Promotie A. Gritsenko: eiwitten

22 maart 2017 | 15:00
plaats: Aula, TU Delft
door Webredactie

Data-driven modelling of protein synthesis. A sequence perspective. Promotor 1: Prof.dr.ir. M.J.T. Reinders (EWI), Promotor 2: Prof.dr.ir. D. de Ridder (U-Wageningen).

Recente ontwikkelingen in de genetische modificatie en in het aflezen en synthetiseren van DNA hebben het mogelijk gemaakt om gekozen sequenties in levende cellen te introduceren. Dit levert spannende mogelijkheden op voor de industriële biotechnologie, die tot doel heeft micro-organismen te gebruiken om voeding, dranken, geneesmiddelen en stoffen voor de fijn- en bulkchemie op duurzame wijze te produceren.  Biotechnologen beogen dit vaak te bereiken door micro-organismen genetisch te modificeren, om nieuwe productiepaden te introduceren op basis van genen die in andere stammen of species zijn gevonden. Een gedetailleerd begrip van de regulering van genexpressie ontbreekt echter nog, in het bijzonder waar het gaat om translatie, en dus zijn we nog ver verwijderd van het schrijven van DNA zodanig dat we eiwitten op gewenste niveaus kunnen produceren.

De tweede generatie van de technologie om DNA af te lezen heeft het makkelijk en betaalbaar gemaakt om genomen van industrieel interessante micro-organismen te reconstrueren en daarmee betere referentiesequenties te krijgen voor genetische modificatie. Technologische beperkingen zorgen er echter voor dat genomen slechts in een aantal delen kunnen worden afgelezen, zodat er nog zogenaamde scaffolding (“steigerbouw”) plaats moet vinden om sequenties van genoom-lengte te reconstrueren. Wij stellen een methode voor om de scaffolding van een genoom te verbeteren door heterogene informatiebronnen over contiguïteit te integreren. Deze methode verbetert de kwaliteit van genoomreconstructies, ten koste van een klein aantal additionele fouten.

Het gemak en de betaalbaarheid waarmee DNA kan worden afgelezen heeft ook geleid tot de ontwikkeling van een aantal biologische analyses die hier gebruik van maken, waaronder ribosoomprofilering (ribosome profiling). Deze analyse maakt het mogelijk om het proces van eiwitsynthese in ongekend detail te bestuderen, door de posities van actief translerende ribosomen te meten in duizenden levende cellen. We gebruiken deze meetgegevens om data-gedreven modellen van eiwitsynthese in Saccharomyces cerevisiae te ontwikkelen. Een relatief eenvoudig model is gebruikt om genen te herontwerpen voor heterologe expressie; een tweede, meer complex model gaf inzicht in het proces van translatie zelf. Ons model suggereert dat eiwitsynthese gelimiteerd wordt in de initiatiefase, en dat translatiesnelheden van codons niet alleen worden bepaald door tRNA niveaus, maar ook afhankelijk lijken van de sequentiecontext van de codons.

Tenslotte maakt de combinatie van DNA synthese en aflezen het mogelijk om metingen op grote schaal in vivo uit te voeren, om het effect van door een gebruiker ontworpen sequenties te meten. Deze aanpak hebben we gebruikt om initiatie van translatie in zogenaamde Internal Ribosome Entry Sites (IRESs) te bestuderen. We vonden korte stukken sequentie die IRES activiteit in mensen en virussen voorspellen, en kregen inzicht in het effect van de sequentie, aantal en positie van IRES elementen op hun activiteit. We stellen een globale architectuur voor van virale en cellulaire IRES elementen, en geven een mechanistische verklaring voor het verschil tussen IRES architecturen in verschillende virustypes.

Meer informatie?
Voor inzage in proefschriften van de promovendi kunt u kijken in de TU Delft Repository, de digitale vindplaats van openbare publicaties van de TU Delft. Proefschriften zullen binnen een paar weken na de desbetreffende promotie in de Repository te vinden zijn.

© 2017 TU Delft

Metamenu