Molekulare Grundlagen der Entwicklung

Ebene 1: Transkription
Ebene 2: Prä-RNA Prozessierung (Splicing > herausschneiden Introns)
Ebene 3: Selektion der mRNAs für die Translation
Ebene 4: Selektion der Proteine und deren Funktionalität (Post-translationale Modifikationen)

> Methylierung
> Heterochromatin
> Promotoren
> Enhancer
> Epigenetische Regulation

> Methylgruppe bindet an Cytosinring
> DNA wird stummgeschaltet

> stark kondensierte DNA
> kann nicht abgelesen werden
> zu Histonen -> Nukleosomen -> Chromatin aufgewickelt

> Bindungsstelle für DNA-Polymerase
> kann methyliert werden

> Histonmodifikation mit Methyl-, Acetyl- & Phosphatgruppen

> Alternatives Splicing

= Aus einer einzigen pre-mRNA können durch unterschiedliche Kombinationen von Exons verschiedene reife mRNAs und somit verschiedene Proteine entstehen

Kassetten-Exon: Ein Exon kann entweder enthalten oder weggelassen werden (z.B. Typ II Prokollagen).

Gegenseitig exklusive Exons: Nur eines von zwei oder mehr Exons kann in die reife mRNA aufgenommen werden (z.B. FgfR2).

Alternative 5'-Spleißstelle: Die Spleißstelle an einem Exon kann variieren, was zu unterschiedlichen mRNA-Varianten führt (z.B. Bcl-x).

Dscam: Ein Gen in Drosophila, das durch extremes alternatives Splicing hunderte von verschiedenen Proteinen kodieren kann, was für die neuronale Entwicklung essentiell ist.

> Kleine, nicht-kodierende RNAs
> binden an spezifische mRNAs
> unterdrücken Translation oder fördern deren Aufbau

= Proteine, die an mRNAs binden und deren Stabilität, Translation oder Lokalisation beeinflussen.

> In frühen Stadien der Entwicklung sind oft mütterlich vorhandene mRNAs und Proteine entscheidend für die Organisation und frühe Differenzierung.

> Enhancer erhöhen die Transkriptionsrate indem sie die Bindung von Transkriptionsfaktoren erhöhen
> können auch weit entfernt vom eigentlichen Gen liegen
> für ein Gen kann es unterschiedliche Enhancer geben

> Signalübertragung
> Regulatorische Moleküle

Notch -> ist ein Membranprotein welcher direkt über Zell-Zellkontakt aktiviert wird

> Notch = Membranprotein
> Signalkette über direkten Zell-Zell Kontakt
> Delta = Ligand (auch Membranprotein)
> laterale Inhibition

Kontakt zwischen Notch und Delta -> Protease schneidet Teil von Notch ab -> Notch wandert in den ZK -> reguliert die Transkription bestimmter Gene

> eine Zelle produziert mehr Delta -> wird zur Signal sendenden Zelle
> aktiviert Notch in der Nachbarzelle -> wird zum Signal Empfänger

> erste Zelle aktiviert mit Delta, Notch in der Nachbarzelle
> Nachbarzelle bildet ebenfalls Delta aus
> aktiviert nächste Zelle usw.

Rezeptor: Frizzled
Co-Rezeptor: LRP5/6
> bilden zsm Rezeptorkomplex

> GSK3 (Glycogen Synthase Kinase 3)

> es kann sich kein Proteinabbaukomplex bilden da GSK3 von Disheveled gehemmt wird
> ß-Catenin kann nicht abgebaut werden und wandert in den Zellkern
> aktiviert dort Gene

> ß-Catenin unabhängige Signalwege

z.B. Planar cell polarity pathway, Wnt/calcium pathway

> Patched

> Hedgehog bindet an Patched
> Patched hebt Hemmung zu Smoothened auf
> Smoothened wird freigegeben und von PKA phosphoriliert
> aktiviertes SMO löst Proteinkomplex auf
> Ci (Cubitus interruptus) wird nicht gespalten und freigegeben
> aktiviert Gene im Zellkern

> Serin/Threonin Kinase Rezeptoren -> 2 Stück
> bilden Dimer

Ligand bindet
↓
Typ-II-Rezeptor
↓ phosphoryliert
Typ-I-Rezeptor (GS-Box)
↓
Smad2/3 werden phosphoryliert
↓
Smad2/3 binden Smad4
↓
Translokation in den Zellkern
↓
Genexpression wird reguliert

Fibroblast Growth Factor

sind Wachstumsfaktoren welche wichtig sind für:
> Embryonalentwicklung
> Gliedmaßenentwicklung
> Angiogenese (Gefäßbildung)
> Wundheilung
> Zellproliferation
> Zelldifferenzierung