie wordt ook wel een polymorfisme genoemd.
Wanneer echter een mutatie optreedt in een coderend gedeelte van een gen, dan kunnen er wel
duidelijke gevolgen zijn. Door mutaties kunnen nieuwe allelen en genen ontstaan, waardoor de
erfelijke eigenschappen van een organisme veranderen. Mutaties zorgen dus voor genetische
variatie, en spelen daarom een belangrijke rol bij de evolutie van het leven. Daarnaast zijn door
verdubbeling van het aantal chromosomen nieuwe soorten ontstaan, zoals bij Brassica, Triticum en
Musa. Door middel van natuurlijke selectie kunnen gunstige mutaties zich door een populatie
verspreiden, en wordt de verspreiding van ongunstige mutaties tegengegaan. 'Neutrale' mutaties
zullen zich volgens statistische processen door een populatie verspreiden, dit wordt genetic drift
genoemd.
Migratie
Migratie is het biologisch verschijnsel dat ontstaat wanneer levende wezens van een leefgebied naar
een ander verhuizen.
Gene flow
In population genetics, gene flow
(also known as gene migration) is the
transfer of alleles of genes from one
population to another. Migration into
or out of a population may be
responsible for a marked change in
allele frequencies (the proportion of
members carrying a particular variant of a gene). Immigration may also result in the addition of new
genetic variants to the established gene pool of a particular species or population. There are a
number of factors that affect the rate of gene flow between different populations. One of the most
significant factors is mobility, as greater mobility of an individual tends to give it greater migratory
potential. Animals tend to be more mobile than plants, although pollen and seeds may be carried
great distances by animals or wind. Maintained gene flow between two populations can also lead to
a combination of the two gene pools, reducing the genetic variation between the two groups. It is for
this reason that gene flow strongly acts against speciation, by recombining the gene pools of the
groups, and thus, repairing the developing differences in genetic variation that would have led to full
speciation and creation of daughter species.
Genetische drift
Genetische drift is de willekeurige verspreiding van genen bij de sexuele en asexuele voortplanting.
Het betreft het statistische proces dat voortvloeit uit de invloed van toeval op de verspreiding van
genen. Genetische drift zorgt ervoor dat de frequentie van een allel binnen een populatie kan
toenemen of afnemen, en is daarmee een belangrijk mechanisme van evolutie. Genetische drift
18
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
heeft als tendens dat organismen homozygoot worden: óf een allel wordt zelf verwijderd uit een
populatie, óf het allel verdrijft alle andere allelen uit een populatie.
De invloed van genetische drift is groter naarmate een populatie kleiner is. Genetische drift is in
zekere zin antagonistisch ten opzichte van natuurlijke selectie: hoe groter de rol van natuurlijke
selectie, hoe kleiner de rol van genetische drift. Genetische drift speelt dus vooral een rol bij
zogenaamde neutrale allelen: allelen die geen positieve of negatieve invloed hebben op de fitness
(voortplantingssucces) van een organisme.
Founder/stichter effect
Het stichtereffect of founder effect is de invloed die de stichtende individuen hebben op de
genenpool van de populatie die uit hun nakomelingen bestaat. Als bijvoorbeeld de bevolking van een
eiland is voortgekomen uit een beperkt aantal pioniersfamilies, dan zullen bepaalde genetische en de
(daarmee samenhangende) uiterlijke kenmerken van de hele populatie sterk verschillen van een
doorsneebevolking.
Inteelt
Inteelt is een wetenschappelijk begrip dat inhoudt het kruisen
binnen een soort, ondersoort of ras van nauw aan elkaar
verwante individuen. Als de inteelt toeneemt, verhoogt het
aantal homozygote genenparen en vermindert het aantal
heterozygote genenparen (opzoeken waarom!). In iedere
populatie zitten er minder goede genen. Bij een verhoging van
het aantal homozygote genenparen, verhogen ongewild ook
het aantal homozygote genenparen met minder goede genen.
