Klausurfragen Flashcards
Nennen Sie die 5 entscheidenden biologischen Prozesse der Entwicklung.
- Zellteilung
- Musterbildung
- Gestaltbildung
- Zelldifferenzierung
- Wachstum
Nennen Sie die 4 Grundprinzipien der Entstehung zellulärer Diversität bei der Musterbildung und führen Sie jeweils ein Beispiel an.
- Asymmetrische Zellteilung: die Tochterzellen bekommen verschiedene Determinanten P-Granula
- Lateralinhibition: benachbarte Zellen schalten sich gegenseitig aus, sodass nur Zellen mit einem gewissen Abstand aktiv sind
- Induktion: z.B. induziert ein Organisator Determinationsvorgänge auf das benachbarte Gewebe oder Induktionsketten
- Morphogen-Gradienten: ein bestimmtes Molekül (Morphogen) liegt in unterschiedlicher Konzentration im Embryo vor und bestimmt damit die Positionsinformation und wie sich die Zellen entwickeln
Nennen Sie die 3 Grundprinzipien der Entwicklung bei der Gestaltbildung und führen Sie jeweils ein Beispiel an.
- Zellformveränderung: Neuralrohr
- Zellwanderung: Neuralleistenzellen
- Apoptose: Gehirnentwicklung
Nennen Sie den Modellorganismus, an dem die Apoptose ursprünglich entdeckt wurde, und die Besonderheit des Modellorganismus, welche zur Entdeckung der Apoptose entscheidend beigetragen hat.
- Caenorhabditis elegans
* Zellkonstanz und ein invarianter Zellstammbaum
Beschreiben Sie die beiden frühen Induktionsprozesse während der Furchungsteilungen des Embryos von Caenorhabditis elegans, und geben Sie an welche Signaltransduktionskaskaden jeweils beteiligt sind.
- Delta-Notch (juxtarine Signaltransduktion)
- Wnt-Frizzled (parakrine Signaltransduktion)
- Delta in der P2-Zelle signalisiert über Notch der ABp-Zelle, dass sie die ABp-Zelle ist
- wnt in der P2-Zelle signalisiert der EMS-Zelle über frizzled, dass sie zur MS- und E-Zelle wird
Welchen Einfluss haben heterochrone Gene auf die Entwicklung.
• sie bestimmen den zeitlichen Anlauf der zellulären Ereignisse
Wie funktionieren microRNAs?
- microRNAs sind nicht-translatierte, post-transkriptionell-regulatorische Elemente
- sie binden an bestimmte (revers komplementäre) mRNA-Sequenzen und regulieren somit deren Translation
- Beispiel lin4 und lin14
Nennen Sie die drei Haupttypen der cytoskelettbildenden Proteinfilamente
- Aktin
- Mikrotubuli
- Intermediär-filamente
Nennen Sie zwei Motorproteine, sowie deren Transportbahnen und Transportrichtungen.
- Kinesin – Mikrotubuli – anterograder Transport (vom Nucleus weg)
- Dynein – Mikrotubuli – retrograder Transport (zum Nucleus)
- Myosin – Aktin
Welche Funktion führt das Protein Dynein aus?
• transportiert Mitochondrien in Richtung Nucleus
Welche Funktion führt das Protein Kinesin aus?
• transportiert Mitochondrien weg von Nucleus
Beschreiben Sie ein Bespiel zur Translationskontrolle, das bei der frühen Entwicklung des Drosophila melanogaster Embryos eine entscheidende Rolle spielt.
Bicoid bindet an caudal, wodurch die TF nicht binden können und es nicht zur Transkription von caudal kommt.
Welche mechanistischen Ähnlichkeiten weisen bei Drosophila melanogaster das terminale und das dorsoventrale maternale System auf?
Es läuft über Transmembranrezeptoren und Signaltransduktionswege ab und die Signale werden von den Follikelzellen sezerniert.
Welche mechanistischen Ähnlichkeiten weisen bei Drosophila melanogaster das anteriore und das posteriore maternale System auf?
