Genregulatie: rol van factoren en moleculen bij transcriptie
Blok 1: Reden en noodzaak voor genregulatie
De regulatie van genexpressie is essentieel in levende organismen om efficiënt gebruik te maken van beschikbare grondstoffen en energie. Genregulatie voorkomt verspilling doordat alleen noodzakelijke genen op de juiste tijdstippen en in de juiste cellen tot expressie komen. Talrijke genen zijn bovendien slechts tijdelijk actief, afhankelijk van ontwikkelingsstadium, celtype of externe signalen. Dit dynamische regulatiemechanisme maakt een snelle reactie op variabele omgevings- of interne omstandigheden mogelijk.
Blok 2: Bouw van een gen en betrokken elementen
Definitie
Een gen is een functionele DNA-sequentie die de informatie bevat voor het produceren van een specifiek proteïne of RNA-molecuul. In de context van genregulatie omvat een gen vaak niet alleen de coderende sequentie, maar ook omliggende regulatorische elementen.
Belangrijke concepten
Transcriptie-eenheid: Dit is het volledige DNA-gebied (inclusief exon- en intronsequenties indien aanwezig), dat wordt afgelezen tijdens de transcriptie om een RNA-molecuul te vormen. Bij polycistronische transcriptie (vooral bij prokaryoten) omvat deze eenheid soms meerdere achtereenvolgende structuurgenen die functioneel samenhangen.
Promotor: Een promotor is een specifieke DNA-sequentie, meestal direct stroomopwaarts van het coderend gedeelte van het gen gelegen. De promotor dient als herkennings- en bindingsplaats voor RNA-polymerase en algemene transcriptiefactoren, waardoor hij fungeert als startsignaal voor de transcriptie. De nucleotidesequentie van de promotor bevat vaak consensusmotieven zoals de TATA-box (bij eukaryoten).
Regulator- of regulatiegenen: Regulatiegenen coderen voor regulatorische proteïnen, zoals repressoren of activatoren, die de transcriptie van doelwitgenen kunnen remmen of stimuleren. Ze coderen niet voor structurele proteïnen, maar voor proteïnen die op transcriptieniveau als schakel dienen en reageren op inwendige of uitwendige signalen.
Formules en berekeningen
Bij de regulatie van transcriptie worden geen standaard wiskundige vergelijkingen gebruikt, maar het conceptuele schema is: - Transcriptie mogelijk als: RNA-polymerase + (nodige) transcriptiefactoren kunnen promotor bereiken en binden. - Transcriptie geblokkeerd als: Repressor of negatieve regulator het bindingsgebied van RNA-polymerase ontoegankelijk maakt.
Praktijkvoorbeelden
Samenwerking promotor en regulatorgen in prokaryoten: Het lac-operon in Escherichia coli bestaat uit een promotor, operator, structuurgenen en een losgekoppeld regulatiegen (lacI). Het lacI-gen produceert de lac-repressor die kan binden op de operator, vlak naast of overlappend met de promotor, wat voorkomt dat RNA-polymerase efficiënt kan starten aan transcriptie.
Effect van mutant promotor: Indien puntmutaties het consensusmotief in de promotor verstoren (bijvoorbeeld mutatie in de -10 of -35 regio bij prokaryoten), wordt de binding van RNA-polymerase ernstig verzwakt of zelfs onmogelijk, waardoor er nagenoeg geen transcriptie plaatsvindt, onafhankelijk van de aanwezigheid van regulatorische proteïnen.
Veel gemaakte fouten
Verwisselen van het begrip promotor en operator: de promotor is de bindingplaats van het polymerase, terwijl de operator de herkenningsplaats voor regulatorische eiwitten (zoals repressoren) is.
Onterecht veronderstellen dat enkel structuurgenen onder invloed staan van regulatiegenen, terwijl ook promotorregio’s en niet-coderende DNA-regio’s belangrijke regulatorische informatie bevatten.
