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Molekularbilolgie 2024/25 > Epigenetics > Flashcards

Epigenetics Flashcards

Vorlesung 4

1
Q

Was ist Epigenetik?

A

Vererbbare Veränderungen der Genexpression ohne Veränderung der DNA-Sequenz

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2
Q

Welche zwei Veränderungen der DNA bzw. Chromosomen sind die Grundlagen der Epigenetik?

A

Histonmodifikation -> Chromatinstrukturmodifikation
DNA Methylierung

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3
Q

Woraus besteht das Nukleosom?

A

147 bp “aufgerollt” auf ein Histonoktamer (H2A, H2B, H3, H4)

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4
Q

Welche Aufgaben hat das Linkerhiston H1?
Wie viele Varianten gibt es?

A

11 Varianten in Menschen

Aufgaben: 1. Kontrolle lokaler Chromatinverdichtung
2. 3D Genomorganisierung
3. Modulation einiger Histon PTMs

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5
Q

Welche Histonvarianten sind im Centromer spezifisch?

A

CenP-A (Histon H3 Variante)
CenP-N (Ersetzt Histon H1)

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6
Q

Wo befinden sich die Chromatinregionen im Zellkern abhängig von ihrer Aktivität?

A

inaktiv: nahe der Kernlamina
A-Compartments (aktives Euchromatin): Nahe dem Kernzentrum
B-Compartments (inaktives Heterochromatin): näher an der Peripherie

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7
Q

Wie ist DNA innerhalb des Chromatins organisiert?

A

Durch Formung topologisch assoziierter Domänen (TADs), separiert durch Strukturproteine, z.B. CTCF oder Cohesin

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8
Q

Wofür sind TADs notwendig?

A

Regulation der Genomaktivität, bzw. Regulation von Interaktion verschiedener Teile des Genoms (z.B. Enhancer interagiert nut mit Promotor in selber TAD)

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9
Q

Was ist der Histon Code?

A

Die Kombination der Posttranslationalen Modifikationen der Histone tails des Genoms

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10
Q

Nenne vier Möglichkeiten zur posttranslationalen Modifikation von Histon Tails

A

Acetylierung
Methylierung
Phosphorilierung
Ubiquitinierung

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11
Q

Welche Auswirkungen haben Histonacetylierung und -methylierung normalerweise?

A

(Hyper)Acetylierung: Transkriptionsförderung
(Hyper)Methylierung: Transkriptionsunterdrückung oder Transkriptionsförderung

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12
Q

Nenne drei aktivierende und zwei unterdrückende Modifikationen

A

Aktivierend: H3K4me2/3, H3K36me2/3, H3K27ac
Unterdrückend: H3K9me3, H3K27me3

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13
Q

Welche Enzyme/Proteinstrukturen werden für die Veränderung des Histoncodes benötigt?

A

Writer: Acetylasen, Metylasen, Phosphorylasen
Eraser: Deacetylasen, Demethylasen, Phosphatasen
Reader: Bromodomänen (ac-histone), Chromodomänen (methyliertes Lysin), PHD-Finger, WD40 repeat

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14
Q

Was ist Heterochromatin?

A

Geschlossene Form von Chromatin;
genomische DNA größtenteils inaktiv
H3K9me3 und H3K27me3: typisch für Heterochromatin
Hohe Konzentration von Histon H1

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15
Q

Welche zwei Arten von Heterochromatin gibt es?

A

Fakultativ
Constitutiv

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16
Q

Was unterscheided fakultatives und constitutives Heterochromatin

A

Fakultativ:
-Kann durch z.B. Entwicklungsimpulse geöffnet werden
-Enthält H3K27me3 modifikation

Constitutiv:
-Epigenetisch gesicherte, identische Lokation in jedem Zelltyp
-Enthält H3K9me3 modifikation
-HP1(Histon Protein 1)-Bindung spezifisch an H3K9me3; starke suppression, schwerer zu öffnen

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17
Q

Mit welcher Domäne bindet HP1 an H3K27me3 und an wie vielen Nukleosomen?

A

Chromodomäne an zwei Nukleosomen

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18
Q

Wie kann sich Heterochromatin “ausbreiten”?

