Molekularbiologie fortgeschritten
Abkürzung für zellbiologische Agitatoren, zellbiologische Prozesse, Allgemeines zur Zellbiologie und Molekularbiologie
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Replikation
Beweis, dass semikonservativ:
- Dichteänderung nach erster Replikatin -> nicht konservativ (Elterndoppelstrang wird verändert)
- ab 2. Generation 2 distinkte Banden -> nicht polydispers (Elterndoppelstrang halb neu, Tochterdoppelstränge komplett neu)
- pro Generation Verdopplung der Menge an Tochterdoppelstrang -> semikonservativ
Genauigkeit:
- Kopieren eines Musters
- DNApolymerase: Kinetik, Korrekturlesen (-> durch 5'-3' Replikation ermöglicht)
- höhere Affinität der korrekten Base, korrekte Paarung energetisch am besten
- mechanische Katalyse durch Konformationsänderung
- Fehlpaarungsreparatursystem
- fehlendes Methylierungsmuster, Okazakifragmente, Ribonukleotide als Eigenschaften des neuen Strangs -> Fehlpaarung erkennbar (MMR)
Topo I
- ATP-unabhängig
- ssDNA-Bruch -> freie Rotation -> Religation
Topo II
- ATP-abhängig
- dsDNA-Bruch -> Supercoilentspannen -> Religation
- wichtig vor der Replikationsgabel
Methodik: Replikationsursprung
- genetisches Screening: zufällig ausgewähltes DNA Segment in Markerplasmid inseriert -> Ausplattierung: statistisch valide Zahl an Markerkolonien = Markerplasmid wurde repliziert
- BrdU -> Markierung von Replikation während S-Phase (-> nicht alle eukaryotischen Origins werden gleich häufig genutzt, Heterochromatin später repliziert)
- ChIP/chip: DNApräzipitation nach Fragmentierung, Hybridisierung auf Microarray -> Ort pro Zeitunterschied = Geschwindigkeit
Chromosom
- Giemsafärbung (Eosin, Azur) für ATreiche Bereiche der Metaphasenchromosomen, FISH: Farbe je nach Sequenz
- Zentromer: Kinetochoransatzpunkt
- Replikationsursprung (Origin): ATreich, mehrere Hundert bp lang
- Telomer: TGreich, 3' ssDNA durch Primerentfernung am Verzögerungsstrang und Apollo-Nuclease-Aktivität am Leitstrang (5'-Ende zu kurz)
- Telomerlänge: qFisH (Fluoreszenz ∼ Länge), southern Blot (Restriktion->Gel: Bandenlänge ∼ Länge), TelomerPCR
- Telomerase: in Krebszellen, Eizellen aktiv, Dyskeratosis Congenita wenn mutiert
- Shelterin -> Loopstruktur, Schutz, Regulation der Telomerase
- Krebs durch:
- Bruch-Fusion
- ALT (reaktivierte Telomerase oder Rekombination) nach checkpoint-Versagen
DNA-Reparatur bei Basenfehlern
- UV-induzierte CPD (cyclobutane pyrimidine dimers)
- -> Replikationsstop -> Exonuklease
- Deaminierung
- An mehrern Stellen möglich
- U statt C paart besser mit A statt G
- problematisch: 5'mC -> T
- Methylierung
- Oxidierung
- Depurinierung
- meist A eingebaut an APStelle
- BER: Glycosylasen überprüfen mit flippingout, entfernen über Hydrolyse der N-glykosidischen Bindung -> AP-Stelle -> AP-Endonuklease schneidet Zucker, Phosphodiesterase schneidet Phosphatrückgrat -> DNA-Pol + Ligase
- NER: Multienzymkomplex (XBP, TFIIH, XPD, XPC...) scannt -> Konformationsänderung der Helix wird erkannt (Pyrimidindimer) -> schneidet Zuckerrückgrat beidseitig, Helicase entfernt Fragment -> DNA-Pol + Ligase
- NER und BER an Transkritption gekoppelt, Replikationsgabelstop =Rekrutierungssignal -> Transkriptionsstrang öfters repariert, wenn nicht: Transläsionssynthese (fehleranfällig)
Pol eta
- = eukaryotische DNA-Polymerase
- Transläsionssynthese
- ubiquitylierte PCNA rekrutiert TL-Pol
DNA-Reparatur bei dsBruch
- NHEJ:
- Nukleotidverlust (Exonukleaseaktivität an Überhängen -> blunt ends)
