DNA Rekombination

Question 1

homologe DNA-Rekombination

Answer 1

ein sehr präziser Austausch zwischen (fast) identischen (d.h. homologen)
DNA-Doppelsträngen

Question 2

Wo und wofür ist die homologe DNA-Rekombination wichtig?

Answer 2

• findet in allen Organismen statt
• für Reparatur von DNA-Schäden (bei der DNA-Replikation zur Reparatur von DNA-Brüchen oder anderen DNA-Schäden)
• für die korrekte Paarung homologer Chromosomen bei der Meiose
–> bei Eukaryoten: homologe DNA-Rekombination während der Meiose (Voraussetzung für die
Paarung der homologen Chromosomen)
–> Spo11 erzeugt Doppelstrangbrüche
• für genetischen Austausch
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Question 3

Mechanismus der homologen DNA-Rekombination

Answer 3

erfolgt schrittweise und kontrolliert
1. Bruch in der DNA
2. Prozessieren des DNA-Bruchs (überstehende 3’-Einzelstrang-DNA)
3. Stranginvasion
4. DNA-Synthese
5. Auflösung oder Bildung einer zweiten Holliday-Kreuzung
6. Wanderung der Holliday-Kreuzungen (branch migration) –> Genkonversion durch Heteroduplex
7. Auflösung der Holliday-Kreuzungen (Rekombination oder
Auflösung ohne Rekombination)
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Question 4

Rekombinationshäufigkeit

Answer 4

⇒ Maß für die Distanz der Allele auf einem Chromosom

⇒ Erstellen von Genkarten

Question 5

homologe Rekombination und genetischer Austausch

Answer 5

• bei Bakterien: homologe DNA-Rekombination nach horizontalem Transfer von DNA
• Transformation (Aufnahme von DNA z.B. von
  anderen Bakterien)
  • Konjugation (DNA-Transfer durch konjugative
  Plasmide, z.B. F-Plasmid)
  • Transduktion (DNA-Transfer durch Phagen
  = bakterielle Viren)

Question 6

vertikaler Gentransfer

Answer 6

Von Parental- auf Filialgeneration

Question 7

sequenzspezifische Rekombination

Answer 7

• erfolgt an spezifischen Rekombinationstellen
• wird durch Rekombinasen katalysiert
• ermöglicht z.B. die Integration/Exzision von Phagen
• wird in der Forschung für die Konstruktion von Mutanten und konditionalen Mutanten verwendet (z.B. Mausgenetik)

Question 8

Transposition - Allgemein

Answer 8

• ein Transposon ist ein mobiles DNA-Element
• die Transposition wird durch spezifische Rekombinasen (Transposase) katalysiert
• die Zielsequenz ist nicht-spezifisch (-> zufälliges Ziel)
• durch die Transposition entstehen möglicherweise Mutationen, die TranspositionsHäufigkeit ist jedoch gering
• durch die Transposition können Gene neu kombiniert werden (z.B. multiple
  Antibiotika-Resistenz bei Bakterien)

Question 9

sequenzspezifische DNA-Rekombination

Answer 9

• Rekombination an spezifischen Stellen
• Austausch zwischen nicht-homologen DNA-Strängen
• je nach Anordnung der spezifischen Rekombinations-Stellen entsteht eine Insertion, Deletion oder Inversion
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Question 10

Rekombinasen

Answer 10

• Rekombinasen binden sequenzspezifisch und katalysieren die Rekombination (4 Bindestellen)
• Tyrosin-Rekombinasen katalysieren die Rekombination in 2 Schritten (kovalente Bindung zwischen Tyrosin und 3’-Phosphat-Gruppe der DNA)
• Serin-Rekombinasen spalten alle 4 DNA Stränge und katalysieren dann den Strangaustausch
  (kovalente Bindung zwischen Serin und 5’-Phosphat-Gruppe der DNA)
  1. Bindung und Spaltung der DNA
  2. Strangaustausch
  3. Schließung der DNA-Stränge und Freisetzung der Rekombinase

Question 11

biologische Bedeutung

Answer 11

• z.B bei Phagen (bakterielle Viren)
  Integration der DNA in das Bakterien-Genom durch Integrase (eine Rekombinase)
• z.B. Phasenvariation von Oberflächen-Antigenen bei Salmonella
  die Rekombinase Hin katalysiert die sequenzspezifische Inversion des flj-Promotors P (=Startstelle der
  Transkription
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Question 12

Anwendung

Answer 12

Konstruktion von spezifischen Mutanten in Modellorganismen

Question 13

Transposition

Answer 13

• Verlagerung oder Kopieren eines Elements von einer DNA-Stelle an eine andere DNA-Stelle
  (eine spezielle Form der Rekombination)
  ABBILDUNGEN

Question 14

Transposons

Answer 14

= transponierbare Elemente

• sind in allen Genomen vorhanden
• humanes Genom: ~50% Transposons, ~2% Protein-kodierend

Question 15

3 Klassen transponierbarer Elemente

Answer 15

(a) DNA-Transposons
- “cut and paste” Mechanismus (oder replikativer Mechanismus) der Transposition
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(b) Virus-ähnliche Retrotransposons und Retroviren
- Transposition über RNA-Zwischenstufe
(c) Poly(A)-Retrotransposons
- Transposition über RNA-Zwischenstufe
Gemeinsamkeiten:
• keine (gering) spezifische Zielsequenz –> es entstehen Mutationen
• Zielsequenz-Repeat (in blau)
• nur (a) und (b): terminale invertierte Sequenzwiederholung (in grün)
ABBILDUNGEN