UvA-DARE is a service provided by the library of the University of Amsterdam (https://dare.uva.nl)
UvA-DARE (Digital Academic Repository)
Gene expression in chromosomal Ridge domains : influence on transcription,
mRNA stability, codon usage, and evolution
Gierman, H.J.
Publication date
2010
Link to publication
Citation for published version (APA):
Gierman, H. J. (2010). Gene expression in chromosomal Ridge domains : influence on
transcription, mRNA stability, codon usage, and evolution.
General rights
It is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), other than for strictly personal, individual use, unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Disclaimer/Complaints regulations
If you believe that digital publication of certain material infringes any of your rights or (privacy) interests, please let the Library know, stating your reasons. In case of a legitimate complaint, the Library will make the material inaccessible and/or remove it from the website. Please Ask the Library: https://uba.uva.nl/en/contact, or a letter to: Library of the University of Amsterdam, Secretariat, Singel 425, 1012 WP Amsterdam, The Netherlands. You will be contacted as soon as possible.
8
Nederlandse Samenvatting
154
155
Nederlandse samenvatting
8
Nederlandse Samenvatting
Chromosomen zijn de lange DNA moleculen waarop onze genen liggen. Een gen is een stuk DNA van een chromosoom, dat door speciale eiwitten wordt ‘afgelezen’ om RNA moleculen te maken, die op hun beurt weer worden afgelezen om eiwitten te maken (dit hele proces heet expressie). Deze eiwitten worden gebruikt als bouwstenen voor ons lichaam, of ze sturen weer andere biochemische processen aan (bv. in de vorm van enzymen).
Het DNA van elk gen codeert voor een eiwit, maar bevat ook extra stukken DNA code die herkend worden door activerende en represserende moleculen die de expressie van het gen ‘reguleren’, de zogenaamde transcriptiefactoren. Elk gen wordt door vele transcriptiefactoren gereguleerd, zodat expressie op de juiste plaats (het type cel), de juiste tijd (in welke levensfase) en de juiste hoeveelheid (hoe meer eiwitten, hoe meer activiteit) plaatsvindt.
Dit welbekende systeem van genregulatie staat toe dat genen op willekeurige plekken van een chromosoom liggen: transcriptiefactoren bewegen immers vrij rond in de celkern, waar alle chromosomen liggen. Tot voor kort werd dan ook verondersteld dat dit voor de meeste genen het geval was. Ons lab ontdekte echter dat de chromosomale positie van genen niet willekeurig was: Chromosomale domeinen van soms wel honderden genen, waren verrijkt voor hoge expressie genen. Deze ‘Regions of IncreaseD Gene Expression’ werden afgekort ‘Ridges’ genoemd. Tegelijk werd ontdekt dat er ook chromosomale domeinen waren die juist veel lage expressie genen hadden, de zogenaamde anti-Ridges. In dit proefschrift hebben we de hypothese onderzocht dat deze chromosomale domeinen, naast de bestaande regulatie door transcriptiefactoren, zelf ook invloed uitoefenen op de expressie van hun genen.
In Hoofdstuk 2 hebben we bovenstaande vraag onderzocht door menselijke cellen
met een virus te infecteren dat zijn DNA op een willekeurige plek in een chromosoom inbouwt. Dit DNA bevat een gen dat een lichtgevend eiwit aanmaakt, wat makkelijk meetbaar is. Cellen met virus DNA in een Ridge bleken gemiddeld 4 tot 8 keer meer lichtgevende eiwitten te maken dan cellen met virus DNA in een anti-Ridge. Chromosomale Ridge domeinen verhogen dus zèlf de expressie van hun genen. DNA bestaat uit vier types nucleotiden (de ‘bouwstenen’): A, T, C en G. DNA in Ridges bevat relatief meer G en C nucleotiden dan in anti-Ridges (d.w.z. ze zijn ‘GC rijk’). Genen die in een Ridge belanden, worden na verloop van tijd automatisch GC rijker. Omdat G en C een chemisch stabielere binding vormen dan A en T, onderzochten we in Hoofdstuk 3 of RNA moleculen van Ridge genen hierdoor stabieler waren.