Blok 3: Genregulatie bij prokaryoten – basis en bouw van een operon
Definitie
Een operon is een functionele expressie-eenheid, typerend voor prokaryoten, bestaande uit:
Een promotor: startpunt voor RNA-polymerase
Een operator: DNA-regio waarop repressoren kunnen binden
Eén of meerdere structuurgenen: functioneel verwante genen die tegelijk worden getranscribeerd
Het regulatiegen, dat codeert voor de repressor, ligt meestal apart van het operon en bezit een eigen promotor.
Belangrijke concepten
Monocistronisch versus polycistronisch: In een operon liggen meer dan één structuurgen in één transcriptie-eenheid, zodat bij activatie een polycistronisch mRNA ontstaat met informatie voor meerdere eiwitten.
Operator als schakelaar: De operator bepaalt door de binding van een repressor of het downstream gencluster volledig aan- of uitgeschakeld wordt. De aanwezigheid van een repressor op de operator inhibeert het doorkomen van RNA-polymerase, wat resulteert in afwezigheid van mRNA-transcriptie.
Losse ligging regulatorgen: Repressor-eiwitten worden geproduceerd door aparte regulatorgenen die elders op het genoom kunnen liggen en onafhankelijk van het operon tot expressie komen.
Formules en berekeningen
Geen klassieke formules; de regulatie is binair en conditioneel: - Initiatie transcriptie: alleen als operator NIET door repressor bezet is - Geen transcriptie: zodra repressor aan operator is gebonden
Praktijkvoorbeelden
Ara-operon: In het arabinose operon komt de AraC-proteïne voor. In afwezigheid van arabinose bindt AraC aan de operator en zorgt, door DNA-lussen te maken, voor repressie van de transcriptie. In aanwezigheid van arabinose verandert AraC van conformatie, laat het operator los en wordt transcriptie toegelaten.
Mutant repressor: Indien het regulatorgen codeert voor een niet-functionele repressor, is de operator altijd vrij. Dit resulteert in constitutieve expressie van de structuurgenen, ongeacht het aanwezige substraat of effectormolecuul, wat leidt tot inefficiënt energiegebruik.
Veel gemaakte fouten
Aannemen dat het regulatorgen deel uitmaakt van het operon; in werkelijkheid is het in vrijwel alle gevallen gescheiden en onafhankelijk gereguleerd.
Onjuist suggereren dat elk structureel gen een eigen operator bezit; binnen een operon delen alle betrokken structuurgenen meestal één operator.
Blok 4: Voorbeeld – Lac-operon (prokaryoten)
Definitie
Het lac-operon van Escherichia coli bevat drie structuurgenen (lacZ, lacY, lacA) die betrokken zijn bij de afbraak en opname van lactose. De regulatie wordt gecontroleerd via een repressorsysteem én een activatorsysteem dat afhankelijk is van het cAMP/CAP-complex.
Belangrijke concepten
Repressor en operator: De lac-repressor, gecodeerd door lacI, bindt aan de operator en blokkeert transcriptie. Lactose (of allolactose) fungeert als inductor door de repressor van de operator te verwijderen.
Positieve regulatie door CAP: Cataboliet Activator Protein (CAP), in complex met cyclisch AMP (cAMP), bindt boven de promotor bij lage glucoseconcentratie en bevordert de rekrutering van RNA-polymerase.
Formules en berekeningen
Het systeem van cAMP/CAP volgt de condities: - Zonder cAMP (hoge glucose): CAP kan niet binden → transcriptie van lac-operon blijft minimaal, ook indien lactose aanwezig is. - Met cAMP (lage glucose): CAP-cAMP-complex bindt aan promotor → activatie van transcriptie lacZ, lacY, lacA mits operator niet door de repressor bezet.
Praktijkvoorbeelden
Lage glucose, hoge lactose: - Glucoseconcentratie daalt, intracellulair cAMP stijgt. - cAMP bindt aan CAP; CAP-cAMP bindt aan promotor. - Lactose bindt aan repressor, die van operator loslaat. - RNA-polymerase, geholpen door CAP-cAMP, begint aan zeer efficiënte transcriptie van lacZ, lacY en lacA. - Resultaat: enzymen voor lactoseafbraak worden geproduceerd.