Lokalisierte mRNA spielt eine bedeutende Rolle und wird maternal von den Nährzellen vererbt.
Nennen Sie einen morphogenetischen Gradienten der bei der Musterbildung entlang der dorsoventralen Achse des Drosophila-Embryos eine entscheidende Rolle spielt. (1 P) Erklären Sie, wie dieser morphogenetische Gradient entsteht. Erklären Sie, wie dieser morphogenetische Gradient die Musterbildung reguliert.
Ventral ist Teig aktiviert, über Signaltransduktionswege bindet Spätzle an Toll, wodurch dorsal in den Kern transportiert wird. Dorsal sorgt für die Ausbildung von ventralen Strukturen und die Hemmung von dorsalen Strukturen.
Nennen Sie einen morphogenetischen Gradienten der bei der Musterbildung entlang der anteroposterioren Achse des Drosophila-Embryos eine entscheidende Rolle spielt. (1 P) Erklären Sie, wie dieser morphogenetische Gradient entsteht. Erklären Sie, wie dieser morphogenetische Gradient die Musterbildung reguliert.
Bicoid aktiviert hunchback schon bei geringer Konzentration, aber Gap-Gene brauchen mehr bicoid.
Welche Ähnlichkeiten zwischen Arthropoden und Vertebraten bei der Musterbildung entlang der dorsoventralen Achse haben zur Theorie der „Urbilateria“ geführt.
Invertierte Achsen: Unterscheidung von neuraler und abneuraler Seite.
Nennen Sie 3 Beispiele für parakrine Signaltransduktionskaskaden und 1 Beispiel für eine juxtakrine Signaltransduktionskaskade (4 P) und geben Sie für jedes Beispiel einen entwicklungsbiologischen Prozess an, bei dem die entsprechende Signaltransduktionskaskade beteiligt ist. (4 P).
- parakrin: wnt-frizzled (frühe Zelldifferenzierung bei C. elegans), hedgehog (Flügelbildung) (beide auch bei der Bildung der Segmente), torso (terminales System beim Embryo)
- juxtarin: delta-notch (C. elegans)
Was versteht man unter klonaler Restriktion und einem Kompartiment.
Zelllinien, an denen sich die Gewebe/Zellen nicht vermischen.
Nennen Sie 3 Besonderheiten, die homöotische Auswahl-Gene in Bezug auf ihre Anordnung im Genom und ihre Funktion aufweisen.
• Kolinearität: sie sind so angeordnet wie sie im Körper expressiert werden
• die Gene, die sich weiter hinten auf dem Genom befinden, sind gegenüber den weiter vorne dominant
- Anordnung in einem Genkomplex
- Daueraufzeichnung
Was bewirken die Aktivitäten der Gene der Trithorax-Gruppe und was die der Polycomb-Gruppe?
- Trithorax: dauerhaft angeschaltet
* Polycomb: dauerhaft gehemmt
Nennen Sie 4 Möglichkeiten, wie Veränderungen bei den Hox-Genen im Laufe der Evolution Entwicklungsprozesse modifizieren können und geben Sie jeweils ein Beispiel an.
- Veränderung im Expressionsmuster (Halswirbel)
- Veränderung in der Proteinfunktion (ubx unterdrückt die Bildung von Beinen bei Insekten im Abdomen)
- Veränderung in der Anzahl (mehr Gene = mehr Strukturen)
- Veränderung in den cis-regulatorischen Elementen von Zielgenen (Hinterflügel bei Holometalbolen)
Nennen Sie 4 DNA-bindende Motive von eukaryotischen Transkriptionsfaktoren.
- Helix-turn-Helix-Motiv
- Zinkfinger-Motiv
- Helix-Loop-Helix-Motiv
- Leucin-Zipper
Beschreiben Sie 2 Verfahren, durch die die DNA-Sequenz bestimmt werden kann, an die ein bestimmter Transkriptionsfaktor bindet.
