Tutorium AMB II
Genetik
Taufliege – ein Modellorganismus
Drosophila melanogaster 4 Chromosomenpaare (Weibchen: 3
Autosomenpaare + XX, Männchen: 3 A. + XY)
Versuchstier von Thomas Hunt Morgan
Was ist eine Rückkreuzung?
Kontrollversuch bei Kreuzungsexperiment Individuum mit unbekannten Genotyp (F1-
Generation) wird gekreuzt mit rezessiv homozygotem Individuum
Überprüfen ob das Individuum der F1-G. homozygot oder heterozygot ist
Was bedeutet Rekombinationsfrequenz? Prozentsatz der Rekombinanten in der
Tochtergeneration RF= Rekombinanten/ Gesamtzahl 1% RF = 1cM
Parentaltypen? Rekombinanten? Parentaltyp: Phänotyp entspricht einem
elterlichen Phänotyp Rekombinanten: Neukombination elterlicher
Merkmale
Kreuzung: grau + normal X schwarz + stummel
grau + normal/ schwarz + stummel= Parentaltypgrau + stummel/ schwarz + normal = Rekombinanten
Verschiedene Chromosomale Systeme zur Geschlechtsbestimmung
DiploidHaploidBienen, Ameisen
ZWZZVögel, Schmetterlinge
XXX0Heuschrecken, Heuschrecken, Grillen, Schaben Grillen, Schaben
XXXYSäugetiere
WeibchenMännchen
Chromosomenzahl-Mutation
Aneuploidie Ursache:
Nondisjunction (Chromosomen trennen sich nicht)
Monosomie (z.B. X0 = Turner Syndrom)
Trisomie (z.B. Trisomie 21 = Down Syndrom)
Euploidie/ Polyploidie z.B. Störung in der
Zellteilung (Chromosomensatz verdoppelt – Zelle nicht getrennt z.B. durch Colchizin)
Bedeutend für Landwirtschaft (z.B. Fragaria vesca= Diploid, Fragaria x ananassa= Octaploid)
Chromosomenstruktur-Mutation I
Deletion= Verlust eines Chromosomenabschnittes
oder eines einzelnen Nukleotids (z.B. Cri-du-Chat-Syndrom: Deletion an Chromosom 5)
Duplikation= Verdopplung von DNA-Sequenzen
Chromosomenstruktur-Mutation II
Inversion= Veränderung in den Chromosomen durch
die Umkehr der Reihenfolge der Gene
Translokation= Austausch von Chromosomenabschnitten
zwischen zwei oder mehreren Chromosomen (z.B: CML – chronische myelogene Leukämie zwischen Chromosom 9 und 22 – Aktivierung Onkogen)
Warum kommt Trisomie 21 häufiger vor als Trisomie von anderen Chromosomen (z.B. Trisomie 1, 2, 3...)?
Andere Trisomien führen zu so starken Beeinträchtigungen, dass die Embryonen oft frühzeitig absterben. Das liegt daran, dass Chromosom 21 das kleinste menschliche Chromosom ist und deshalb weniger Funktionen hat.
Imprinting
Imprinting
Bestimmte Gene werden in jeder Generation „markiert“. Diese Prägung ist verschieden, je nachdem ob sich die Gene in einem weiblichen oder männlichen Organsimus befinden. → die selben Allele werden in der Nachkommenschaft unterschiedlich exprimiert je nachdem ob sie aus einer Ei oder Spermazelle in die Zygote gelangen.
In der Folgegeneration werden der mütterliche und väterliche Stempelabdruck in den Gameten bildenden Zellen gelöscht. Alle Chromosomen werden entsprechend dem Geschlecht des Individuums, in dem sie sich befinden, neu geprägt.
Imprinting - Mechanismus
Erfolgt wahrscheinlich durch Methylierung der Cytosin Nukleotide. (Aktivierung oder Inaktivierung des Gens dadurch möglich)
Extrachromosomale Gene
in Mitochondrien oder Plastiden bzw Plasmide
Maternale Vererbung --> keine Mendelgenetik
Defekte in Mitos -->mitochondriale Myopathie (ATP Unterversorgung)
Defekte in Chloroplasten --> Panaschierte Blätter
In Einem Nucleosom ist die DNA gewunden um?
Polymerase Moleküle? Ribosomen? Histone? Nucleolus? Satelliten DNA?