Hierdoor vermindert de vruchtbaarheid, verkort de
gemiddelde gezonde levensduur, vermindert het
uithoudingsvermogen en verhoogt de gevoeligheid voor
ziekten en allergieën.
19
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
(Natuurlijke) selectie
Natuurlijke selectie is een mechanisme dat in de natuur evolutie veroorzaakt. Natuurlijke selectie
houdt in dat organismen die beter in hun omgeving passen, meer kans hebben om te overleven en
voor nakomelingen te zorgen dan minder goed aangepaste organismen. Hierdoor zal het type van
het best aangepaste organisme beter overleven en steeds meer de overhand nemen in de populatie
"survival of the fittest".
Fitness
Fitness is een begrip uit de (populatie)biologie -en
ecologie. Het heeft betrekking op de relatieve
toename van één of meer allelen (varianten van één
gen) of van het aantal nakomelingen van een individu
of een groep met een bepaald genotype in de
volgende generatie ten opzichte van die van andere
genen, individuen of groepen. Over het algemeen
duidt een fitness van 1 op stabiliteit, een fitness
groter dan 1 duidt op een toename van een allel ten
opzichte van andere allelen in de volgende generaties
of de toename van de groep met een bepaald
genotype ten opzichte van andere groepen.
Voorbeeld: Stel we hebben in een populatie een generatie met 150 bruine konijnen en 50 zwarte
konijnen en in de volgende generatie zien we 180 bruine konijnen en 55 zwarte konijnen, dan is de
fitness van bruine konijnen in deze populatie 1,021 ((180/235)/(150/200)) Als er genetisch materiaal
beschikbaar is wordt er meestal met genfrequenties gewerkt, maar dat werkt op precies dezelfde
manier, alleen is het dan mogelijk om per gen de fitness te bepalen.
20
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Kunstmatige selectie
Kunstmatige selectie is in de biologie het mechanisme waarmee bepaalde eigenschappen of een
combinatie van eigenschappen bewust worden geselecteerd bij het fokken van dieren of veredeling
van planten. Het begrip werd voor het eerst gebruikt door Charles Darwin. Darwin zag dat veel
gedomesticeerde soorten eigenschappen hebben die opzettelijk door de mens zijn geselecteerd bij
het fokken of kweken. De mens selecteert alleen de individuen met de gunstige eigenschappen om
nageslacht te krijgen, zodat deze eigenschappen steeds vaker voor gaan komen.
Gerichte selectie
In population genetics, directional
selection is a mode of natural
selection in which a single phenotype
is favored, causing the allele
frequency to continuously shift in one
direction. Under directional selection,
the advantageous allele increases in
frequency independently of its
dominance relative to other alleles;
that is, even if the advantageous
allele is recessive, it will eventually
become fixed.
21
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Frequention-dependent selection
Frequency-dependent selection is the term
given to an evolutionary process where the
fitness of a phenotype is dependent on its
frequency relative to other phenotypes in a
given population. In positive frequencydependent selection (or purifying frequencydependent selection) the fitness of a phenotype
increases as it becomes more common. In
negative frequency-dependent selection (or
diversifying frequency-dependent selection) the
fitness of a phenotype increases as it becomes
rarer.
22
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Genetica 14 oktober 2011
dr. Oscar Kuipers
Operon
Een operon bestaat uit een promotor, operator(en) en meerdere (structurele) genen, die coderen
voor proteïnen met verwante functies. Afhankelijk van het specifieke operon kunnen verschillende
regulatorische proteïnen (repressoren of activatoren), afhankelijk van de wisselwerking met uit de
cel opgenomen of in de cel gevormde stoffen (liganden of effectormoleculen), met de operatoren
reageren en daardoor de transcriptie van het gen in het operon aan- of uitschakelen. Hierdoor wordt
de synthese van het betreffende mRNA (messenger-RNA) door translatie geactiveerd of
uitgeschakeld.