SELEX: markierte Sequenzen auf protein, bindet die sequenz, mehrere Kreisläufe
ChIP: Dauerhafte bindung durch antikörper, klein teilen, löscht verbindung, vervielfältigen
Beschreiben Sie ein Verfahren, durch das Transkriptionsfaktoren isoliert werden können, die eine bestimmte DNA-Sequenz binden.
DNA-Affinitätschromographie: Proteine auf DNA, TF binden, nicht bindende wegspülen, gebundene isolieren, das gleiche mit bestimmter DNAseq,
Nennen Sie 4 Möglichkeiten, wie die Aktivität von eukaryotischen Genregulatorproteinen moduliert werden kann. Geben Sie für jede Möglichkeit ein molekulares Beispiel aus dem Bereich der Entwicklungsbiologie an.
- Ligand: Kernrezeptoren
- Phosphorylierung: Rezeptor-Tyrosin-Kinase
- Sub-units
- demaskierung: dorsal/toll
- spaltung von der Mambran: Notch
Nennen Sie 5 unterschiedliche Repressionsmechanismen der eukaryotischen Transkription.
- überlappende DNA-Bindungsstellen (eve2)
- Repressor verdeckt die aktivierende Domäne
- Repressor in Kontakt mit dem generellen Transkriptionsfaktor
- Verpackung der DNA
- Abbauen der Transkriptionsfaktoren
Erklären Sie den Unterschied zwischen Vorwärts-Genetik und Rückwärts-Genetik (1 P) und geben Sie für jeden Typus jeweils 2 Verfahren zur Erzeugung von mutanten Phänotypen an.
• Vorwärts: eine Mutation wird untersucht, um herauszufinden welches Gen betroffen ist
->Zufallsmutagenese (Transposons), Kreuzung, Bestrahlung
• Rückwärts: Gen wird mutiert, man guckt was an dem Embryo anders ist
-> homologe Rekombination, CRISPR/Cas9
Nennen Sie das entwicklungsbiologische Grundprinzip, bei dem sich aus einer Gruppe von Zellen, die alle das gleiche Entwicklungspotential besitzen, nur eine Zelle durchsetzt und entsprechend ausdifferenziert. (1 P) Geben Sie zudem ein Beispiel für einen Entwicklungsprozess, bei dem dieses Prinzip angewandt wird.
- lateralinhibition
- sensorische Mutterzelle
Benennen Sie die drei Phasen der neuronalen Entwicklung.
- primäre Neuronenentwicklung
- Axonenwegfindung
- Verschaltung (Synapsenbildung)
Nennen Sie 4 fundamentale Eigenschaften von Stammzellen (2 P) und nennen Sie zwei Möglichkeiten, wie nach der Teilung einer Stammzelle, Tochterzellen mit unterschiedlichen Schicksalen hervorgebracht werden können.
- selbst nicht spezialisiert
- können sich teile
- könne sich über einen langen Zeitraum selbst erneuern
- können sich zu spezifizierten Zellen eines bestimmten Gewebes differenzieren
- durch asymmetrische Zellteilung (unterschiedliche Verteilung von Determinanten) und durch unterschiedliche Nischen
Was versteht man unter Homöostase? Nennen Sie drei Gewebe die dieser Art der Regulation unterliegen und zwei der dabei beteiligten Faktoren.
- unter Homöostase versteht man die Regulation der Größe von Organen
- Beispiele: Flügel, Leber und Fettgewebe(Leptin)/Muskelgewebe (Myostatin)
Nennen Sie sechs Eigenschaften von Zellen mit krebsartigem Wachstum.
- Missachtung der internen und externen Signale zur Regulation der Zellproliferation
- Vermeidung der Apoptose
- Umgehung von programmierten Beschränkungen der Proliferation durch Vermeidung von Differenzierung und replikativer Zellalterung
- genetische Instabilität
- Verlassen des Heimatgewebes: Invasivität
- Überleben und Vermehrung an fremden Stellen: Metastasen
Was versteht man unter einem Reportergen und nennen Sie zwei Beispiele für häufig eingesetzte Reportergene.
