2.3 Molekulargenetik

EP 2.3Molekulargenetik

EP 2.3Molekulargenetik


L. S.
Diese Karteikarten bieten einen umfassenden Überblick über die Molekulargenetik auf Universitätsniveau. Sie decken Themen wie Gene, Allele, Phänotypen, Mutationen, Mikrosatelliten und Kopplungsanalysen ab. Besonders relevant sind die Anwendungen in der Medizin, etwa bei der Untersuchung von Erbkrankheiten und quantitativen Merkmalen wie Körpergröße. Die Karteikarten sind ideal für Studierende und Forscher, die sich mit genetischen Analysen und deren praktischen Anwendungen vertraut machen möchten.
Karten
91
Lernende
4
Sprache
Deutsch
Kategorie
Medizin
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
03.07.2021 / 27.03.2022

Lernkarten

Kurzbeschreibung: Epigenetik

Erbliche Phänomene, die nicht in der DNA-Sequenz selbst codiert sind

Welche 2 wichtigen Mechanismen existieren bei der Epigenetik?

  • DNA-Methylierung
  • Histon-Modifikation

Aufbau Nucleosom

  • Nucleosom aus 8 Histonen (Oktamer).
  • von jedem Histon 2 Paare
  • Histone sind recht basisch (viel Arg & Lys)
  • Die Amino-Termini der Histon-Moleküle ragen frei heraus -> können modifiziert werden (z.B. Info, wie dicht das Chromatin gepackt werden soll)

Wann findet keine DNA-Transkription statt?

Was ist der molekulare Mechanismus beim Imprinting?

KAF

Methylierung von Cytosin in CpG-Dinucleotiden

Warum braucht es genomisches Imprinting?

Es gibt Gene, die entweder nur vom maternalen od. nur vom paternalen Allel exprimiert werden. Dadurch besteht die Notwendigkeit zur "Markierung", welches der beiden Allele exprimiert werden muss.

Was ist eine Gynogenote?

Kann es überleben? Warum?

Embryo mit 2 weiblichen Genomen.

→ relativ normaler Embryo, schwere extraembryonale Defekte (fast keine Plazenta gebildet → Embryo stirbt)

Was ist ein Androgenote?

Kann es überleben? Warum?

Embryo mit 2 männl. Genomen

→ schwere embryonale Defekte, relativ normale extraembryonale Strukturen („Mole“)

Expression von IGF2...

Expression des IGF-2 Rezeptors...

An welcher Stelle wird Cytosin methyliert? (bei Säugetieren)

Welches Cytosin kann methyliert werden? (bei Säugetieren)

Mutationsanfälligkeit von 5mCG. Zu was mutiert es?

TG 

Dinucleotid CG ist deswegen sehr selten, während TG und CA (auf dem komplementären Strang) überrepräsentiert sind.

Wenn CG im Genom unterrepräsentiert ist, warum gibt es dann CpG-Islands?

Relevanz von CpG-Islands?

Im Bereich von CpG Islands wird die Methylierung aktiv unterdrückt, CG bleibt stabil.

Wenn CG funktionell wichtig ist, darf es nicht mutieren. Deshalb durch Selektionsprozesse erhalten geblieben. CGs sind nicht zufällig verteilt, sondern eben in CpG Islands. -> CpG Islands sind häufig mit Genen assoziiert. ca. 50 % aller Gene besitzen ein CpG Island im Promotorbereich. (s. VL Molekulargenetik I, Genomaufbau)

Warum müssen Imprints bei der Gametogenese gelöscht werden?

Weil die Gameten ja nur 1 Chromosom beinhalten (also entweder das väterliche oder das mütterliche), aber jeweils immer das geschlechtsspezifische Imprint weitergegeben werden muss. D.h. bei den Spermien, die das mütterliche Chromosom beinhalten, muss das Imprint geändert werden, sodass auch ein männliches Imprint gemacht werden kann.

Bei der Oogenese muss die Eizelle mit dem männlichen Imprint umgeschrieben werden (also zuerst gelöscht, dann das mütterliche Imprint gemacht werden).

Was sind stille und aktive Kompartimente?

Bereiche im ZK, wo DNA entweder abgelesen (aktiv) oder nicht abgelesen/transkribiert (still) wird.

So kann erklärt werden, warum z.B. auch methylierte Gene (z.B. das väterliche IGF-2 Gen) abgelesen werden. Normalerweise führt ja Methylierung dazu, dass Gene nicht abgelesen werden.