Hoge glucose, afwezigheid lactose: - Glucose aanwezig, cAMP laag, CAP is inactief. - Repressor blijft gebonden aan operator. - RNA-polymerase kan niet beginnen; geen transcriptie van lac-operon-genen.
Veel gemaakte fouten
Vergeten dat activatie door cAMP/CAP alleen relevant is wanneer glucoseconcentratie laag is; bij hoge glucose is het systeem ongevoelig voor lactose.
Het idee dat in aanwezigheid van lactose altijd volledige transcriptie plaatsvindt — dit is slechts het geval bij simultaneously lage glucosespiegels.
Blok 5: Voorbeeld – Trp-operon (prokaryoten)
Definitie
Het trp-operon van Escherichia coli regelt de biosynthese van het aminozuur tryptofaan middels negatieve terugkoppeling. De structuurgenen zijn trpE, trpD, trpC, trpB en trpA.
Belangrijke concepten
Negatieve feedback: Hoge intracellulaire tryptofaanspiegels activeren de trp-repressor, die zich bindt op de operator en transcriptie van de tryptofaansynthese-enzymen stillegt.
Repressor als sensor: De trp-repressor is alleen actief als het het co-repressor-molecuul tryptofaan gebonden heeft.
Formules en berekeningen
Conditionele uitkomst: - Tryptofaan aanwezig: → bindt operator → blokkeert RNA-polymerase → geen transcriptie van trpE, trpD, trpC, trpB, trpA. - Tryptofaan afwezig: → geen binding operator → RNA-polymerase kan transcriptie uitvoeren → aanmaak tryptofaanbiosynthese-enzymen.
Praktijkvoorbeelden
Aanzetten van het trp-operon bij tryptofaanuitputting: Tijdens snelle groei daalt de tryptofaanspiegel. De trp-repressor ontdoet zich van zijn co-repressor, komt los van de operator, en RNA-polymerase kan ongehinderd de volledige trp-structuurgenen transcriberen. Hierdoor wordt via enzymatische routes nieuw tryptofaan gesynthetiseerd.
Uitschakelen bij overmaat aan tryptofaan: Accumulatie van tryptofaan zorgt ervoor dat een groot deel aan trp-repressoren gebonden raakt, waardoor deze in staat zijn aan de operator te binden en het operon volledig uit te schakelen. Dit verhindert overproductie van het aminozuur en minimaliseert onnodig gebruik van cellulaire energie.
Veel gemaakte fouten
Veronderstellen dat de trp-repressor zonder tryptofaan actief is; in realiteit is binding aan tryptofaan essentieel voor repressoractiviteit.
Niet onderkennen dat transcriptie bij negatieve regulatie continu staat uitgeschakeld zonder de juiste co-factoren.
Blok 6: Genregulatie bij eukaryoten – algemeen overzicht en celdifferentiatie
Definitie
Bij eukaryoten is genregulatie complexer dan bij prokaryoten. Regulatie is minder gericht op onmiddellijke respons op externe factoren, maar vooral op het tot expressie brengen van genensets die de identiteit van een celtype en differentiatiestatus bepalen.
Belangrijke concepten
Celspecifieke genexpressie: In multicellulaire organismen worden bepaalde genen uitsluitend in bepaalde celtypes geactiveerd via streng gereguleerde transcriptiemechanismen; zo wordt celdiversiteit gerealiseerd.
Homeostase: Eukaryoten kunnen intern evenwicht handhaven (homeostase), waardoor acute regulatie van genexpressie zelden nodig is. Genregulatie stuurt langetermijnprocessen zoals groei, ontwikkeling en differentiatie.
Voorbeeld insulineproductie: Enkel ß-cellen van de eilandjes van Langerhans in de pancreas brengen het insulinegen tot expressie dankzij celspecifiek geactiveerde transcriptiefactoren.