RNA moleculen uit Ridges bleken 1,5–2 uur langer mee te gaan dan die van anti-Ridges. Dit betekent dat als een gen eenmaal in een Ridge belandt, de expressie na verloop van tijd ook verhoogd wordt: De toename van G en C nucleotiden maakt RNA stabieler en vermindert de afbraak van RNA. Er blijven dus meer RNA moleculen over om eiwit mee te maken.
156
8
In Hoofdstuk 4 analyseren we het effect van Ridges op eiwitvertaling. Eiwitten zijn
lange ketens van aminozuren (de bouwstenen van eiwitten). De volgorde van de RNA nucleotiden bepaalt welke aminozuren geselecteerd moeten worden. Er zijn 64 verschillende combinaties van telkens 3 RNA nucleotiden (de codons), die elk voor een bepaald aminozuur coderen. Er zijn echter maar 20 verschillende aminozuren. Er zijn daarom meerdere codons die voor hetzelfde aminozuur gebruikt worden, zoals GTT en GTG. Proefondervindelijk is er veel bewijs dat per aminozuur, de codons met veel G en C nucleotiden vaak efficiëntere eiwitproductie geven: GTG is efficiënter dan GTT. Wij laten zien dat Ridge genen vaker dit soort ‘efficiënte codons’ gebruiken. Dit suggereert dat een Ridge gen, als het eenmaal GC rijk is geworden, een nog verdere verhoging van zijn expressie ondergaat, door een betere vertaling in eiwitten. De resultaten van Hoofdstuk 2, 3 en 4 tezamen suggereren een belangrijke functie voor Ridges: de opeenstapeling in Ridges van stimulerende effecten op drie verschillende expressie niveaus dienen om de hoge expressie van belangrijke genen te vergemakkelijken.
Kanker ontstaat als gevolg van defecten in (de regulatie van) genexpressie. Recentelijk is in kankercellen gevonden dat genen in chromosomale domeinen collectief ontregeld worden. Dit gebeurt o.a. door het gen enhancer of zeste homolog 2 (EZH2). In Hoofdstuk 5 onderzoeken we de rol van EZH2 in de kinderkanker
neuroblastoma, waar EZH2 hoog tot expressie komt. Neuroblastoma patiënten met een hoge EZH2 expressie blijken een slechtere prognose te hebben. Door EZH2 uit te schakelen in neuroblastoma cellen, laten we zien dat EZH2 belangrijk is voor neuroblastoma celdeling en groei.
In Hoofdstuk 6 presenteren we een evolutionair model voor het ontstaan en
functioneren van Ridges. Wij stellen voor dat algemene transcriptiefactoren door Ridge genen onderling gedeeld kunnen worden. Dit zou mogelijk gemaakt kunnen worden door zogenaamde CpG eilanden: GC rijke stukken DNA die vaak zijn bezet met algemene transcriptiefactoren en 5–20 keer frequenter zijn in Ridges dan er buiten. CpG eilanden komen alleen voor in gewervelde dieren zoals de mens. Doordat in Ridges genen ook dichter op elkaar zitten, kunnen ze makkelijker gebruik maken van elkaars transcriptiefactoren.
De kans om de expressie van een gen te verhogen door (een opeenvolging van) willekeurige DNA veranderingen is erg klein. Natuurlijke selectie kan zulke onwaarschijnlijke gebeurtenissen wel afdwingen in bv. bacteriën, die populaties van biljarden hebben. Maar voor gewervelde dieren, met hun relatief kleine aantallen, is de kans op het gebeuren van ‘de juiste mutaties’ te klein en is natuurlijke selectie minder efficiënt. Ridges bieden genen de mogelijkheid om relatief gemakkelijk hun expressie te veranderen door zich in of uit een Ridge te verplaatsen. Door hun directe sterke effect op genexpressie, spelen Ridges dus mogelijk een belangrijke rol in de evolutie van de mens.