A

Reader-Writer komplex methyliert nächstes Histom nach Erkennung von Methylierung an Histon. Kettenreaktion

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19
Q

Nenne vier Möglichkeiten zum Stoppen der Ausbreitung von Heterochromatin

A
  1. Nucleosome depletion
  2. Nucleosome Turnover
  3. entgegengesetzte PTM (z.B. Acetylierung)
  4. PTM vermittelte Eraser-Rekrutierung
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20
Q

Was ist Position Effect Variegation?

A

stochastisches, meta-stabiles Silencing eines Euchromatingens durch Ausbreitung von Heterochromatin,

führt zu verschiedenen Phänotypen im selben Gewebe

Blockiert durch Barrierenelemente

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21
Q

Was ist das Polycomb-System?

A

evolutionär konserviertes system zur Gensupression durch Polycomb- Protein

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22
Q

in welcher Spezies wurde Polycomb entdeckt?

A

Drosophila. Orthologe in Humangenom existieren

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23
Q

Welchen Zweck hat das Polycomb-System?

A

erstellung von fakultativen Heterochromatindomänen zur Gensupression wärend der Entwicklung. Insbesondere involviert in Supression von X-Chromosom

24
Q

welche Modifikationen führt der Polycomb-Proteinkomplex aus?

A

PCR (Polycomb Repressive Complex) 1: H2AK119Ub1
PCR 2: H3K27me1,2,3

25
Nenne drei Wege, auf welche der Polycomb Komplex seine Ziele findet
1. Sequenzspezifische DNA-bindungsfaktoren 2.lncRNAs bindend an spezifische Chromatin Sites (z.B. XIST für X-Chromosomensupression) 3. Erkennung nicht methylierter CpG-inseln durch einige PCR untereinheiten
26
Was sind Polycomb Chromatin Domains?
Große Chromatinbereiche (>10 kbp) welche durch Interaktion von PCR 1 und 2 unterdrückt werden. Merkmale: Hohes Vorkommen von H2AK119Ub1 und H3K27me3, sowie hohe Konzentration von Polycomb proteinen
27
Bilden alle Polycomb Targets eine Domäne?
Nein. Nur in nicht- oder schwach transkribierten Genarealen
28
Was sind Polycomb-Körper?
Interaktion von Polycombdomänen, führend zu lang reichenden 3d-interaktionen
29
Was ist das Trithorax-System?
Antagonist zu Polycomb, Hebt Polycomb domänen auf, erlaubt Transkription. Merkmal: hohe Konzentration von H3K4me3
30
Wozu wird der Antagonismus von Polycomb und Trithorax benötigt?
Entscheidung des Zelschicksals durch on/off regulation kritischer Gene wärend der Entwicklung
31
An welcher Base wird DNA methyliert?
Pyrimidin ring position 5' in Cytosin
32
Wo findet DNA-Methylierung meistens statt?
CpG-Sites (Oft stark Methyliert) Intergene Regionen (unterdrückung schädlicher Gene, z.B. virale genome) CpG-Inseln (Selten, für stabiles Silencing von Genen) Genkörper (Nach erstem Exon assoziiert mit höherer Expression in sich teilenden Zellen, Mechanismus unklar)
33
Welche zwei arten der DNA Methylierung gibt es und worin liegt der Unterschied?
De Novo methylierung: Methylierung von zuvor unmethylierter dsDNA auf beiden strängen als Reaktion auf äußere Faktoren. Enzym: DNMT 3 a/b Maintenance-Methylierung: Methylierung von Hemimethylierter DNA, vorkommend wärend DNA replikation zur Vererbung von Histon Code. Enzym: DNMT 1
34
Wie blockiert Methylierung Gentranskription?
1. Blockierung von TF-Bindung 2. Rekrutierung von repressiven Proteinen
35
Interagieren die verschiedenen epigenetischen Mechanismen miteinander? Wenn ja, wie.
