Molekulare Humangenetik

Einige zu wissende Fakten für die kommende Prüfung

Einige zu wissende Fakten für die kommende Prüfung


B. D.
Diese Lernkarten behandeln die Grundlagen der molekularen Humangenetik auf Universitätsniveau, mit Fokus auf DNA, Genen, Mutationen und deren Auswirkungen auf Zellen und Krankheiten wie Krebs. Sie decken Themen wie Gentherapie, Viren als Vektoren, RNA-Interferenz und gezielte Genveränderungstechniken ab. Ideal für Medizinstudenten und Forscher, die sich mit den molekularen Mechanismen genetischer Erkrankungen und therapeutischen Ansätzen vertiefen möchten.
Cartes-fiches
111
Utilisateurs
1
Langue
Allemand
Catégorie
Médecine
Niveau
Université
Créé / Mis à jour
10.06.2018 / 25.10.2018

Cartes-fiches

Myotonische Dystrophie: What it be and What diagnous it

What it be:

- autosomal-dominante Krankheit, bei der man unter Muskelschwäche und Muskelsteifheit leidet

 

Ursache?

Basentriplett-Wiederholungen (CTG)n in der 3'UTR vom DMPK (encodes for myotonin-protein-kinase) -> Verminderte Funktion -> Schäden der Muskelfasermembran

Je nach Anzahl wiederholungen kann es ein Problem sein oder nicht:

<37 kein Problem, >50 milde Krankheit, >1'000 schwere krankheit

CTG -> ändern die lokale Chromatinstruktur -> veränderte genexpression

CUG -> veränderte Aktivität der RNA-Bindeproteine und RNA Processing funktioniert nicht gut -> weniger myotonin-PK

 

Diagnous: Southern blot von EcoRI verdauter DNA

 

Base excision repair

- repariert DNA Schäden in der Zelle während des ganzen Zellzykluses

- die häufigste Reparatur: bis zu 20'000/Tag/Zelle

 

Enzyme:

- DNA Glycosylase entfernt die Base

- AP-Endonucleasen/Phosphodieseterasen entfernen die Phosphat-ZuckerKette

- DNA-Ligase + Polymerase -> Füllt und ligiert

Transkriptionsfaktoren c-Fos und c-Myc

c-fos und c-myc mutationen tragen zur Tumorentwicklung bei.

Burkitts-Lymphoma: es handelt sich um eine reziprokale Transformation zwischen Chromosom 8 und 14 --> dysregulation of c-myc gene

Ansprüche an Vektoren für die gentherapie:

  • stabile oder transiente Expressoin
  • integrativ oder episomal
  • kontrollierbare Expression
  • gewebsspezifische Expression
  • nicht-immunogen
  • effiziente infektion de Zellen

Kontrolle des Zellzyklus durch pRb

Rb, wenn nicht phosphoryliert hemmt E2F und DP1. Wenn aber Cyclin E+CDK2 und Cyclin D+CDK4 die phosphorylierung von Rb herbeiführen, werden E2F und DP1 disinhibiert. Es kommt zur Transkription von S-Phase genen. 

In rb-/rb- Zellen hat es keine Hemmung der S-Phase -> unkontrollierte Proliferation der Zellen

3 Krankheiten, welche durch Basentriplett-Wiederholungen ausgelöst werden

  1. Fragiles X-Chromosom (CGG)n im 5'UTR -> verminderte Transkription von FMRP1
  2. Myotone Dystrophie (CTG)n im 3'UTR
  3. Huntington Chorea (CAG) in Exon 1 -> Proteinprodukt ist Toxisch (Htt protein)

Achondroplasie

- Fibroblast growth factor receptor (FGF G380R)

- Punktmutation im FGFR3 Gen führt zur änderung des Rezeptors -> signalisiert ohne Ligand -> Hemmt das Knochenwachstum

- vererbung autosomal dominant

- Störung der Knorpelbildung

- Knochenwachstum wird früh gestoppt

- ist homozygot lethal

4 Syndrome, welche durch Deletionen beim ungleichen crossing over entstehen

  1. Williams-Beuren Syndrom
  2. Prader-Willi-Angelman Syndrom
  3. Smith-Magenis Syndrom
  4. DiGeorge/Velocardiofacales Syndrom

Gentherapeutische Behandlung von X-SCID

= X-coupled severe combined immunodeficiency syndrome (X-SCID)

- Defekte GammaC-Kette des zytokinrezeptors (ILR2gamma) -> IL-7 und IL-15 sind betroffen, die T-Lymphozyten können nicht differenzieren. Führt zum Tod im ersten Lebensjahr. 

