Molekulare Grundlagen der Entwicklung
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4 Ebenen der Genregulation
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)
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)
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Wie ist Genregulation während der Transkription möglich?
> Methylierung
> Heterochromatin
> Promotoren
> Enhancer
> Epigenetische Regulation
> Heterochromatin
> Promotoren
> Enhancer
> Epigenetische Regulation
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Genregulation über DNA-Methylierung
> Methylgruppe bindet an Cytosinring
> DNA wird stummgeschaltet
> DNA wird stummgeschaltet
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Genregulation über Heterochromatrin
> stark kondensierte DNA
> kann nicht abgelesen werden
> zu Histonen -> Nukleosomen -> Chromatin aufgewickelt
> kann nicht abgelesen werden
> zu Histonen -> Nukleosomen -> Chromatin aufgewickelt
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Promotoren
> Bindungsstelle für DNA-Polymerase
> kann methyliert werden
> kann methyliert werden
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Epigenetische Regulation
> Histonmodifikation mit Methyl-, Acetyl- & Phosphatgruppen
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Prä-RNA Prozessierung
> Alternatives Splicing
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Alternatives Splicing
= Aus einer einzigen pre-mRNA können durch unterschiedliche Kombinationen von Exons verschiedene reife mRNAs und somit verschiedene Proteine entstehen
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Arten von Alternativem Splicing
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.
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.
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MicroRNAs (miRNAs)
> Kleine, nicht-kodierende RNAs
> binden an spezifische mRNAs
> unterdrücken Translation oder fördern deren Aufbau
> binden an spezifische mRNAs
> unterdrücken Translation oder fördern deren Aufbau
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RNA-Bindeproteine
= Proteine, die an mRNAs binden und deren Stabilität, Translation oder Lokalisation beeinflussen.
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Protein Regulation über maternale Gene
> In frühen Stadien der Entwicklung sind oft mütterlich vorhandene mRNAs und Proteine entscheidend für die Organisation und frühe Differenzierung.
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Genregulation über Enhancer
> 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
> können auch weit entfernt vom eigentlichen Gen liegen
> für ein Gen kann es unterschiedliche Enhancer geben
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Entwicklung wird kontroliiert von...
> Signalübertragung
> Regulatorische Moleküle
> Regulatorische Moleküle
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Was ist der Rezeptor des Notch/Delta Pathways ?
Notch -> ist ein Membranprotein welcher direkt über Zell-Zellkontakt aktiviert wird
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Funktion Notch Delta pathway
> 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
> 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
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Laterale Inhibition - Notch Pathway
> eine Zelle produziert mehr Delta -> wird zur Signal sendenden Zelle
> aktiviert Notch in der Nachbarzelle -> wird zum Signal Empfänger
> aktiviert Notch in der Nachbarzelle -> wird zum Signal Empfänger
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Laterale Induktion - Notch Pathway
> erste Zelle aktiviert mit Delta, Notch in der Nachbarzelle
> Nachbarzelle bildet ebenfalls Delta aus
> aktiviert nächste Zelle usw.
> Nachbarzelle bildet ebenfalls Delta aus
> aktiviert nächste Zelle usw.
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Wie heißt der Rezeptor vom Wnt Pathway?
Rezeptor: Frizzled
Co-Rezeptor: LRP5/6
> bilden zsm Rezeptorkomplex
Co-Rezeptor: LRP5/6
> bilden zsm Rezeptorkomplex
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Welches Enzym / Proteinabbau Komplex wird bei dem Wnt-Pathway gehemmt wenn Wnt bindet?
Was ist die Folge?
Was ist die Folge?
> 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
> 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
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Definition Nicht-Kanonischer-Wnt-Pathway
> ß-Catenin unabhängige Signalwege
z.B. Planar cell polarity pathway, Wnt/calcium pathway
z.B. Planar cell polarity pathway, Wnt/calcium pathway
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Wie heißt der Rezeptor des Hedgehog-Pathways?
> Patched
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Signalweg wenn Hedgehog bindet:
> 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
> 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
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Wie heißt der Rezeptor im TGF-β-Pathway
> Serin/Threonin Kinase Rezeptoren -> 2 Stück
> bilden Dimer
> bilden Dimer
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Signalkette im TGF-β-Pathway
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
↓
Typ-II-Rezeptor
↓ phosphoryliert
Typ-I-Rezeptor (GS-Box)
↓
Smad2/3 werden phosphoryliert
↓
Smad2/3 binden Smad4
↓
Translokation in den Zellkern
↓
Genexpression wird reguliert
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Wofür steht die Abkürzung FGF
Fibroblast Growth Factor
sind Wachstumsfaktoren welche wichtig sind für:
> Embryonalentwicklung
> Gliedmaßenentwicklung
> Angiogenese (Gefäßbildung)
> Wundheilung
> Zellproliferation
> Zelldifferenzierung
sind Wachstumsfaktoren welche wichtig sind für:
> Embryonalentwicklung
> Gliedmaßenentwicklung
> Angiogenese (Gefäßbildung)
> Wundheilung
> Zellproliferation
> Zelldifferenzierung
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Bedeutung TGF-β für Zelldifferenzierung
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Wie heißt der Rezeptor des FGF Pathways?