Überblick: DNA-Verpackung DNA-Verpackung in Chromosomen:
Einzelstrang Doppelhelix Nucleosom Faser Chromatin Chromosom
DNA → NucleosomeDNA-Verpackung in Eukaryonten:
Doppelstranghelix auf Histonen zu Nucleosomen verpackt DNA wickelt sich auf einer Länge von ca. 140 bp um je einen
Histonkern Linker-Länge ca. 60 bp
Struktur eines Nucleosoms Histonkern ist Protein-Oktamer
aus 2 x H2A/H2B und 2 x H3/H4 Molekülen
DNA windet sich ca. 2 ½ um den Kern
bildet damit ein Nucleosom
H1 sitzt wie eine Schnalle auf dem DNA-Gürtel
Saure DNA und basischer Histonkern treten in Wechselwirkungen (Kern besteht aus vielen basischen Proteinen: viel Lysin und Arginin)
Repetitive DNA
Tandemartig repetitive DNA ( = Satelliten-DNA) : 10 bp pro Wiederholungseinheit Vorkommen: regulär an Telomeren und
Centrosomen; irregulär: z.B. bei Chorea Huntington (Triplett-Repeat-Krankheit; CAG)
Eingestreut repetitive DNA : Kopien sind sehr ähnlich,aber nicht identisch 100 bis 10 000 bp pro Wiederholungseinheit Besteht zu einem Großteil aus Transposons
Alu-Elemente
Ein Typ von eingestreut repetitiver DNA, Kopien sind ähnlich aber nicht identisch
Alu-Elemente werden exprimiert!
Pseudogene
Beweis für Genduplikations-und Mutationsereignisse, denn: sie sind echten funktionellen Genen ähnlich, aber ihnen fehlen Bereiche,die für die Genexpression benötigt werden
Wodurch kann das Genom einer Zelle während der Lebensphase eines Organismus verändert werden? Genamplifikation (= selektive Replikation
bestimmter Gene) Selektiver Genverlust Umorganisation größerer Abschnitte der
DNA (= somatische Rekombination)
Beispiel für somatische Rekombination Spielt eine zentrale Rolle bei der
Produktion von Antikörpern in B-Lymphozyten
Durch Deletion bestimmter Abschnitte entstehen zufällige Kombinationen von V-,J-, D- und C- Segmenten der DNA
Auf diese Weise können unheimlich viele Typen von Antikörpern produziert werden
Genexpression allgemein
In allen Organismen wird die Genexpression durch DNA-bindende Proteine reguliert, die auch mit anderen Proteinen interagieren und oft durch externe Signale beeinflußt werden.
Kontrolle der Transkription I DNA Methylierung (Anhängen von
Methylgruppen an DNA Basen) --> Gene Aktivieren/ Inaktivieren
Histon Acetylierung (binden DNA nicht mehr so stark --> TF können binden)
Kontrolle der Transkription II
TF's binden an Kontrollelemente! Transkriptions-Initiations-Komplex:
nur ein TF erkennt und bindet an DNA (TATA-Box) die anderen binden an diesen TF bzw. an RNA Polymerase
Kontrollelemente
Steigern Promotoreffizienz indem sie zusätzliche TF binden
Proximale Kontrollelemente (nahe am Promotor)
Distale Kontrollelemente (z.B. Enhancer)
Enhancer: Kontrollelemente an die Aktivatoren binden
(positive Genregulation) Silencer:
Kontrollelemente an die Repressor binden (negative Genregulation)
Was ist bei allen TF's gleich?
DNA-BindedomäneHelix-Turn-HelixZinkfingerLeucin-Zipper
Protein-Bindedomäne
HTH-Motiv HLH-Motiv
Koordinierte Expressionskontrolle Prokaryoten: Operons --> polycistronische
mRNA Eukaryoten: Gene mit selben
Kontrollelementen werden durch die gleichen Chemischen Signale aktiviert .Beispiel: Aktivierung einer Gruppe
verschiedener Gene durch ein Steroidhormon (Steroid --> Aktivator --> Kontrollelemente mehere Gene)
Posttranskriptionelle Mechanismen zur Kontrolle der Genexpression
Bei RNA-Prozessierung: alternatives Spleißen (aus dem selben
Primärtranskript werden verschiedene RNA-Moleküle hergestellt)
Beim RNA-Abbau:mRNA bei Eukaryoten oft viel stabiler als bei
Prokaryoten (langsamer Abbau --> viele Male translatiert --> viel Genprodukt)