Aber: 2 haben eine Leukemie entwickelt, durch eine Insertionsaktivierung des LMO2-Gens -> acute lymphoblastic anemia

Haploinsuffizienz und Thalassämien

Es hat ungenügende Mengen Alpha und Beta-Globinketten. Wenn das Verhältnis nicht stimmt(1:1), dann kommt es zur Präzipitation der überflüssigen Ketten --> Zerstörung der zellmembran und Hämolyse.

Hb-pathien sind die weltweit häufigsten mendelnden Erbkrankheiten:

-> können für Plasmodium falciparum gegenüber einen Vorteil erweisen

-> können durch unequal crossing over entstehen

Nukleäres Genom: 

Wie viele Bp?

Wie viel: proteinkodierend, regultorische Sequenzen und RNA gene, Heterochromatin, Transposon-basierte repeats, andere Sequenzen

Besteht aus 3*10^9 Bp

1% ist Proteinkodierend

4% regulatorische Sequenzen und RNA gene

6.5% Heterochromatin

45% transposon-basierte Repeats

44% andere Sequenzen

Fragiles X-Chromosom: What it be, how it be diagnous

Krankheit:

- Intelligenzminderung, 

- Autismus

- Epilespie, 

- grosse, lange Ohren

- schmales Gesicht

- Sprachstörungen

 

Ursachen:

- (CGG)n Wiederholungen im Fragile X mental retardation 1 (FMR1) gene -> vermindertes Vorhandensein des Proteins, welches für die normale Entwicklung wichtig ist. 

 

Diagnose:

- Southern Blot (für kleine Änderungen)

- PCR (keine Info über Methylierung -> Expressionszustand des Chromatids)

 

Pseudogene

DNA-Segmente, welche zu echten Genen verwandt sind aber gewisse Funktionalität verloren haben:

-> Keine genexpression

-> protein-kodierende Eigenschaft

 

Wie reguliert p53 den Zellzyklus?

p53 stimuliert die Transkription von p21, was dann die Cyclin E und Cyclin Ds inhibiert. Somit wird das Rb nicht phosphoryliert -> S-Phase bleibt gehemmt und somit weniger Proliferation. p53 ist zwar nicht essentiell, aber die Frequenz wird durch die Absenz erhöht. 

antisense oligonukleotide

= Inhibition endogener Genexpression

A: RNAse H erkennt den DNA-RNA Duplex und schneidet die mRNA

C: Zucker-modifizierte Oligonukleotid wird zwar nicht durch RNAse H erkannt, aber verhindert die Translation

Limitationen: Einschleusen der Oligonukleotide -> Exonukleasen bauen die Oligonukleotide ab

Human T cell leukemia virus type I (HTLV-1)

Ist eine Ausnahme der retroviralen Onkogenese -> trägt keine zellulären Onkogene und verursacht keine cis-aktivierung von Onkogenen. 

Tax ist wichtig für virale Genexpression und Replikation, wird durch den Virus exprimiert. Interagiert auch mit zellulären TFs -> erhöht die Proto-onkogene, Zykline, T-Zellen stimulierende Faktoren

Meist asymptomatisch, kann aber in 2-5% der Menschen Krebs verursachen

Pyrosequencing

= Sequencing by synthesis, eines ssDNA stranges

  1. immobiler ssDNA strang
  2. Man spült eine Base aufs mal 
  3. DNA Polymerase integriert die eine Base, wobei ein PPi entsteht, welches mit zur ATP herstellung führt und die Aktion von Luciferase aktiviert
  4. Luciferase wandelt Luciferin in Oxyluciferin um, wobei messbares Licht produziert wird, proportional zur Menge ppi, welches entstanden ist.  
  5. Da man weiss, welche Base herübergespült wurde, weiss man auch die Base der entsprechenden position

Man kann leider nur kurze reads machen (300-500 bp). 

Comparative genomic hybridisation: Ablauf:

Für nicht-X gekoppelte Deletionen Nachweise

  1. isoliert einen Chromosomensatz eines gesunden (Kontrolle) und des kranken (zu testenden)
  2. partieller Verdau und dann fluoreszenz-Markierung in Farben (1 Farbe für krank, 1 für kontrolle)
  3. Mischen der DNA in Menge 1:1
  4. Hybridisierung der Proben zu normalen chromosomen
  5. Gain einer DNA -> shift zur Farbe des test; Verlust einer DNA -> shift zur Farbe der Kontrolle; Beides: shfit zur Mischfarbe

Was gibt es für Basenmodifikationen?