Lac operon
Het lac-operon is een operon dat voor de regulatie van de afbraak van lactose zorgt en voorkomt in
onder andere de bacterie Escherichia coli. Het lac-operon wordt beschouwd als het voorbeeld van
prokaryotische genregulatie. Het lac-operon is een stukje DNA, dat voor de afbraak van lactose de
benodigde enzymen produceert. Als er geen lactose in de omgeving van de bacterie voorkomt gaat
een lac-onderdrukker (lac repressor) aan een gedeelte van het operon, de operator, vastzitten,
waardoor er geen enzymen gevormd kunnen worden voor de afbraak van lactose. Er zal uiteindelijk
β-galactosidase, worden aangemaakt, dat lactose in D-galactose en D-glucose splitst,
23
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Tryptofaan operon
Trp operon is an operon - a group of genes that are used, or transcribed, together - that codes for the
components for production of tryptophan. The Trp operon is present in many bacteria, but was first
characterized in Escherichia coli. It is regulated so that when tryptophan is present in the
environment, it is not used. It was an important experimental system for learning about gene
regulation, and is commonly used to teach gene regulation.
Corepressor
Een corepressor is een molecuul dat samenwerkt met een repressor om een operon uit te schakelen.
Een repressible operon is een operon dat gebruikelijk aanstaat, tenzij er een repressor bindt
(bijvoorbeeld het trp-operon). Een inducible operon is een operon dat gebruikelijk uitgeschakeld is.
Een zogenaamde inducer zal de repressor inactiveren en de transcriptie laten verlopen (bijvoorbeeld
het lac operon).
24
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Catabolite activator protein (CAP)
The Escherichia coli catabolite gene activator protein (CAP) is a DNA binding protein involved with
the transcription of several genes, including those that code for enzymes involved in the metabolism
of certain sugars (i.e. lactose, maltose, and arabinose.) Basically, CAP is responsible for the global
regulation of carbon utilization. Upon binding cAMP (adenosine 3', 5' monophosphate, or cyclic
AMP), CAP binds to a conserved DNA sequence from which it can either activate or repress
transcription initiation from various promoters. In some cases clusters of several promoters are all
controlled by a single cAMP-CAP complex bound to the DNA.
Once CAP has bound cAMP, the protein exhibits a higher affinity for a specific conserved DNA
sequence. When the intracellular level of cAMP increases, the second messenger is bound by CAP
and the cAMP-CAP complex binds to the DNA. Once bound, it is able to stimulate the transcription of
the aforementioned genes. DNA bound by the CAP-cAMP complex is bent by ~90 degrees. This DNA
bend, coupled with a protein-protein interaction between CAP and RNA polymerase is thought to be
the mechanism by which CAP regluates transcription initiation on the chromosome.
Onthouden: Laag glucosegehalte  veel cAMP
25
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Histonen
Nucleosomen dienen twee belangrijke doelen in de celkern. Als eerste zorgen ze door het vormen
van de kleinste samenballing (spiralisering), dat het dubbelstrengs DNA (dsDNA), dat enkele meters
lang is, in de celkern past. Daarnaast zijn ze belangrijk voor de werking van de transcriptie, doordat
ze er voor zorgen dat het RNA polymerase zich niet hecht aan promotors van genen, die voor de
translatie op dat moment niet nodig zijn. Door verschuiving van een nucleosoom als gevolg van
bepaalde enzymen kunnen nieuwe genen afgelezen worden. Nucleosomen zijn ook de belangrijkste
dragers van epigenetisch overervende informatie.
DNA-methylering
DNA-methylering of DNA-methylatie is een epigenetisch (omkeerbaar genetisch proces dat niets
verandert aan de DNA sequenties) proces waarbij een methylgroep (basisstructuur (CH3) aan een
DNA-molecuul wordt toegevoegd. Hierdoor verandert de structuur van het DNA, dat hierdoor niet
langer afleesbaar is tijdens bijvoorbeeld een transcriptie.
Initiatie, terminatie, promotors en enhancers
Dit heb ik uitgewerkt in de samenvatting van de colleges biochemie 2011. Hier wordt het iets minder
gedetailleerd verteld, maar het is nog wel handig om het nog een keer door te kijken.
