Tutorium AMB II Genetik. Taufliege – ein Modellorganismus Drosophila melanogaster 4 Chromosomenpaare (Weibchen: 3 Autosomenpaare + XX, Männchen: 3 A.

Präsentation zum Thema: "Tutorium AMB II Genetik. Taufliege – ein Modellorganismus Drosophila melanogaster 4 Chromosomenpaare (Weibchen: 3 Autosomenpaare + XX, Männchen: 3 A."—  Präsentation transkript:

1 Tutorium AMB II Genetik

2 Taufliege – ein Modellorganismus Drosophila melanogaster 4 Chromosomenpaare (Weibchen: 3 Autosomenpaare + XX, Männchen: 3 A. + XY) Versuchstier von Thomas Hunt Morgan

3 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

4 Was bedeutet Rekombinationsfrequenz? Prozentsatz der Rekombinanten in der Tochtergeneration RF= Rekombinanten/ Gesamtzahl 1% RF = 1cM

5 Parentaltypen? Rekombinanten? Parentaltyp: Phänotyp entspricht einem elterlichen Phänotyp Rekombinanten: Neukombination elterlicher Merkmale Kreuzung: grau + normal X schwarz + stummel grau + normal/ schwarz + stummel= Parentaltyp grau + stummel/ schwarz + normal = Rekombinanten

6 Verschiedene Chromosomale Systeme zur Geschlechtsbestimmung DiploidHaploid Bienen, Ameisen ZWZZ Vögel, Schmetterlinge XXX0 Heuschrecken, Grillen, Schaben XXXYSäugetiere WeibchenMännchen

7 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)

8

9 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

10 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)

11 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.

12 Imprinting

13 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.

14 Imprinting - Mechanismus Erfolgt wahrscheinlich durch Methylierung der Cytosin Nukleotide. (Aktivierung oder Inaktivierung des Gens dadurch möglich)

15 Extrachromosomale Gene in Mitochondrien oder Plastiden bzw Plasmide Maternale Vererbung -- > keine Mendelgenetik Defekte in Mitos -- >mitochondriale Myopathie (ATP Unterversorgung) Defekte in Chloroplasten --> Panaschierte Blätter

16 In Einem Nucleosom ist die DNA gewunden um? Polymerase Moleküle? Ribosomen? Histone? Nucleolus? Satelliten DNA?

17 Überblick: DNA-Verpackung DNA-Verpackung in Chromosomen: Einzelstrang Doppelhelix Nucleosom Faser Chromatin Chromosom

18 DNA Nucleosome DNA-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

19 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)

20 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

21 Alu-Elemente Ein Typ von eingestreut repetitiver DNA, Kopien sind ähnlich aber nicht identisch Alu-Elemente werden exprimiert!

22 Pseudogene Beweis für Genduplikations-und Mutationsereignisse, denn: sie sind echten funktionellen Genen ähnlich, aber ihnen fehlen Bereiche,die für die Genexpression benötigt werden

23 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)

24 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

25 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.

26

27 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)

28 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

29 Kontrollelemente Steigern Promotoreffizienz indem sie zusätzliche TF binden Proximale Kontrollelemente (nahe am Promotor) Distale Kontrollelemente (z.B. Enhancer)

30 Enhancer: Kontrollelemente an die Aktivatoren binden (positive Genregulation) Silencer: Kontrollelemente an die Repressor binden (negative Genregulation)

31 Was ist bei allen TF's gleich? DNA-Bindedomäne Helix-Turn-Helix Zinkfinger Leucin-Zipper Protein-Bindedomäne HTH-Motiv HLH-Motiv

32 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)

33 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)