TENTAMEN Moleculaire Cel Biologie (8A840) Prof. Dr. Ir. L. Brunsveld & Dr. M. Merkx 27-01-2012 14:00 – 17:00 (totaal 100 punten) 6 opgaven in totaal + 1 bonusvraag! (aangegeven tijd is indicatie) Gebruik geen rode pen!
1 (~20 minuten; 20 punten) Als drager van genetische informatie is het belangrijk dat bij DNA replicatie weinig fouten worden gemaakt. De frequentie waarmee een verkeerde base wordt ingebouwd is dan ook zeer laag, 1:10 9. a. Waarom is het belangrijk dat deze frequentie zo laag is? Wat zou er gebeuren als deze frequentie nog veel lager is dan 1:10 9? b. Noem 3 processen die er samen voor zorgen dat DNA replicatie zo nauwkeurig is.
Behalve het vermijden van fouten tijdens DNA replicatie, is het ook belangrijk dat schade aan het DNA na replicatie (bijvoorbeeld door UV-licht) gerepareerd wordt. c. Leg uit wat voor soort DNA schade bij ‘base excision repair’ wordt gerepareerd en leg uit hoe dit werkt. d. Welke 2 manieren van reparatie van DNA dubbelstrengs breuken kent u? Welke van deze methodes is het nauwkeurigst en waarom? e. Vergelijking van aminozuursequenties van een bepaald eiwit tussen verschillende organismen zou een manier kunnen zijn om de mutatiesnelheid te bepalen en/of om te bepalen wanneer 2 soorten in de evolutie zijn ontstaan. Geef 2 redenen waarom deze methode de werkelijke mutatiesnelheid op DNA niveau onderschat.
2 (~30 minuten; 25 punten) In een eukaryotische cel kan het proces van DNA tot actief eiwit tijdens elke stap gereguleerd worden. a. Zet de volgende controleprocessen in de juiste volgorde. Begin daarbij bij DNA en eindig bij functioneel eiwit. 1. eiwit acitiviteit controle 2. RNA processering controle 3. RNA transport en localizatie controle 4. transcriptie controle 5. translationele controle b. Van welke van bovenstaande processen verwacht u dat deze niet in bacteriën voorkomen? Leg uit. DNA-bindende eiwitten (zoals transcriptiefactoren) herkennen de specifieke baseparen CG, GC, AT en TA in de DNA dubbel helix, zonder de waterstofbruggen, welke de basen bij elkaar houden, te verbreken. c. Legt u uit waar transcriptiefactoren aan het DNA binden en hoe ze dat moleculair doen. Gaat u daarbij in op welke secundaire interacties (hydrofobe interacties, elektrostatische interacties en waterstofbruggen) daarbij een rol spelen. Geef tevens aan welke van deze secundaire interacties tot specifieke herkenning leidt en welke voor een meer algemene verhoging van affiniteit verantwoordelijk is. d. Vaak bevatten gen-regulerende eiwitten 2 DNA herkenningsmotieven, welke tegelijkertijd aan naast elkaar gelegen DNA sequenties binden. Geeft u 2 voordelen van het dimeriseren van 2 DNA bindingselementen in 1 DNA bindend eiwit. Voor de initiatie van transcriptie in eukaryoten moet er een heel complex van vele eiwitten geassembleerd worden. Een eerste stap hierbij is veranderen van de chromatine structuur om transcriptie te kunnen activeren. e. Beschrijf de rol van nucleaire receptoren (ook wel kern receptoren genoemd) in dit proces. f. Geef twee voorbeelden van chromatine modificaties welke gen transcriptie kunnen faciliteren.
3 (~20 minuten; 15 punten) Calcium ionen spelen een belangrijke rol in intracellulaire signaaltransductie. Om meer te weten te komen over het mechanisme van calcium signalling zijn er recent varianten van Green Fluorescent Protein (GFP) ontwikkeld die kunnen worden gebruikt als calcium sensor. Deze varianten laten een sterke toename in fluorescentie zien in aanwezigheid van calcium. a. Waar verwacht u dat deze sensor in de cel terechtkomt als er geen specifieke signaalsequentie wordt toegevoegd. De sensor heeft een molecuulgewicht van 25 kDa. b. Wat moet u doen om ervoor te zorgen dat de sensor exclusief in de nucleus terechtkomt? c. Wat moet u doen om ervoor te zorgen dat de sensor in de extracellulaire matrix terecht komt? d. Beschrijf in detail het proces van de synthese en transport van het calcium sensor eiwit dat in de extracellulaire matrix terecht komt?