- das sind Gene, die die Transkriptionsaktivität anderer Gene widerspiegeln, ohne diese zu beeinflussen
- LacZ/GUS
- photoaktivierbares EGFP
Nennen Sie 3 lichtmikroskopische Verfahren, durch die Sie eine Kontrastverstärkung des zu beobachtenden Gewebes hervorrufen können.
- Phasenkontrast oder Interferenzfilter
- DSLM
- STED (Anmach- und Ausmachlicht genaues Bild bei überlagerung)
Wie ist ein eukaryotisches Gen aufgebaut und wie erfolgt transkriptionelle Regulation?
• besteht aus Promotor, Transkriptionsstart (TATA-Box), codierender Bereich, nicht-translatierter Bereich und Intron
Was ist ein Gen-Locus und was sind Allele? Was bedeutet „homo- und heterozygot“?
- Gen-Locus: Stelle im Genom, an dem sich das Gen befinder
- Allele: Variationen eines Gens auf den homologen Chromosomen
- homozygot: wenn die Gene der homologen Chromosomen das gleiche Allel trägt
- heterozygot: wenn die Gene der homologen Chromosomen unterschiedliche Allel tragen
In welchen Schritten läuft ein Vorwärts-genetischer Screen ab? Was ist der Unterschied zu Rückwärts-Genetik? Was ist der Nachteil der Rückwärtsgenetik?
- Vorwärtsgenetik: man hat einen Mutanten und untersucht welches Gen defekt ist
- Rückwärtsgenetik: man nimmt ein Gen, sorgt für eine Mutation an diesem Gen und findet dadurch die Funktion dieses Gens
- Nachteil Rückwärtsgenetik: man findet keine neuen Gene
Wie funktionieren die verschiedenen Methoden der Rückwärtsgenetik, um Genfunktion zu reduzieren bzw auszuschalten?
- CRISPR/Cas9: angeborene bakterielle Immunantwort: schneidet Gen an bestimmter Stelle
- homologe Rekombination: Chromosomenabschnitt mit Mutation wird durch das des Schwesterchromatids ersetzt, kann ausgenutzt werden, um eine Wunschsequenz einzusetzen
- binäres Missexpressionssystem: Kreuzung von zwei Stämmen
Wie ist ein Transposon aufgebaut? Wie muss ein Transposon verändert werden, damit es universell für die Transgenese in vielen Organismen geeignet ist?
- Transposons bestehen aus reversen Sequenzen an den beiden Enden
- brauchen eine Transposase, die keine Wirtsfaktoren benötigt
Welche Methoden zur Missexpression von Genen gibt es und wie funktionieren sie?
- Hitzeschock-vermittelte Missexpression: Translation erfolgt nur, wenn ein Hitzeschockereignis auftritt
- binäres Missexpressionssystem: Kreuzung von einem Stamm mit Enhancer und einem Stamm mit Protein, das den Enhancer bindet und damit die Transkription auslöst
Welche Methoden gibt es, um herauszufinden, in welchen Zellen ein Gen aktiv ist und wie funktionieren sie?
- Whole mount in situ hybridization: markierte Antisense-Probe wird hergestellt, Hybridisiert und Antikörper mit fluoreszierendem Farbstoff oder Enzym werden hinzugefügt
- Immunhistochemie: primärer und sekundärer Antikörper werden zum Embryo hinzugegeben und durch Farbreaktion oder Fluoreszenz wird die Aktivität ermittelt
Welche Methoden gibt es, um die Höhe der Genexpression zu bestimmen und wie funktionieren sie?
- DNA-Arrays:
- Quantitative real time PCR:
- RNAseq:
- Single cell sequencing
Unterschied klassische Fluoreszenz-Mikroskopie und konfokale Mikroskopie
• bei der konfokalen Mikroskopie wird je nur ein Punkt beleuchtet
Verschiedene Arten der Rekonstruktion von 3D Objekten aus 2D Abbildungen.
- Rekonstruktion aus Schichten: in jedem Schnitt werden Umrisse definiert und übereinander gelegt
- Blockface-EM: Schnitte werden mit einem Microtom im EM gemacht und die zurückgestrahlten Elektronen werden aufgenommen
Was ist ein Organisator und wie wird er experimentell gezeigt?