Formules en berekeningen
Geen directe formules, maar enkel genregulatie als resultaat van complexe interacties tussen regulatorische proteïnen, DNA-sequenties en epigenetische modificaties.
Praktijkvoorbeelden
Celdifferentiatie in het embryo: Tijdens embryonale ontwikkeling activeert een cascade aan transcriptiefactoren specifieke genensets, bijvoorbeeld in myoblasten de transcriptiefactor myogenine, die alleen spiergenen aanzet. Hierdoor ontstaan gespecialiseerde spiercellen.
Celspecifieke expressie van receptoren: Het olfactorisch systeem kenmerkt zich door verschillende neuronen die elk een ander geur-receptorgen actief hebben, strikt onder transcriptiecontrole, wat zorgt voor geurdiscriminatie.
Veel gemaakte fouten
Overgeneraliseren van prokaryotische genregulatie naar eukaryoten; operons komen niet voor bij eukaryoten.
Verwarren van homeostatische processen met snelle, acute genregulatie, die in eukaryoten slechts een marginale rol speelt.
Blok 7: Transcriptiefactoren bij eukaryoten
Definitie
Transcriptiefactoren zijn eiwitten die specifieke DNA-sequenties herkennen en binden om de transcriptie van naburige genen te reguleren. Zij vormen cruciale onderdelen van het transcriptieapparaat in eukaryoten, werken via het rekruteren en stabiliseren van RNA-polymerase op de promotor en orchestreren complexe regulatienetwerken.
Belangrijke concepten
Algemene transcriptiefactoren: Dit zijn transcriptiefactoren noodzakelijk voor elk gen dat door RNA-polymerase II getranscribeerd wordt. Ze binden aan de kernpromotor en de startsequentie, waardoor ze RNA-polymerase rekruteren en het initiatiecomplex vormen. Enkele primordiale factoren zijn TFIID (herkent TATA-box), TFIIA, TFIIB, TFIIE, TFIIF, TFIIH.
Initiatiecomplex: Een groot, multimoleculair complex dat bestaat uit algemene transcriptiefactoren, RNA-polymerase II en soms ook specifieke transcriptiefactoren. De vorming van het initiatiecomplex is benodigd voor het beginnen van basale transcriptie.
Specifieke transcriptiefactoren: Zijn vaak weefsel- of stimulus-specifiek en zorgen voor modulatie van het transcriptieniveau boven het basale niveau. Ze bestaan typisch uit twee functionele domeinen: - *DNA-bindend domein*: herkent specifieke motieven op de DNA-helix, zoals enhancers of silencers, die vaak duizenden basenparen van de promotor afliggen. - *Activerend domein*: interageert met onderdelen van het initiatiecomplex of met ‘co-activatoren’ om het transcriptieniveau te verhogen. Ze kunnen ook repressief werken (silencers), bijvoorbeeld door rekrutering van histondeacetylasen.
Enhancers en silencers: Enhancers zijn distale DNA-elementen waaraan activator-eiwitten binden, die door DNA-lusvorming direct contact maken met het initiatiecomplex, wat de transcriptie van een doelwitgen kan versterken. Silencers werken analoog maar onderdrukken transcriptie.
Formules en berekeningen
Geen numerieke formule, maar het onderliggende mechanisme kan als volgt worden geschetst: waarbij alleen in aanwezigheid van het volledige initiatiecomplex, én bijkomende input van specifieke transcriptiefactoren, een hoog transcriptieniveau wordt gehaald.
Praktijkvoorbeelden
Genactivering via enhancer op afstand: Het immunoglobuline-gen bevat een enhancer op 1000 basenparen afstand van de promotor. Activator-eiwitten binden aan de enhancer, waarna via mediator-complexen en DNA-lussen het initiatiecomplex aan de promotor gestabiliseerd wordt, wat leidt tot hoge transcriptie van het gen.
Weefsel-specifieke transcriptiefactor MyoD: In spiercellen activeert MyoD diverse spiergenen via binding op hun promotors en enhancers. In niet-spiercellen zijn deze spiergenen inactief door afwezigheid van MyoD.