Coordinately controlled genes in eukaryotes
Unlike the genes of a prokaryotic operon, each of the
coordinately controlled eukaryotic genes has a promoter
and control elements. These genes can be scattered over
different chromosomes, but each has the same
combination of control elements. Copies of the activators
recognize specific control elements and promote
simultaneous transcription of the genes.
Proteasoom
Het proteasoom is een groot eiwitcomplex dat als
belangrijkste functie heeft andere eiwitten, die overbodig
of beschadigd zijn, af te breken. Proteasomen komen
voor bij alle eukaryoten en archaea, en bij sommige
bacteriën. In eukaryoten komen ze voor in de celkern en
het cytoplasma. Het proteasoom is een zogenaamde
protease, een enzym dat de peptidebindingen tussen de
aminozuren in een eiwit kan laten verbreken. Een eiwit
dat afgebroken moet worden, wordt gemarkeerd met het
eiwit ubiquitine.
26
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
miRNA
miRNA (microRNA) is een vorm van niet-coderend RNA van 20 tot 25 nucleotiden lang en is
onderdeel van de mechanismen die de expressie van genen reguleren. miRNA behoort samen met
siRNA (small interfering RNA) tot de RNA interferentie mechanismen. miRNA is complementair aan
een stukje sequentie van één of meerdere mRNA’s in het gebied 3' UTR. Door op deze plaats een
dubbele streng met het mRNA te vormen wordt het aflezen (translatie) van het mRNA
tegengehouden.Het DNA gedeelte dat codeert voor een miRNA is langer dan het miRNA en bevat
ook een tegengesteld complement.
Wanneer dit DNA wordt afgelezen in
een enkelstrengs miRNA vormt het
miRNA met de complementaire
gedeelten een dubbelstrengs lus in
de vorm van een haarspeld en vormt
zo een primaire miRNA structuur
(pri-miRNA).
Celdifferentiatie
Proces waarbij uit betrekkelijk
eenvoudige cellen nieuwe cellen met
zeer specifieke functies voortkomen.
In het dierlijk organisme ontwikkelen
sommige cellen zich tot bloedcellen,
andere tot spiercellen, levercellen, zenuwcellen enzovoort. In
planten zijn wortelcellen, stengelcellen, bladcellen, pollen
enzovoort te onderscheiden. Bij het ontstaan van een foetus uit
een bevrucht ei vindt eerst differentiatie plaats van cellen; hieruit
worden vervolgens weefsels gevormd. Organen, zoals nier en
lever bestaan uit verschillende weefseltypen.
An egg’s cytoplasm contains RNA, proteins, and other substances
that are distributed unevenly in the unfertilized egg. Cytoplasmic
determinants are maternal substances in the egg that influence
early development. As the zygote divides by mitosis, cells contain
different cytoplasmic determinants, which lead to different gene
expression. The other important source of developmental
information is the environment around the cell, especially signals
from nearby embryonic cells.In the process called induction,
signal molecules from embryonic cells cause transcriptional changes in nearby target cells. Thus,
interactions between cells induce differentiation of specialized cell types
27
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Determinatie
During embryonic development, cells become visibly different in structure and function as they
differentiate. The earliest changes that set a cell on a path to specialization show up only at the
molecular level. Molecular changes in the embryo drive the process, called determination, that leads
to the observable differentiation of a cell. Once it has undergone determination, an embryonic cell is
irreversibly committed to its final fate. The outcome of determination—observable cell
differentiation—is caused by the expression of genes that encode tissue-specific proteins. These
proteins give a cell its characteristic structure and
function. Differentiation begins with the
appearance of cell-specific mRNAs and is eventually
observable in the microscope as changes in cellular
structure. In most cases, the pattern of gene
expression in a differentiated cell is controlled at
the level of transcription. Cells produce the proteins
that allow them to carry out their specialized roles
in the organism. For example, liver cells specialize in
making albumin, while lens cells specialize in
making crystalline. Similarly, skeletal muscle cells
have high concentrations of proteins specific to
muscle tissues, such as a muscle-specific version of
the contractile proteins myosin and actin.