Vermehrter Skelettmuskel-Ansatz bei Hausschweinen:

  • für was codiert das Gen?
  • gibt es genomisches Imprinting? 
  • Was für eine Mutation kann geschehen?

Imprinted QTL für Muskelmasse bei Schweinen

  • Gen codiert für IGF2
  • ja: nur das paternale Allel wird exprimiert
  • G>A Substitution zerstört Bindungsstelle für einen reprimierenden Transkriptionsfaktor

Was ist mit Callipyge beim Schaf gemeint?

Muskuläre Hypertrophie ("schönes Hinterteil")

Definition: polare Überdominanz

+ Beispiel in der Tierzucht

Der Phänotyp zeigt sich nur, wenn das Allel von einem bestimmten Elternteil vererbt wird (also entweder das mütterliche Allel oder das väterliche). Wenn das gewünschte Allel von beiden Elternteilen weitergegeben wird, zeigt sich der Phänotyp auch nicht. auch wenn es dominant vererbt wird

Beispiel: Callipyge bei Schafen. Das CLPpat führt zur zum Callipyge-Phänotyp, wenn es vom väterlichen Allel weitergegeben wird.

Wie kann man den Methylierungs-Status der DNA nachweisen? (experimentell)

mittels Bisulfit-Sequenzierung. Weil Desaminierung von Cytosin zu Uracil mit Bisulfit viel schneller abläuft, das 5'-Methyl-Cytosin hingegen stabil bleibt.

Wenn man nachher PCR macht, hat man nur nich dort ein Cytosin, wo vorher ein 5mC war. 

Experimenteller Ablauf bei der Bisulfit-Sequenzierung

  • Ausgangslage: genomische DNA (ssDNA)
  • mit Bisulfit behandeln
  • PCR
  • Klonierung
  • Sanger-Sequenzierung oder Next Generation Sequencing

PCR: DNA in Stränge aufgeteilt, mit Taq-Polymerasen wieder aufgefüllt. Weil Uracil sich wie Thymin verhält -> wird A eingebaut. Wenn man nachher also noch Cytosin findet -> man weiss, dass es ein 5mCytosin sein muss [weil das normale durch Bisulfit ja zu Uracil desaminiert wurde].

Wie entsteht der Callipyge Phänotyp?

langer Text :/

  • CLPG-Allel: weniger CpG-Methylierung als Wildtyp-Allel im Bereich der Sequenzvariante. Zusätzliche DNase-I-hypersensitive Stellen (nur in Skelettmuskel). Wenn nur sehr wenig DNase dazu gegeben → DNase I spaltet zuerst die lockeren Stellen (also Stellen, die transkribiert werden)
  • CLPG-Mutation beeinträchtigt long-range Kontrollelement (LCR)
  • Ektopische Expression der Gene im Bereich der variablen Position (Skelettmuskel! Und zwar v.a. in Muskeln der Hintergliedmassen)
  • verstärkte bidirektionale Transkription im intergenischen Bereich DLK1 - GTL2

Bereich der CLPG Variante wirkt als Startpunkt für postnatale Methylierung der Region Methylierung → transkriptionelle Inaktivierung („Silencing“) über Veränderung der Chromatinstruktur. Das LCR ist sehr wichtig, weil veränderte Sequenz → Methylierung setzt bei Callipyge viel später ein als beim Wildtyp.

...Aber irgendwann eben schon, zum Glück, sonst würde der Arsch irgendwann viel zu gross...?

Was ist eine miRNA?

microRNA. 

 

miRNA-Gen transkribiert. Produkt sieht aus wie mRNA. miRNA haben in der Mitte so Haarnadelstruktur (also sieht aus wie doppelsträngig, oben macht es einen Bogen), gebildet durch Basenpaarung. Schleife wird mit Dicer abgespalten. Einer der beiden Stränge wird abgebaut und in ein Protein-RNA-Komplex (miRISC = RNA induced silencing complex) eingebaut. 

Wozu miRNA? resp.: Wie wirkt miRNA?

Wirkt regulatorisch auf Genexpression, i.d.R. inhibierend.

2 Mechanismen:

  • wenn miRNA perfekt zu einer mRNA passt → bildet Komplex → RNA wird in Zelle abgebaut. 
  • wenn miRNA an 3’-UTR einer mRNA bindet, und mit den ersten 8 Basen perfekte Basenpaarung ausbildet und in den restlichen Basen, ein paar Basenpaarungen machen kann, dann bindet RISC an 3’-UTR → Translation wird inhibiert (mRNA wird aber nicht abgebaut!!) 