Veel gemaakte fouten
Verwarring van algemene transcriptiefactoren met specifieke transcriptiefactoren; enkel de laatste zijn verantwoordelijk voor verhoogde of celspecifieke expressie.
Veronderstelling dat enhancers altijd vlakbij de promotor liggen; in werkelijkheid werken ze vaak op grote afstand door DNA-lusvorming.
Blok 8: Voorbeelden van genregulatiemechanismen bij eukaryoten
Definitie
Regulatie van eukaryote genexpressie is het resultaat van een gecoördineerde samenwerking tussen distale DNA-elementen (enhancers, silencers), transcriptiefactoren, DNA-buigend eiwit en mediator-eiwitten.
Belangrijke concepten
DNA-buigend eiwit: Door binding van een DNA-buigend eiwit, kunnen distale enhancers fysiek in contact worden gebracht met het initiatiecomplex nabij de promotor. Dit proces vereist de ruimtelijke reorganisatie van het chromatine.
Mediator-eiwitten: Werken als moleculaire brug tussen specifieke transcriptiefactoren op de enhancer en het initiatiecomplex bij de promotor. Dit stelt het RNA-polymerase in staat efficiënt transcriptie te starten.
Formules en berekeningen
Er is sprake van een multi-input-regulatie: Pas wanneer alles correct samenwerkt wordt een hoog transcriptieniveau bereikt.
Praktijkvoorbeelden
Gen A: Een distal enhancer (+10 kbp van de promotor) bindt activator eiwitten A1 en A2. Een DNA-buigend eiwit brengt de enhancer in fysieke nabijheid van de promotor. Het activator-complex rekruteert het mediator-complex, wat op zijn beurt het initiatiecomplex bij de promotor stabiliseert. RNA-polymerase II wordt efficiënt gerekruteerd, de transcriptie van Gen A verloopt op hoog niveau.
Gen B: Een silencer bevindt zich downstream van de promotor van Gen B. Hierop binden specifieke repressoren, waardoor door interactie met co-repressoren de assemblage van het initiatiecomplex wordt verhinderd. Transcriptionele output van Gen B is hierdoor sterk gereduceerd of afwezig.
Veel gemaakte fouten
Denken dat een enkele activator alle stimulatie verzorgt; hoge transcriptieniveaus vereisen combinatie van diverse activators en mediator-eiwitten.
Aannemen dat enhancer-effect onafhankelijk is van chromatinetoestand; compact chromatine voorkomt alsnog contact tussen enhancer en promotor.
Blok 9: Vereiste samenwerking transcriptiefactoren en flexibiliteit genregulatie
Het bereiken van hoge transcriptieniveaus is alleen mogelijk wanneer algemene transcriptiefactoren en specifieke transcriptiefactoren gelijktijdig op de juiste tijd en plaats samenwerken in één geïntegreerd complex. Door de hoge mate van modulariteit en interactie tussen deze regulatoren ontstaat een flexibel systeem waarmee eukaryote cellen snel en nauwkeurig kunnen inspelen op combinaties van intracellulaire en extracellulaire signalen. Hierdoor kunnen cellen uiterst specifiek differentiatieprocessen, groeireacties en stressantwoorden reguleren.
Blok 10: Genenbatterijmodel van Britten & Davidson
Definitie
Het genenbatterijmodel, ontwikkeld door Britten & Davidson, beschrijft de complexe hiërarchische structuur van eukaryote genregulatie in vier typen genen:
Sensorgen: reageert direct op een signaal (zoals een hormoon) en produceert een regulatorisch eiwit.
Integratorgen: werkt als signaalverwerker, ontvangt input van sensor-geneiwitten, verwerkt deze en produceert een tweede regulatorisch eiwit.
Receptor- of receptorgen: functioneel analoog aan de prokaryote operator, ontvangt signalen van integratorproduct en bepaalt of downstreame structuurgenen worden geactiveerd.
Structuurgenen: coderen uiteindelijk voor het eindproduct (enzym, receptor, structureel eiwit).