4 (~20 minuten; 15 punten) Smiley1 is een (hypothetisch) gen dat zorgt voor een goed opgewekt humeur bij het opstaan. Het gen is inactief in mensen met een ochtendhumeur. Vergelijking van het mRNA van mensen met een ochtendhumeur uit eenzelfde familie met een controle groep van mensen zonder ochtendhumeur laat zien dat mRNA van de eerste groep een stuk van 173 bp mist. De DNA sequenties van het Smiley1 gen van mensen met en zonder ochtendhumeur verschilt maar op 1 positie. Het gaat om een substitutie in een intron sequentie. a. Leg uit hoe een mutatie van een base in een intron ervoor kan zorgen dat er een stuk van 173 bp op mRNA niveau mist. b. Wat is het gevolg voor het Smiley eiwit dat wordt gecodeerd door dit verkorte stuk mRNA? Kunt u iets zeggen over de grootte van het mutant Smiley eiwit ten opzichte van het normale Smiley eiwit? c. Het niet-functionele Smiley eiwit blijkt in de cel ook niet goed te vouwen. Waarom is het gevaarlijk voor de cel als de concentratie van niet goed gevouwen eiwitten te hoog wordt? d. Beschrijf het proces dat ervoor zorgt dat niet goed gevouwen eiwitten worden verwijderd.
5 (~20 minuten; 15 punten)
Overexpressie van het Myc eiwit (zie figuur) komt veel voor in vele typen kankercellen en draagt bij aan excessieve celgroei en -proliferatie. a. Leg uit hoe waarom Myc overexpressie bijdraagt aan kankercelproliferatie. b. Is Myc overexpressie als enige factor voldoende om tot ongecontroleerde celgroei en proliferatie te leiden? Leg uit. c. Wat voor eiwit is G1-Cdk en hoe wordt G1-Cdk geactiveerd? Leg dit uit op moleculair niveau. Wat is de rol van G1-Cdk in het proces aangegeven in de figuur?
Het eiwit Ras kan in twee vormen voorkomen, actief en inactief, afhankelijk van de aan- of afwezigheid van extracellulaire signalen. d. Wat is het moleculaire verschil tussen de actieve en inactieve toestand van Ras? Hoe worden deze twee verschillende toestanden bereikt? (Met andere woorden, hoe worden de moleculaire verschillen tussen de inactieve en actieve toestand van Ras, en vice versa, teweeg gebracht?)
6 (~15 minuten; 10 punten)
Cytotoxische T-cellen (Tc) induceren celdood bij geïnfecteerde (bijvoorbeeld met bacterie of virus) cellen van het organisme. a. Hoe kunnen cytotoxische T-cellen geïnfecteerde cellen herkennen? Beschrijft kort / schematisch welke componenten zowel de T c cel als de geïnfecteerde cel hiervoor bevat. Na herkenning van de geïnfecteerde cel kunnen T c cellen op twee verschillende manieren (perforine afhankelijk en Fas afhankelijk) apoptose induceren bij de geïnfecteerde cel. In beide gevallen leidt dit tot de activatie van een klasse van eiwitten welke als uitvoerders (executioners) van de apoptose fungeren. b.
Hoe heet deze klasse van eiwitten?
c. Wat gebeurt er uiteindelijk in de cel, waardoor de cel gecontroleerd dood gaat? Met andere woorden, waarin culmineert de apoptose signalerings cascade op moleculair niveau, zodat de cel dood gaat.
Bonusvraag (~10 minuten; 5 punten)
Nitroglycerine was de eerste synthetische drug op de markt (later vervangen door amylnitriet) en wordt als pilletje onder de tong voorgeschreven. a. Wat is het fysiologische effect van nitroglycerine en voor welke ziekte / storing wordt nitroglycerine gebruikt? b.
Wat is het actieve signaalmolecuul wat uit nitroglycerine gevormd wordt?