- ein Organisator induziert auf das umliegende Gewebe, wie es sich differenzieren soll
- durch Rekombinations-Experimente
Wie läuft konvergente Extension ab?
• Zellen schieben sich ineinander
Welches Gewebe wird während der Somitogenese segmentiert und baut dann die sich wiederholenden Wirbel, Muskeln etc auf?
• paraxiales Mesoderm
Kräfte und Zellbewegungen, die an der Neurulation beteiligt sind.
- konvergente Extension
- Verlängerung der Mikrotubuli
- Kontraktion der Aktinfilamente
Was sind die molekularen Signale, die Neuronen des Neuralrohrs unterschiedlich machen?
- der Länge nach: Hox-Gene und Homeobox
- dorsal-ventral: shh von Notochord und BMP vom Ektoderm
- Schichten: Geburtszeit/Teilungsebene
Wo im Neuralrohr liegen die neuralen Stammzellen?
innen
Wie kann eine neurale Stammzelle beeinflussen, ob sie sich in zwei Stammzellen oder asymmetrisch in eine Stamm- und eine postmitotische Zelle teilt?
- Teilungsebene
Wie baut sich die Schichtung des Rückenmarks auf? Wo liegen die jüngeren und wo die älteren Zellen? Welches Muster erwartet man, wenn man eine Stammzelle über längere Zeit markiert?
- innen sind die ältesten und nach außen werden sie immer jünger
- immer mehr markierte außen
Was ist das Ziel des Symmetriebruches, wie laufen sie ab, was machen die Zellen und was sind die molekularen Signale?
- Ziel: die 3 Achsen
- Ablauf: Corticalreaktion -> wnt wird nach dorsal transportiert
- Signale: dsh inhibiert Destruktionskomplex von ß-catenin -> wnt-target Gene aktiv
Was ist das Ziel der Furchung, wie laufen sie ab, was machen die Zellen und was sind die molekularen Signale?
- Ziel: Blastula, verteilte Determinanten
- Ablauf: rasche Zellteilungen ohne G-Phase
- Signale: maternale mRNA und Proteine, Signale für Blastula: DNA-Replikation gehemmt, Aktivierung der Zell-Zyklus-Kinase und Aktivierung zygotischer Transkription
Was ist das Ziel der Gastrulation, wie laufen sie ab, was machen die Zellen und was sind die molekularen Signale?
- Ziel: Entoderm und Mesoderm innen, 3 Keimblätter, Chorda
- Ablauf: Involution (Einwanderung über den Blastoporus) und Epibolie (Umwachseung der vegetalen Seite durch animale Zellen)
- Signale: wnt und VegT -> nodal related
Was ist das Ziel der Neurulation, wie laufen sie ab, was machen die Zellen und was sind die molekularen Signale?
- Ziel: Neuralrohr
- Ablauf: Neuralplatte (kommunare Zellen), konvergente Extension (Verlängerung der Platte), Kontraktion apikaler Aktinfilamente, differentielle Expression von Adhäsionsmolekülen
- Signale: ventrales BMP verhindert die Bildung des Neuralrohrs, Notochord sezerniert BMP-Inhibitoren (Chordin, Noggin)
Erklären Sie, wie der 2. Streifen des Drosophila Paar-Regel-Gens even skipped reguliert wird.
- bicoid und hunchback sind Aktivatoren
- giant und krüppel sind Repressoren
Erklären Sie an der Regulation eines primären Paar-Regel-Gens, wie bei Drosophila der Übergang von kontinuierlicher zu periodisch wiederholter Positionsinformation bewerkstelligt wird.
- es wird in jedem 2. Segmentäquivalent exprimiert
- die cis-Region ist modular aufgebaut
- jeder einzelne Streifen wird in Abhängigkeit von Aktivatoren und Repressoren aufgebaut
Was geschieht bei der Fixierung von Embryonen?
Moleküle werden quervernetzt.