Werkingsvolgorde
Activatie sensorgen: Signaaleiwit (hormoon) bindt aan de promotor of regulatorische sequentie van het sensorgen.
Genproduct sensorgen: Sensor-eiwit wordt vertaald en beïnvloedt het integratorgen.
Genproduct integratorgen: Integrator-eiwit werkt in op de receptor- of receptorgen, waardoor het receptorgen actief wordt.
Regulatie structuurgenen: Receptorgenproduct activeert transcriptie van structuurgenen.
Productie eindproduct: Eindproduct (functioneel eiwit of enzym) wordt gesynthetiseerd, effect treedt op in de cel.
Kenmerken
Geen operonstructuur; elk gen bezit eigen promotor en regulatorisch DNA.
Het systeem is sterk modulair, laat celspecifieke reacties toe en kan gesignaleerd worden door uiteenlopende stimuli.
Genen zijn standaard inactief, activatie vindt slechts plaats bij adequate stimulatie van de sensorgen, waarna de cascade in gang wordt gezet.
Hormonen werken via integratorgenen om doelwitgenen indirect te activeren.
Praktijkvoorbeelden
Hormoonstimulerende cascade: Het binding van schildklierhormoon aan een cel leidt via activatie van een sensorgen tot expressie van een reeks integratorgenen, die bij differentiërende cellen de structuurgenen voor specifieke enzymen activeert.
Multistappencascade in ontwikkeling: In de embryonale ontwikkeling van Drosophila sturen sensorgenen een kettingreactie die via integratorgenen en receptorgenen zorgt voor precise differentiatie van lichaamssegmenten.
Veel gemaakte fouten
Vergissen van het genenbatterijmodel met een eenvoudig aan-uit regulatiemechanisme; in werkelijkheid bestaat er een gelaagde, feedbackrijke signaalverwerking.
Denken dat één enkele transcriptiefactor (bijvoorbeeld integratorproduct) voor absolute en directe activatie van alle downstream genen zorgt; vaak zijn meerdere regulatoren tegelijkertijd nodig.
Blok 11: Genregulatie op het niveau van DNA en chromatine
Definitie
Naast proteïne-gemedieerde regulatie kan genexpressie epigenetisch worden gecontroleerd via DNA-methylering en modificatie van histon-eiwitten.
Belangrijke concepten
DNA-methylering: Toevoeging van een methylgroep (-CH₃) aan het cytosine in een CpG-dinucleotide in het DNA heeft een inactiverend effect; gemethyleerde regio’s zijn niet toegankelijk voor transcriptiefactoren en RNA-polymerase, wat de transcriptie blokkeert. Demethylering heractiveert het gen.
Histonmodificatie: Chemische modificaties aan histonen – zoals acetylatie, methylatie, ubiquitinatie – veranderen de compactheid waarmee DNA rond histonen is gewonden: - *Strakker opgewonden chromatine* (heterochromatine) verhindert toegang van transcriptioneel apparaat, waardoor transcriptie wordt geremd. - *Losser opgewonden chromatine* (euchromatine) faciliteert binding transcriptiefactoren en polymerasen, wat transcriptie vergemakkelijkt.
Praktijkvoorbeelden
X-chromosoom-inactivatie: In vrouwelijke zoogdiercellen wordt één X-chromosoom sterk gemethyleerd en geassocieerd met specifieke histonmodificaties, waardoor het geïnactiveerd wordt en niet getranscribeerd kan worden.
Celgeheugen: Tijdens differentiatie opgeslagen patronen van histonmodificatie en DNA-methylering leggen vast welke genen structureel aan of uit staan, waardoor dochtercellen na celdeling hun differentiatietoestand behouden.