Ja. -Histonmodifikation beeinflusst Methylierung durch Regulation von DNMT u.ä. -DNMTs und MBDs interagieren mit Histonmethyltransferase und -deacetylase -DNA Methylierung reguliert miRNA expression, miRNAs regulieren Histonmodifikation und DNMT expression
36
Nenne vier wichtige Aufgaben der DNA-Methylierung
1. Silencing retroviraler Genome 2. regulation von gewebespezifischer Genexpression 3. genomic imprinting 4. X-Chromosom silencing
37
Nenne zwei Krankheiten assoziiert mit Mutation von MeCP2 (Methylation reader)
Rett Syndrom (loss of function in females) MeCP2 duplication syndrome (extra MeCP2 in males)
38
Was ist genomic imprinting?
ein epigenetisch regulierter Prozess zur Sicherstellung der Expression von Genen auf elternspezifische Art und Weise
39
wie viele Gene im Menschen sind von genomic imprinting betroffen?
~200
40
Wie ist die Expression der imprinted genes aufgeteilt?
im schnitt 21% maternale expression 67% paternale expression 1% isoformspezifisch 11% unbekannt
41
Wie wird die Expression von imprinted genes kontrolliert?
Methylation der Imprinting Control Region (ICR) (differentiell methylierte Region zwischen den zwei Chromosomen)
42
Welche Regulationsfaktoren sind für genomic imprinting entscheidend?
DNA-Methylierung Chromatinstruktur ncRNA
43
Über wie viele Generationen hält genomic imprinting?
eine, etabliert in reifen Keimzellen des Vorläufers, gelöscht in Gametenvorläufer des Nachkommens
44
Welche Auswirkung auf das Embryowachstum hat das Imprinting?
Maternaler Imprint: H19 aktivierung; lgf2 deaktivierung -> Verlangsamung des Wachstums Paternaler imprint gegenteilig.
45
Nenne eine Krankheit welche durch imprinting probleme entsteht, sowie das betroffene Chromosom und die generelle Ursache
Silver-Russell-Syndrom Chromosom 11p15, loss of methylation
46
Wozu dient die X-Chromosom deaktivierung?
dosage compensation des X-Chromosoms
47
wie wird das vollständig inaktivierte X-Chromosom genannt?
Barr-körperchen
48
Nenne neun Merkmale von Barr-körperchen
1. Kompaktes Heterochromatin 2. lokation: Kernperipherie oder nahe nucleolus 3. besondere 3d-struktur (2 megadomänen mit häufigem long range kontakt, separiert durch Scharnierstruktur) 4. späte replikation (späte hälfte der S-Phase) 5. starke DNA Methylation 6. starke H3K9 und H3K27 methylierung 7. geringe histonacetylierung 8. geringe H3K4 methylierung 9. Ummantelt von XIST-RNA
49
Nenne ein frühes Zeichen für XCI
inkorporation von MacroH2A Histonvariante
50
Ist die XCI in allen Zellen gleich?
Nein. Zu in früher Embryonalentwicklung wird ein X-Chromosom( maternal/paternal) zufällig ausgewählt und inaktiviert, was über diese Zelllinie beibehalten wird -> tissue mosaicism
51
Findet XCI bei Männern normalerweise vollständig statt?
Nein. Bei Männern liegt im Normalvall nur ein X-Chromosom vor. Dieses wird dementsprechend nicht inhibiert
52
Wo startet XCI?
XIC (X-Inactivation Centre), enthält XIST locus
53
Wann startet XCI und wie?
Frühes Embrionalstadium, Biallele XIST Expression, auch in Männern, Konkurenz mit XACT verhindert vollständige Inaktivierung. Später monoallele XIST expression, XCI.
54
Wirkt XIST in Cis oder Trans?
Cis
55
Wie viele Angriffspunkte had XIST auf dem Chromosom?
28
56
Welche Schritte erfolgen nach der Anlagerung von XIST?
1. Rekrutierung von Chromatinregulatorkomplexen und Abstoßung von RNAP II 2. Rekrutierung von Repressionskomplexen (PCR 1 und 2, Histonnmethyltransferase) 3. XCI Aufrechterhaltung durch DNA Methylierung und Incorperation von macroH2A

Molekularbilolgie 2024/25 (14 decks)

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