- in menschlichen Zellen oft genutzt (2000 Narben pro Zelle mit Alter 70 Jahre)
- G1-Phase: G1-CDK aktivieren nicht Exonukleaseaktivität (CtIP)
- HR:
- fehlerfrei
- immer mit Zurückschneiden eines Stranges (5'-Strang) -> Stranginvasion (3'-Strang) in homologen Doppelstrang, rapid zippering gewährleistet Effizienz des ansonsten zufälligen Prozesses, RecA (= Rad51) gewährleisten dreifach Strang Zusammenhalt und Homologie,
- entweder Schwesterchromatid oder Schwesterdoppelstrang bei Replikation
- resultiert in Genkonversion (Heterduplex) oder Crossover (Heteroduplex mit "neuer Nachbarschaft"), Vorraussetzng: zwei holiday junctions
- MMR verhindert ungewollte Rekombination, nur während S-Phase zugelassen: S-CDK phosphoryliert CtlP= aktive Exonuklease, während Meiose durch Spo11 (-> dsBruch) und Mre11 (Nuclease) (und RecA) befördert
checkpoint
- ssDNA (>50nt) aktiviert checkpoints
- -> Zellzyklusarrest
- ATM/ATR = Sensoren erster Stelle, Kinasen
- Ataxia Telangiectasia:
- autosomal rezessiv, Mutation in ATM
- unkoordinierte Muskelbewegung, geistige Behinderung
- 100 fache Steigerung allgemeines Krebsrisikos
- sehr anfällig für ionisierende Strahlung
strukturelle Motive von DNA-Bindeproteinen
- Transkriptionsinteraktionsdomäne
- DNA-Bindedomäne
- Helix-Turn-Helix
- Homeodomäne -> Homeobox
- zinc fingers
- C2H2-Typ: 2 Cysteine, 2 Histidine binden an Zn2+, auch anders möglicj
- binukleärer Typ: sechs Histidine, 6 Cysteine, 2 Zn2+
- basic-region leucine zipper
- Helix-Turn-Helix
p53
- protein 53kDa
- Tumorsupressor, TF
- interagiert mit TFIID (TF, TBP gehört dazu -> TFIIA-Bindung ermöglicht)
- verhindert Mitose
- DNA-Binderegion aus L2, L3, LSH (hier die meisten Mutationen -> Krebs)
- reagiert auf Stress -> p53 Degradation inhbiert über Phosphorylierung
- kompetetive Hemmung des Promotors
- Co-Rekrutierung von HDAC/Methylierung von HP1,K9, Rekrutierung anderer Korepressoren
- stört Aktivatorinteraktion
- Aktivator der p21 Expression
Histonvarianten
- H3
- H3.3 -> Transkriptionsaktivierung
- CENP-A -> Centromerfunktion: erlaubt Mikrotubuliverankerung
- H2A
- H2A.X -> DNA-Reparatur, -Rekombination
- H2A.Z -> Expression, Chromosomensegregation
- macroH2A -> X-inaktivierung, Expressionshemmung
RNA-Bindedomäne
- RRM: RNA-Erkennungsmotiv
- 0,5-1% aller Proteine
- hnRNP, PABP...
- 4 beta-Faltblätter -> Bindung 2-8nt, 2 alpha-Helices -> Stabilisierung
- Phe, Tyr interkalieren mit Basen/Ribosen, Proteine
Kerntransport
- NLS: rein, Lysin-Arginin (basisch)
- NES: raus, Leucin (hydrophob)
- Ran-Zyklus: GEF im Nucleus -> aus RanGPD wird RandGTP -> raus von allein: RanGAP im Cyotosol -> aus RanGTP wird RanGDP -> NTF2 der Kernpore ermöglicht Import von RanGDP
- Import: RanGTP ermöglicht Cargosspaltung von Importin
- Export: RanGTP ermöglicht Bindung und Export von Cargo mit Exportin
RNA editing
- ADAR
- -> v.A. prämRNA
- dSRB-Domäne, Substrat=dsRNA
- Deaminase-Domäne, Adenosin -> Inosin, unspezifisches Editing
- Hauptsubstrat: Alu-Elemente: spezifisch für Primaten, Ursprung 7SL RNA, invers angeordnet -> ds
- ADAT
- -> tRNA
- Substrat: Anticodonschleife in 8 tRNA bei höheren Eukaryonten
- ermöglicht Wobble-bpaarung, I=C,=U
- APOBEC/CDAR:
- Cytosin DeAminase für RNA
- Deaminase-Domäne: C->U (-> neues Stopcodon)
- Substrat: ssRNA, spezifisch
- RRM-Domäne -> Spezifität
- Insertion und Deletion von Uracil (Mitochondrien, Kinetoplastida)
snRNA
- ∼ 150nt lang
- Funktion: prämRNA-Prozessierung (U-RNA), Geleit von TF u.A.
