Allg.Gen.12_Ãœbung_WS 13_14_Lsg
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1) Thema: Epigene/k a) Was ist mit epigene/scher Vererbung gemeint? Definieren Sie! 12. Übung • Epigene/k beschreibt erbliche Veränderungen in der Genomfunk/on, die ohne eine Änderung der grundsätzlichen DNA-­‐Basensequenz auLreten. Epigene'cs www.toonpool.com 1) Thema: Epigene/k a) Was ist mit epigene/scher Vererbung gemeint? Definieren Sie! 12. Übung • Epigene/k beschreibt erbliche Veränderungen in der Genomfunk/on, die ohne eine Änderung der grundsätzlichen DNA-­‐Basensequenz auLreten. • Die Veränderungen betreffen reversible Modifika/onen der DNA (Cytosin-­‐ Methylierung) und der Histone (Acetylierung, Methylierung, etc.) • die unterschiedlichen Modifika/onen werden ausgelesen und resul/eren in Ak/vierung/Repression der Genfunk/on • typisch reprimierende Faktoren, die zu Heterochroma/nbildung führen, sind: cytosinmethylierte DNA, H3K9me und daran gebundenes HP1, deacetylierte Histone b) Nennen Sie Beispiele epigene/scher Vererbung! • Inak/vierung des 2. X-­‐Chromosoms (= Lyonisa/on); Imprin'ng; Variega/on c) Wie unterscheidet sich ein epigene/sch s/llgelegtes Gen von einem Null-­‐Allel? Null-­‐Allel wird niemals exprimiert; ein epigene/sch inak/viertes Gen kann aber wieder ak/v werden, wenn sich die Chroma/nstruktur verändert d) Warum sind Muta/onen in Genen, bei denen Imprin'ng (Prägung) staeindet, normalerweise dominant? weil bei Genen, die imprin/ng zeigen, i.d.R. nur ein Allel exprimiert wird; Muta/onen im exprimierten Allel wirken daher dominant e) Wenn Säugerzellen in Gegenwart von 5-­‐Azacy/din kul/viert werden, dann führt das zur Expression mancher Gene, die normalerweise inak/v sind. Warum? Umwandlung in entsprechendes Nukleosidtriphosphat und Einbau in DNA bei Replika/on -­‐> DNA-­‐Methylierung an 5er-­‐Posi/on von Cy/din nicht mehr möglich -­‐> kein Imprin'ng mehr möglich 5-­‐Methylcytosin 5-­‐Azacy/din 2) Wahr (W) oder falsch (F)? a) Fakt: Ein Histonoktamer weist bei neutralem pH etwa 142 posi/ve Ladungen auf. Hypothese: In einem Nukleosom werden ca. die Hälte der nega/ven Ladungen der DNA durch Histone neutralisiert. W b) Fakt: Die Dinukleo/d-­‐Sequenz CpG kommt ungewöhnlich selten in unserem Genom vor und ist nicht gleichmäßig verteilt sondern konzentriert sich in sog. CpG-­‐Inseln. Hypothese: Diese CpG-­‐Inseln sind im Laufe der Evolu/on entstanden, weil sie Gene markieren, die selbst in der Keimbahn ak/v und daher an ihrer DNA unmethyliert bleiben. W zur Erinnerung -­‐ Aufgabe 2 aus Übung 8: Imprin'ng, eine epigene'sche S'lllegung von Säuger-­‐Genen, beginnt damit, dass Cytosin innerhalb von CpG DNA-­‐Mo'ven an der C-­‐5 Posi'on durch eine CpG-­‐ spezifische Methylase methyliert wird. Warum kommen CpG Mo've in mensch-­‐ licher DNA ca. 5 mal seltener vor als theore'sch erwartet? C kann spontan desaminieren und dadurch zu U werden; dieses wird als DNA-­‐fremd erkannt und enMernt » gegenüberliegendes G instruiert Erneuerung des C » keine Muta'on; aber: wenn das C bei Desaminierung an C-­‐5 methyliert ist, so resul'ert T, ein natürlicher DNA-­‐Baustein » Zelle kann nicht entscheiden, ob T oder gegenüberliegendes G falsch ist » zwei Möglichkeiten: T wird durch C ersetzt (keine Muta'on) oder G wird durch A ersetzt (Muta'on) CpG Mo've weisen 40fach erhöhte Muta'onsrate auf und sind für 1/3 aller Punktmuta'onen bei Erbkrankheiten verantwortlich 2) Wahr (W) oder falsch (F)? a) Fakt: Ein Histonoktamer weist bei neutralem pH etwa 142 posi/ve Ladungen auf. Hypothese: In einem Nukleosom werden ca. die Hälte der nega/ven Ladungen der DNA durch Histone neutralisiert. W b) Fakt: Die Dinukleo/d-­‐Sequenz CpG kommt