Moleculaire celbiologie

Studiegidsnr:1001WETMOC
Vakgebied:Ingenieurswetenschappen
Academiejaar:2019-2020
Semester:2e semester
Inschrijvingsvereisten:Minimum 8/20 voor alle OO BA1 BIR en minimum 8/20 voor Biochemie
Contacturen:30
Studiepunten:3
Studiebelasting:84
Contractrestrictie(s):Niet te volgen onder examencontracten
Instructietaal:Nederlands
Examen:2e semester
Lesgever(s)Vincent Timmerman

Deze cursusinformatie is bedoeld om de student te ondersteunen bij het verwerken van de leerstof

3. Inhoud *

Taal waarin de cursus gedoceerd wordt : Nederlands (met Engelstalige nota’s en figuren), een aantal lessen worden in het Engels gegeven.

De cursus omvat 8 hoofdstukken gevolgd door voorbeelden uit recent onderzoek:

1. Analyse van genproducten in eukaryotische celsystemen: als inleiding geven we een overzicht van courante methoden voor transiënte en stabiele genexpressie. We bespreken methoden voor gentransfer in dierlijke en planten cellen in cultuur (calciumfosfaatprecipitatie, lipofectie, electroporatie, receptor gemedieerde endocytose, biolistics, bacteriële gentransfer, transductie door virus gemedieerde gentransfer, en micro-injectie). We geven voorbeelden van dierlijke en planten vectoren, celkulturen, kultuurmedia, selectietechnieken en reportergenen.

2. Post-transcriptionele controle van genexpressie en nucleair transport: we vergelijken mRNA processing in prokaryoten versus eukaryoten, we bespreken post-transcriptionele gencontrole en nuclear transport (moleculair celbiologische functie van het nucleair pore complex). Als toepassing leggen we "gene silencing" (RNA interferentie) en "gene editing" (CRISPR/Cas9 + Cas13) aan de hand van laboratorium voorbeelden.

3. Celcyclus en celcycluscontrole in de eukaryote cel: biochemische en genetische technieken, zoals recombinant DNA technologie, heeft toegelaten om de celcyclus te bestuderen in verschillende modelorganismen. Een vrij universeel mechanisme wordt gebruikt: cel replicatie wordt gereguleerd door de juiste timing van nucleaire DNA replicatie en celdeling. Proteïne kinasen reguleren eiwitten betrokken in DNA replicatie en celdeling door fosforylatie op verschillende regulatorische plaatsen (activatie of inhibitie). We bespreken de algemene regulatie en controle (checkpoints die ook relevant zijn in kanker) van de eukaryotische celcyclus aan de hand van concrete voorbeelden bij gist, plant en dier. 

4. Moleculaire mechanismen voor transport, secretie en endocytose: Kleine membraangebonden vesicles transporteren proteïnes van het ene organel naar het andere en zijn belangrijk voor secretoire en endocytotische “pathways”. We bespreken de moleculaire mechanismen voor vesiculaire “budding”, “docking” en “fusion”. Ook transport van andere moleculen en organellen wordt besproken. Genetische en biochemische technieken worden gebruikt om deze transportsystemen te bestuderen, zoals receptor-gemedieerde endocytose en synaptische vesicles, mitotracker, etc.

5. Signaaltransductie: de communicatie in een cel en tussen cellen verloopt via signaalmoleculen en receptoren. Deze communicatie wordt toegelicht aan de hand van de volgende stappen: synthese en vrijzetting van signaalmoleculen door de cel; transport van signalen naar de doelwitcel; binding van signalen aan een specifieke receptorproteïne en zijn activatie als gevolg; initiatie van één of meerdere intracellulaire signaaltransductie “pathways” door de geactiveerde receptor; specifieke veranderingen in cellulaire functie, metabolisme of ontwikkeling; en ten slotte verwijdering van het signaal resulterend in het beeindigen van de cellulaire respons. Een aantal voorbeelden worden besproken zoals: controle van genactivatie, invloed van secondaire boodschappers, GTPase switch proteïnes, proteïnekinasen en -fosfatasen, G-proteïne gekoppelde receptoren, en receptor-ligand complexen.  

6. Celdifferentiatie en -ontwikkeling: verschillen tussen cellen ontstaan wanneer twee identieke dochtercellen divergeren door het ontvangen van ontwikkelings- of omgevingssignalen. Twee dochtercellen kunnen ook verschillen vanaf hun oorsprong indien ze verschillende genetische kenmerken ontvangen van de parentale cel. We bespreken hoe verschillende celtypes worden gevormd, met de vorming van complexe cellijnen. We bespreken hoe stamcellen kunnen leiden tot gediffentieerde cellen en celtypes. Hierbij worden concrete voorbeelden gebruikt vanuit de kennis bij plant en dier (neurogenese en myogenese). We bespreken ook de geïnduceerde pluripotente stamcel (iPSC) technologie aan de hand van voorbeelden. 

7. Celdood en regulatie van celdood: Cellulaire interacties reguleren celdood volgens twee princiepes: 1) in multicellulaire organismen zijn signalen tussen cellen noodzakelijk om in leven te blijven. Bij afwezigheid van deze overlevingssignalen (trofische factoren) activeren cellen een “zelfdoding” programma, en 2) het immuun systeem zorgt voor het induceren van een “moord” progamma dat cellen doodt. Onderzoek heeft aangetoond dat celdood wordt gemedieerd door een gemeenschappelijk moleculair mechanisme. Volgende aspecten komen aan bod: geprogrammeerde celdood (apoptose), autofagie (en andere vormen), intracellulaire mechanismen resulterend in apoptose of trofische factoren die belangrijk zijn voor celoverleving, en hypersensitieve respons van plantencellen.

8. Moleculaire biologie van tumoren: Kanker ontstaat door het falen van het normale cellulair gedrag en beïnvloedt verschillende aspecten van de moleculaire biologie van de cel. Meestal ontstaan kankercellen uit stamcellen en andere prolifererende cellen. We bespreken een aantal mechanismen betrokken in het ontstaan van tumoren, zoals: invloed van genetische mutaties; oncogene receptoren en activatie van signaaltransductie proteïnes; invloed van transcriptiefactoren op het induceren van transformatie; verlies aan groei-inhibitie en celcyclus controle; de rol van carcinogenen en DNA herstel.