  1. Depurinierung: A/G --> A/C/G/T (spontaner Basenverlust)
  2. Desaminierung C -> T (Transition)
  3. Desaminierung von 5-m-cytosin zu Thymin
  4. Guanin -> Thymin

Bcl-2 onkogen

Hemmt die Apoptose durch Cytochrom C des Mitochondriums und führt so zu Krebs. Stimuliert aber nicht das Wachstum oder die Proliferation

 

Eine translokation zwischen Chr. 14 und 18 kann zu follikulärem Lymphom führen (follicular center lymphoma). 

Homologe Rekombination als gezielte Genveränderungsmethode

Ist ein Werkzeug der Zelle, um Genmutationen zu reparieren. Voraussetzung dafür sind homologe, dsDNA Abschnitte. Homolog heisst, dass es grössere Ähnlichkeiten zwischen den DNA sequenzen gibt. 

Wenn die gezielte und gewollte Rekombination stattfindet (selten), wird die Thymidinkinase (TK) nicht mitintegriert. Bei der 2. Selektion mit Ganciclovir, werden alle Zellen, welche das Insert random integriert haben und somit das TK auch tragen, wandeln Ganciclovir in ein toxisches Produkt um und gehen unter. 

Transmembranäre Growth receptors (erB-oncogene)

Zum beispiel HER-2, EGFR

ein mutierter Rezeptor könnte konstante Tyrosin-Kinase Aktivität aufweisen, auch wenn kein Ligand gebunden ist

Xeroderma Pigmentosum

Defekt im NER

- es entwickeln sich tausende sommersprossen und Hautkrebs (Mutation im p53 Gen und Hautzellen).

Mismatch repair

Bei falschen Basenpaarungen bei der DNA-Replikation, Rekombination und Reparatur können 2 falsche Basen miteinander gepaart werden:

- behoben wird das durch hMutSalpha + hMutLalpha, PMS2 + MLH1

siRNA

= small interfering RNA

- ist wie miRNA auch teil des RNAi systems und dient als Schutz vor transponierbaren Elementen

 

1. Exogene dsDNA wird erkannt und durch DICER in kleinere, kurze Stränge abgebaut

2. Ago + andere Proteine binden an einen guide strang -> activated RISC komplex, welcher dann komplementärstränge abbaut

 

 

Vererbung von Tumor suppressoren

ist meist rezessiv vererbt

Beispiele wie Mutationen zu änderungen der genexpressionen führen können? (Thalassämien)

 

- Beta-Thalassämie: Mutationen der TATA-Box

- Alpha-Thalassämie: TAA -> CAA Substitution verlängert das Genprodukt um 31 Aminosäuren -> instabiles Genprodukt

 

Mitochondriales Genom:

Wie viele Bp?

Wie viel: proteinkodierend, regultorische Sequenzen und RNA gene, Heterochromatin, Transposon-basierte repeats, andere Sequenzen

Allgemeine Eigenschaften (8 sachen):

ca. 16'569 Bp

66% protein kodierend

32% RNA gene regulatorische Sequenzen

<2% anderes

 

allgemeine Eigenschaften:

  1. ringförmiger doppelstrang
  2. 1000 Kopien/Zelle
  3. rRNA/tRNA und protein kodierende Gene
  4. keine Introns
  5. keine Rekombination
  6. H- und L-Strang -> es gibt 2 grosse Primärtranskripte, welche dann zu mRNAs geschnitten werden
  7. 37 Gene(kann man nur schwer in mit importieren): oxidative Phosphorylierung, benötigen aber auch nukleär kodierte Proteine 

Osteogenesis Imperfecta

Schwerwiegende Mutation im COL1A1-locus 17q -> Keine Expression -> leichte Form führt zur 50% des normalen Kollagengehaltes

missense Mutation -> Expression von anormalen Kollagen-> schwere Form führt zu 25% normalen kollagengehalt

 

Somatische Gentherapie: Genverstärkungstherapie

Ist nicht geeignet, wenn schon irreversible Schäden entstanden sind. man gibt einfach mehr des gens in die Zelle und erhöht somit die Produktion des richtigen Genprodukts

Onkolytische Viren als Krebstherapie

Im Virusgenom sind die Gene, welche p53 oder pRb inaktivieren deletiert. D.h. sie wachsen nur dort, wo es onehin wenige hat (in Tumorzellen). Oder man kontrolliert die Expression durch einen Tumorspezfischen Promotor. Das Immunsystem bekämpft onkolytische Viren -> wenn sie aber gezielt tumorzellen infiieren, dann bekämpft das Immunsystem gezielt den Tumor -> Personalisierte Krebs-Impfung

Étudier