Beispiel in der Tierzucht, wo miRNA eine Rolle spielt

bei Muskelhyperplasie von Texel-Schafen (nicht dasselbe wie bei Callipyge)

  • Merkmal scheint in der Rasse fixiert
  • QTL im Bereich des MSTN-Gens (Myostatin)
  • aber kein Sequenzunterschied im codierenden Bereich zw. Texel und anderen Schafen
  • AS-Sequenz des Myostatin Gens ebenfalls unverändert
  • MSTN-Transkriptmengen ähnlich zw. Texel & Romanov
  • ABER: Proteinexpression viel geringer bei Texel -> Translation ist inhibiert durch miRNA (bindet an mRNA von mutiertem MSTN-Gen, aber nicht an Wildtyp)

Quintessenz: Varianten im Bereich von miRNA-Zielsequenzen könnten für viele erbliche Merkmale verantwortlich sein! Beweis, dass Ursachen für phänotypische Veränderungen  nicht immer in Exons sein müssen! Es kann jede Base im Genom funktionell wichtig sein.

 

welches ist das wichtigste & bekannteste Onkogen?

Funktion des Proto-Onkogens?

Virus-Herkunft?

Tumor-Assoziation?

  • ras
  • GTPase (Signaltransduktion)
  • Ratte
  • Sarkom, Erythroleukämie

Warum ist das Risiko höher an Burkitt-Lymphom zu erkranken, wenn man mit EBV infiziert ist/war?

EBV: Eppstein-Barr Virus

Mechanismus (kurz) der Entstehung von Burkitt-Lymphom

  • bei EBV kommt es zu B-Zell-Proliferation und AK-Bildung (normal)
  • bei der somatischen Rekombination (der Gene für AK) kommt es gelegentlich zu falschen Umlagerungen.
  • Falls dabei das myc Proto-Onkogen ebenfalls unter den Einfluss des Promotors kommt, wird es sehr stark abgelesen
  • es werden ja sehr viele AK gebildet, deshalb wird extrem oft transkribiert
  • Überexpression von myc -> B-Zellen teilen sich unkontrolliert -> Lymphom

Was ist das wichtigste & bekannteste Tumor-Suppressor-Gen?

Funktion?

p53 (TP53)

Transkriptionsfaktor

Was besagt die Knudson Two Hit Theory?

es braucht 2 Mutationsereignisse, damit sich ein Tumor entwickelt (auf beiden Chromosomen).

Bei welchen Hunderassen kommt eine Ivermectin-Unverträglichkeit vor?

  • Collie
  • Border Collie
  • Australien Shepherd
  • Shetland Sheepdog
  • Bobtail
  • Wäller
  • u.a.

(Liste aus PhaTox übernommen, weil in Genetik nicht vollständig. In fett: die von Genetik-VL)

Ursache für Ivermectin-Unverträglichkeit?

Erbgang?

Nachweis?

Defekt im MDR-Proteins (multiple drug rresistance). 
4 bp Deletion in Exon 4 des ABCB1A Gens (= MDR1-Gen) c.294-297delAGAT frameshift Variante → kein Protein gebildet

Erbgang: monogen autosomal rezessiv.

Nachweis: direkter Gentest

Symptomatik Ivermectin-Unverträglichkeit

plus weitere Medis, bei denen dieselbe Mutation Unverträglichkeit auslöst

Unverträglichkeit von Medikamenten, die Substrate für P-Glykoprotein sind z.B. Ivermectin (Antiparasitikum), Doxorubicin, Vincristin (Cytostatika → Achtung also auch bei Tumorpatienten!) ZNS-Symptome, Verlauf unterschiedlich z.T. letal

Ohne P-Glykoprotein (MDR-Protein) akkumulieren diese Substrate im ZNS und wirken toxisch.

Ichthyose beim Hund s. VL Molekulargenetik II Genomsequenzierung

d

Wozu Precision Medicine?

  • Aufklärung von kausalen Gendefekten durch Genomsequenzierung → Mögliche Optimierung von Therapien (heute schon Realität)
  • Genomsequenz als Grundlage für individualisierte Therapie häufiger Krankheiten → Pharmakogenomik (Zukunftsvision)
  • Sequenzinformationen für genauere Tumordiagnostik (therapeutische Konsequenzen?)

An welcher Seite der mRNA hat es ein Poly-A-Schwanz?

An welchem Ende der mRNA hat es ein Cap?

Was stimmt bezgl. Spleissen der prä-mRNA?

Welche Promotoren sind in eukaryotischen Zellen häufiger?

Was stimmt?

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