Myoblast voorbeeld
Myoblasten zijn cellen die aan de randen
van spiervezels zitten en te hulp schieten als
er een stukje spier beschadigd is. Ze delen
zich en zorgen er zo voor dat de spier weer
herstelt.
Myoblasts produce muscle-specific proteins
and form skeletal muscle cells. MyoD is one
of several “master regulatory genes” that
produce proteins that commit the cell to
becoming skeletal muscle. The MyoD
protein is a transcription factor that binds to
enhancers of various target genes.
28
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Bicoid protein
One maternal effect gene, the bicoid gene, affects the front half of the body. An embryo whose
mother has a mutant bicoid gene lacks the front half of its body and has duplicate posterior
structures at both ends. This phenotype suggests that the product of the mother’s bicoid gene is
concentrated at the future anterior end.This hypothesis is an example of the gradient hypothesis, in
which gradients of substances called morphogens establish an embryo’s axes and other features.
Kanker
Ik heb kanker uitgebreid behandeld in de samenvatting over de colleges celbiologie 2011. Als je het
niet snapt, moet je die nog even doorlezen.
P53
Een belangrijk eukaryoot tumorsuppressorgen is p53. Dit eiwit staat centraal in een signaalcascade
die de celgroei en apoptose reguleert. Het is dus van belang in de celcyclus. Bij celschade heeft het
dus 2 'keuzes': het stopzetten van de celgroei in de G1-fase (waarbij het DNA hersteld kan worden) of
apoptose (als de schade te erg is).
Wanneer het DNA kleine schade heeft opgelopen, zal het p53 eiwit actief worden en de celdeling
tegenhouden doordat het zorgt voor de transcriptie en translatie van het p21 gen. Dit gen is
verantwoordelijk voor de aanmaak van het eiwit p21. Het p21 eiwit is een zogenaamd CdK inhibitor
protein. Het zal binden met CdK/cycline-complexen waardoor deze inactief worden en de celdeling
stopt. Indien de schade te groot is en niet hersteld kan worden, zal ditzelfde eiwit apoptotische
signalen doorsturen. In vele gevallen van kanker is dit gen onderdrukt en wordt het eiwit niet meer
aangemaakt. P53 werkt als een dimeer, en regelt onder meer de expressie van cyclus-remmende
eiwitten. Wanneer een mutatie in p53 optreedt, dan kan het dimeer inactief worden, waardoor er
ongecontroleerde celdeling zal optreden.
Proto-oncogen
Een proto-oncogen is een gen dat codeert voor een eiwit dat bij verhoogde activiteit of expressie de
maligniteit van kanker doet toenemen. Na deze veranderde werking spreken we van een oncogen.
Tegenover een oncogen staat een tumorsuppressorgen, dat juist zolang het actief is de maligniteit
van kanker vermindert. Oncogenen zijn vaak groeifactoren die de celdeling versnellen. Ook kunnen
oncogenen de angiogenese (de aanmaak van bloedvaten naar de tumor) bevorderen en zodoende
door de verhoogde toevoer van voedingsstoffen de groei van de tumor versnellen.
29
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
Tumorsuppressorgenen
Een tumorsuppressorgen is een gen dat onbeperkte deling van de cel voorkomt, en daarmee het
ontstaan van een tumor verhindert. Het eiwit dat door dit gen gecodeerd wordt, heeft namelijk een
negatieve invloed op de celdeling. Tegenover een tumorsuppressorgen staat het (proto-)oncogen dat
juist bij verhoogde activiteit de maligniteit van kanker vergroot.
Ras-protein
Mutations in the ras proto-oncogene and
p53 tumor-suppressor gene occur in 30%
and 50% of human cancers, respectively.
The Ras protein, the product of the ras
gene, is a G protein that relays a growth
signal from a growth factor receptor on the
plasma membrane to a cascade of protein
kinases. Mutations in the ras gene can lead
to production of a hyperactive Ras protein
and increased cell division.
30
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
31
Colleges gemetica 2011
Rijksuniversiteit Groningen
Niek Groot
32