Genexpressie

Elke cel met een celkern bevat het volledige genoom bestaande uit 46 chromosomen (of 46 strengen DNA) met daarop ongeveer 20.000 erfelijke eigenschappen. Deze 20.000 erfelijke eigenschappen coderen voor de productie van 20.000 eiwitten. Met deze 20.000 geproduceerde eiwitten is het mogelijk een heel (menselijk) lichaam te maken. Met deze 20.000 erfelijke eigenschappen kunnen spieren gemaakt worden, hemoglobine geproduceerd worden, zenuwweefsel gemaakt worden en ook een hypofyse die op zijn of haar beurt weer in staat is om met behulp van het erfelijke materiaal in de cellen van de hypofyse vele hormonen te produceren. Elke individuele cel van het lichaam bevat wel deze 20.000 erfelijke eigenschappen, maar de individuele cel heeft geen toegang tot al deze 20.000 eigenschappen. In werschillende weefsels kunnen de cellen bij verschillende erfelijke eigenschappen. Zo kunnen spiercellen bij het gen dat codeert voor actine en myosine. maar zenuwcellen kunnen niet bij dit gen. De hypofyse kan bij het gen dat codeert voor de hormonen LH en FSH, maar niet bij het gen dat codeert voor het spijsverteringsenzym amylase. Daar hebben de cellen van de speekselklieren weer toegang toe. Kortom: celdifferentiatie onstaat doordat in de cellen van de weefsels verschillende genen zijn ingeschakeld of uitgeschakeld.

Het epigenoom

Maar als de genexpressie per weefsel anders is gereguleerd kan je je afvragen wie daarvoor verantwoordelijk is. Het besturingssysteem van het genoom is het epigenoom. De wetenschap die het epigenoom van de cellen en weefsels onderzoekt is de epigenetica. Een ander woord voor epigenoom is bovengenoom. Het epigenoom is de baas over het genoom. Het epigenoom bepaalt welke genen in de weefsels tot expressie komen en welke genen in de weefsels niet tot expressie komen. Het epigenoom heeft een viertal strategieën om genexpressie te reguleren.

Het epigenoom zorgt ervoor dat er geen m-RNA wordt geproduceerd. Dus dat er geen transcriptie van een gen is.
Het epigenoom zorgt ervoor dat geproduceerd m-RNA in het cytoplasma wordt vernietigd (RNA-interferentie), zodat er geen translatie kan plaatsvinden.
Het epigenoom kan delen van het DNA methyleren, waardoor dat deel van het genoom onleesbaar is geworden.
Het epigenoom kan zorgen voor extreme condensatie van delen van het genoom, waardoor de betreffende genen onleesbaar zijn geworden.

Beïnvloeding van het epigenoom

Het is de grootste uitdaging van de huidige genetica om per weefsel in kaart te brengen hoe en waar het epigenoom de genexpressie beïnvloedt. Als je weet hoe het epigenoom genen tot expressie brengt of juist inactief maakt wordt het mogelijk om stamcellen om te vormen tot elk gewenst weefsel. Het is dan technisch gesproken mogelijk om oude blokkades op het DNA te verwijderen, het besturingssysteem van een cel te resetten en gespecialiseerde cellen weer om te "toveren" tot stamcellen. Het is goed je te realiseren dat je met je levenspatroon invloed kan uitoefenen op de werking van het epigenoom. We weten allemaal dat je gezond moet eten, niet moet roken, niet teveel alcohol moet gebruiken, stress moet zien te handelen, voldoende moet slapen en regelmatig moet bewegen.Liefde ontvangen vind ook niemand een probleem. Het zijn onder andere deze milieu-invloeden die een gunstige invloed hebben op het epigenoom. Concreet betekent het dat het epigenoom onder invloed van de juiste prikkels uit het milieu in weefsels de juiste genen activeert en de juiste genen deactiveert. Omgekeerd betekent het ook dat slecht milieu-invloeden een negatieve invloed hebben op de werking van het epigenoom. Ongezond eten, roken en teveel alcohol, stress, te weinig lichamelijke activiteit en een gebrek aan genegenheid kunnen ervoor zorgen dat het epigenoom verkeerde genen aanzet tot transcriptie en verkeerde genen blokkeert. Hierdoor gaan cellen of weefsels afwijkend gedrag vertonen en is de kiem voor vele ziekten gelegd.

In de bovenstaande afbeelding is te zien hoe in de bacterie E.coli het gen wat een eiwit produceert om lactose te verteren wordt geblokkeerd zolang er geen lactose in het milieu van de bacterie is. Zodra er lactose in het milieu van E.coli komt neemt de bacterie het lactose op. Het lactose reageert met de repressor. De repressor kan nu het gen wat codeert voor een lactose verterend eiwit niet meer blokkeren. De bacterie gaat nu via transcriptie en translatie het betreffende enzym produceren en is vanaf nu in staat het lactose te verteren. Verdwijnt het lactose uit het milieu van E.coli, dan zal door repressie van het betreffende gen de productie van het lactose-splitsend enzym stoppen.

De genen worden dus door een viertal strategieën bestuurd. Het besturen van het DNA gebeurt door het epigenoom. Een ander woord voor epigenoom in het bovengenoom. Het epigenoom is de baas over het genoom. Invloeden uit de omgeving van het individu of de cel beïnvloeden de werking van het epigenoom. Slechte invloeden vanuit het milieu hebben een ongunstige werking op het epigenoom. Met ongunstige werking wordt bedoeld dat het epigenoom verkeerde genen gaat aanzetten of uitzetten in de diverse cellen. Invloeden van buitenaf die invloed hebben op het epigenoom zijn: stress, liefde, schadelijke stoffen uit je omgeving, wat je eet en hoeveel je eet, lichamelijke activiteit.

Als afsluiter van deze les nog een mooi krantenartikel over Bre1. Het product van één van de vele regelgenen in je cellen, en de uitleg over genexpressie tijdens één van de lessen op het Scala College te Spijkenisse

Een video over genexpressie bij eukaryoten is hieronder te bekijken. De video is gemaakt voor het VWO, dus havisten moeten zich niet laten afschrikken door de vele onbekende begrippen, maar zich focussen op het proces.