ungewöhnlich selten in unserem Genom vor und ist nicht gleichmäßig verteilt sondern konzentriert sich in sog. CpG-­‐Inseln. Hypothese: Diese CpG-­‐Inseln sind im Laufe der Evolu/on entstanden, weil sie Gene markieren, die selbst in der Keimbahn ak/v und daher an ihrer DNA unmethyliert bleiben. W c) Homöodomänen ähneln in ihrem DNA-­‐Bindemechanismus helix-­‐loop-­‐helix Mo/ven. F d) Leucine zipper Mo/ve ähneln in ihrem DNA-­‐Bindemechanismus helix-­‐loop-­‐helix Mo/ven. W zur Erinnerung: einige DNA-­‐Bindedomänen Homöodomänenproteine (kontrollieren viele Entwicklungsprogramme) helix-­‐turn-­‐helix Mo'v (vgl. Lac-­‐ & λ-­‐Repressor, CAP, u.v.a. bakt. Transkript.regulatoren) leucine zipper Mo'v (pinzecenar'ge Struktur aus zwei langen α-­‐Helices Dimerisierung über coiled coil, in dem Leu-­‐Reste hydrophobe Wechselwirkungen eingehen) helix-­‐loop-­‐helix Mo'v (zwei α-­‐Helices durch flexible Schleife getrennt) leucine zipper and HLH proteins: -­‐ basische Reste in α-­‐Helices ragen in die große Furche der DNA -­‐ erweitertes Spektrum von DNA-­‐Binde-­‐ spezifität durch Heterodimerisierung 2) Wahr (W) oder falsch (F)? a) Fakt: Ein Histonoktamer weist bei neutralem pH etwa 142 posi/ve Ladungen auf. Hypothese: In einem Nukleosom werden ca. die Hälte der nega/ven Ladungen der DNA durch Histone neutralisiert. W b) Fakt: Die Dinukleo/d-­‐Sequenz CpG kommt ungewöhnlich selten in unserem Genom vor und ist nicht gleichmäßig verteilt sondern konzentriert sich in sog. CpG-­‐Inseln. Hypothese: Diese CpG-­‐Inseln sind im Laufe der Evolu/on entstanden, weil sie Gene markieren, die selbst in der Keimbahn ak/v und daher an ihrer DNA unmethyliert bleiben. W c) Homöodomänen ähneln in ihrem DNA-­‐Bindemechanismus helix-­‐loop-­‐helix Mo/ven. F d) Leucine zipper Mo/ve ähneln in ihrem DNA-­‐Bindemechanismus helix-­‐loop-­‐helix Mo/ven. W e) Bromodomänenproteine binden an acetylierte Histone. W f) Chromodomänenproteine binden an methylierte DNA. F z.B. TFIID z.B. HP1 3) Kann es sein, dass zwei Schwestern unterschiedliche Allele eines Gens exprimieren, welches imprin/ng zeigt? Begründen Sie Ihre Antwort! Ja! Imprin/ng wird während der Meiose vorübergehend rückgängig gemacht und in den Keimzellen dann wieder gemäß dem jeweiligen Geschlecht neu etabliert. Das Chromosom 11 (mit Igf2/H19) vom Vater/Spermium könnte bei einer Tochter also von der Oma stammen und bei der anderen vom Opa... 4) Sie wollen lebensfähige Mäuse mit rein weiblichen Eltern erzeugen. Wie würden Sie vorgehen? Wie würden Sie das IGF2-­‐H19 imprin/ng-­‐Zentrum gentechnisch manipulieren? Sie müssten eine transgene Maus mit einer (homozygoten) Dele/on von ICR und H19 erzeugen. Diese Region wird in Spermien (nicht aber in Oozyten) durch DNA-­‐ Methylierung s/llgelegt und daher auch als DMR (differenziell methylierte Region) bezeichnet. Das haploide Genom einer entsprechenden Oozyte mit männlichem Imprin/ng-­‐Muster, müssten Sie dann in eine reife Oozyte einer wildtypischen Maus einschleußen. Tatsächlich reicht es schon die DMR von IGF2-­‐H19 und ein weiteres Imprin/ng Zentrum zu dele/eren, um lebensfähige Mäuse mit zwei Mürern zu erzeugen. Nähere Info: Nature Methods 4 (2007) 772-­‐773. 5) Das unten stehende Bild zeigt die Verteilung der rhomboid mRNA (blau) in einem von ventral betrachteten Drosophila-­‐Embryo. Dieses Expressionsmuster von rhomboid wird von einem antagonis/schen Transkrip/onsak/vator/-­‐ repressor-­‐Pärchen kontrolliert. Deuten Sie deren Verteilung in dem freien Koordinatenfeld an, um das gezeigte rhomboid Expressionsmuster zu erklären. Tipp: Beide Transkrip/onsregulatoren weisen nur je ein Expressionsmaximun auf. Menge des Ak/vators Menge des Repressors