Samenvatting
Genregulatie zorgt voor een precieze en contextspecifieke expressie van genen in zowel prokaryoten als eukaryoten. Bij prokaryoten gebeurt dit via operons, waar repressoren en activatoren directe invloed hebben op transcriptie van genclusters (zoals het lac- en trp-operon). In eukaryoten is de regulatie gelaagd en modulair, met centrale rollen voor transcriptiefactoren (algemeen en specifiek), distale regulatie-elementen (enhancers, silencers) en epigenetische modificaties zoals DNA-methylering en histonmodificatie. Het genenbatterijmodel van Britten & Davidson beschrijft deze hiërarchie van gencontrole. De synergetische samenwerking van transcriptiefactoren maakt een dynamische, flexibele respons op interne en externe signalen mogelijk, cruciaal voor celdifferentiatie en specialisatie. Epigenetische mechanismen verzekeren blijvende celspecifieke genexpressie doorheen delingen.
Oefenvragen
1. Beschrijf het effect van een mutatie die de operator van het lac-operon onherkenbaar maakt voor de lac-repressor. Leg uit wat dit betekent voor de expressie van lacZ, lacY en lacA, onafhankelijk van lactose-aanwezigheid. *Antwoord*: Een operator die niet langer door de lac-repressor herkend kan worden, betekent dat de repressor het lac-operon niet kan blokkeren. Hierdoor is het operon constitutief actief; lacZ, lacY en lacA worden continu tot expressie gebracht, onafhankelijk van de aanwezigheid van lactose. Dit leidt tot verspilling van energie en substraat door de aanmaak van onnodige enzymen onder omstandigheden waar lactose ontbreekt. 2. Leg uit hoe het trp-operon negatieve terugkoppeling toepast en welke moleculaire spelers daarin de centrale rol spelen. *Antwoord*: Het trp-operon gebruikt negatieve feedback door de levels van tryptofaan te monitoren. Als tryptofaan abundant is, bindt het als co-repressor aan de trp-repressor. Deze actieve repressor hecht zich aan de operator, waardoor RNA-polymerase de trp-structuurgenen niet kan transcriberen; de enzymen voor tryptofaansynthese worden niet aangemaakt. Als tryptofaan schaars is, verliest de repressor zijn co-repressor en dissocieert, waardoor genexpressie opnieuw toelaatbaar wordt. 3. Bespreek het belang van zowel enhancer- als silencer-elementen bij de precisie van genregulatie in eukaryoten en geef een voorbeeld van elk. *Antwoord*: Enhancer-elementen versterken de transcriptie van doelwitgenen soms op grote afstand via activator-eiwitten en DNA-lusvorming (bijvoorbeeld het immunoglobuline-gen). Silencer-elementen remmen transcriptie door repressoren te rekruteren die het initiatiecomplex verhinderen te vormen (bijvoorbeeld silencers die zorgen voor weefselspecifieke onderdrukking van neuronale genen in niet-neuronale cellen). Beide zorgen samen voor nauwkeurige, contextafhankelijke genexpressie. 4. Leg het verschil uit tussen prokaryoten en eukaryoten met betrekking tot genregulatoire organisatie en hun vermogen tot celdifferentiatie. *Antwoord*: Prokaryoten benutten operons, waarbij meerdere samenhangende genen onder invloed van gemeenschappelijke regulatorische elementen gezamenlijk gereguleerd worden. Eukaryoten hebben geen operons; elk gen heeft eigen regulatorische sequenties, en complexere hiërarchische netwerken (inclusief transcriptiefactoren, enhancers, silencers) die het mogelijk maken selectieve genexpressiepatronen te realiseren, essentieel voor celdifferentiatie, waardoor honderden celtypes kunnen ontstaan. 5. Een genetische modificatie verhoogt massaal de expressie van een histonacetyltransferase in cellen. Wat is het verwachte effect op genexpressie, en waarom? *Antwoord*: Het overexpressie van histonacetyltransferase zal leiden tot meer acetylgroepmodificaties op histonen, waardoor chromatine minder compact wordt ("open" chromatine). Dit geeft meer toegang tot DNA voor transcriptiefactoren en RNA-polymerase, resulterend in verhoogde transcriptie van vele genen. Er zal dus een algemene toename van genexpressie zijn, behalve bij genen die additioneel onderdrukt worden door andere mechanismen.