- Untergruppe: snoRNA
- durch RNA Pol II, III
Transport
- Dynein, Kinesin entlang Mikrotubuli
- Myosin entlang Actin
- Cargo = Organellen, RNP
processing bodies
- Dcp2 + Aktivatoren
- Deadenylasen
- kein Exosom!
- Xrn1
- -> zytoplasmatischer RNA-Abbau: besonders nonsense, AU-reiche Elemente, microRNA-Bindestellen
Proteinabbaumaschinerie des Cytosols
- 26S-Proteasom
- Regulatorkomplex mit Basis und Deckel, ATPabhängiges Substrat entfalten/ Ubiquitin abspalten
- 20S Proteasedomäne
- ClpAP
- ATPase, entfaltet Substrat ATPabhängig
- Protease
- HsIU/HsIV Protease
- AAA-ATPase (HsIU)
- Peptidase (HsIV)
RNA-Polymerasen
- prokaryotisch: nur eine
- eukaryotisch:
- Pol I : 18S, 5,8S, 28S rRNA
- Pol II: mRNA, longncRNA, snRNA (snoRNA), siRNA, miRNA
- Pol III: 5S rRNA, snRNA, sRNA
Smc
Smc-2 + Smc-4 +Kleisin = DNA-Klammer
NAP-1
- =Histonchaperon
- belädt Nucleosomen mit H2A-H2B Dimeren
CAF-1
- =Histonchaperon
- belädt Nucleosomen mit H3-H4 Tetrameren
menschliche DNA-Länge in Basenpaaren
Länge des größten menschlichen Gens in Basenpaaren
Exonanteil von Gesamtgenom (Mensch)
Anteil von nicht-Exon aber konservierte Sequenz an Gesamtgenom
3,5%
LINE
- durchschnittliche LINE-Länge: 6 bis 8 • 103bp
- Long INterspersed Elements
- häufig im eukaryotischen Genom
- RNA pol II Promotor innerhalb LINE -> RNA, außerdem reverse Transkriptase, oftmals auch Endonuklease (bspw. RNAse H)
- "The reverse transcriptase has a higher specificity for the LINE RNA than other RNA, and makes a DNA copy of the RNA that can be integrated into the genome at a new site."
SINE
- durschnittliche SINE-Länge: 100-400 bp
- Short INterspersed Elements repräsentieren revers-transkribierte RNA Moleküle
- Retrotransposon ohne eigene reverse Transkriptase
- die meisten = Alu-Elemente
PCNA
- = proliferating cell nuclear antigen
- eukaryotische sliding clamp
- N-Terminus und C-Terminus topologisch identisch -> drei Stück = Ringstruktur
Pol alpha
- =Primase der Replikation
- -> RNA Primer
Pol delta
- = eukaryotische DNA-Polymerase
- -> Verzögerungsstrangsynthese
Pol epsilon
- = eukaryotische DNA-Polymerase
- -> Leitstrangsynthese
RNAse H
- = Exonuklease
- entfernt RNA Primer zwischen Okazakifragmenten
MCM2-7
- = eukaryotische Helicase
- spaltet Doppelstrang mechanisch, ATP-abhängig
- wandert auf Leitstrang 3'-5'
- prokaryotische wandert auf Verzögerungsstrang 5'-3'
- Test nach Laufrichtung: Einzelstrang mit zwei unterschiedlich langen Einzelstrang Stücken an den Enden -> Auftrennung nach Größe
Pre-RC (eukaryotisch)
- Cdc6, Cdt1 und MCM2-7 binden an ORC (origin recognition complex) -> Cdt wird phosphoryliert und degradiert, Cdc ebenfalls weg -> ORC +MCM2-7 = Pre-RC
- assembliert in G1
- ORC bleibt immer gebunden, Cdc6 und Cdt1 werden durch Cdk regulierte Phosphorylierung abgebaut bzw. inhibiert + Phosphorylierung von ORC = Regulation des Zellzyklus
CMG
- = Pre-Rc + GINS + Cdc45
- -> GINS und Cdc45 ermöglichen Bindung von ssDNA durch MCM2-7
- binden der ssDNA stimuliert ATPase-Aktivität von MCM2-7
RPA
= eukaryotisches SSBP
allgemeine Mutationsrate in Basenpaar pro Basenpaaren
Erkennung von Fehlpaarung -> Stück des neuen Strangs wird ausgeschnitten
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Flashcards
RNA-Polymerasen
- prokaryotisch: nur eine
- eukaryotisch:
- Pol I : 18S, 5,8S, 28S rRNA
- Pol II: mRNA, longncRNA, snRNA (snoRNA), siRNA, miRNA
- Pol III: 5S rRNA, snRNA, sRNA