Molekulargenetik Flashcards
Transposon
= “springendes Gen”
DNA‐Abschnitt
bestimmter Länge im Genom, der seine Position im Genom verändern kann
(Transposition)
Klasse I Transposons: Retroelemente –> mobile Phase RNA
Klasse II Transposons: DNA-Transposons –> mobile Phase DNA
Genduplikation
Verdoppelung eines
bestimmten Abschnitts eines Chromosoms, also die dauerhafte Verdoppelung (bis
Vervielfachung) einzelner Gene oder Gengruppen (mit anschließender getrennter
Entwicklung)
Form der Mutation
Arten RNA
mitochondriale RNA (mt RNA): kodiert Enzyme der Atmungskette und einige Strukturelemente der Mitochondrien, ringförmig
messenger RNA (mRNA): kodiert Proteine (3,5%)
transfer RNA (tRNA): Adapter zwischen mRAN und AS bei der Proteinsynthese
ribosomale RNA (rRNA): Basisstruktur Ribosom und Katalyse Proteinsynthese (snoRNA) 80%
prä-mRNA: unprozessierte mRNA - snRNAs sind u.a. für Spleißen zuständig
microRNA: regulieren Genexpression durch Blockieren der Translation (siRNA auch, aber anders)
Linkage disequilibrium
= Kopplung
Gegenteil von der nach Mendel Nr. 3 unterstellten Freien Rekombination.
Ursache: Lage auf dem gleichen Chromosom. Rekombination kann dann nur über Crossing Over geschehen. Je näher die Genloci beieinander liegen, desto unwahrscheinlicher ist CO.
Die Wahrscheinlichkeit einer Rekombination erhöht sich proportional mit dem Abstand der betrachteten Genloci zueinander.
Typ 1‐Marker
DNA‐Polymorphismen, die einen direkten Effekt haben (z.B.
SNPs, die zu einer Änderung einer kodierenden Sequenz führen oder die die
Aktivität eines Promotors verändern). Somit eignen sich Typ 1‐Marker für eine
direkte Gendiagnose.
Polymorphismus
Auftreten mehrerer Genvarianten innerhalb einer Population
Typ 2‐Marker
haben keinen direkten biologischen Effekt, liegen aber so nahe an
einer kausalen DNA‐Variante, dass sie meist mit dieser gemeinsam vererbt
werden. Der Typ 2‐Marker kann somit für eine indirekte Gendiagnose
herangezogen werden.
Welche Genomanalysen gibt es?
Fluoreszenz-in situ-Hybridisierung (FISH)
Genomsequenzierung
Genomsequenzierung
besser: DNA-Sequenzierung
Bestimmung der Nukleotidabfolge der DNA
und ggfs auch
Bestimmung der Position einer Nukleotidabfolge in einer DNA
FISH-Analyse
= Fluoreszenz-In-Situ-Hybridisierung
Die Positionen bestimmter Gene auf Metaphase-Chromosomen werden
durch Fluoreszenz-markierte Sonden dargestellt.
- zu untersuchenden Zellen werden in der Metaphase des Zellzyklus arretiert
- Zellen werden in hypotone Lösung gegeben –> Platzen beim Tropfen auf Objektträger, so dass Chromosomen frei vorliegen
- zu untersuchende chromosomale DNA und und die eingesetzten Sonden werden denaturiert
- bei anschließender Renaturierung kommt es zu Hybridisierung
- die mit Fluoreszenz-Farbstoff versehenen Sonden können jetzt unterm Mikroskop ausgewertet werden
CNVs
copy number variations bezeichnet eine Form struktureller Variation des Erbguts, die Abweichungen der Anzahl der Kopien eines bestimmten DNA-Abschnittes innerhalb eines Genoms erzeugt.
Genetische vs physische Karte
Physische Karte: durch Sequenzierung ermittelt - entspricht dem tatsächlichen Zustand (Lage der Gene und Marker auf einem Chromosom)
Genetische Karte: geschätzt auf Basis der Rekombinationsraten - Gene und Reihenfolge wie physische Karte, aber Abstände passen nicht
Genetischer Code
Als genetischer Code wird die Weise bezeichnet, mit der die Nukleotidsequenz eines RNA-Einzelstrangs in die Aminosäurensequenz der Polypeptidkette eines Proteins übersetzt wird.
Sonne
Genomsequenzierung Problem
Problem: man kann nicht einen zusammenhängenden Strang von 3 Mrd. Basenpaare analysieren –> unterteilt man den Strang, muss man wissen, wie die sequenzierten Einzelteile zusammengefügt werden müssen.
Genomsequenzierung Ansätze
clone-by-clone shotgun sequencing
whole-genome shotgun sequencing
clone-by-clone shotgun sequencing
- Restriktionsenzyme schneiden DNA in 50 bis 250 kbp lange Abschnitte
- die Abschnitte werden mit bacterial artificial chromosomes (BACs) verbunden
- Sammlung von BACs, die alle genomischen Abschnitte eines Organismus enthält, nennt man genomische DNA-Datenbank
- die BACs sind alle vielfach (Klone) vorhanden. d.h, mehrere BACs haben die gleichen bzw. tlw. deckungsgleichen genomischen Abschnitte –> sie überschneiden sich
- man sucht nun die BACs, die die geringsten Überlappungen habe und reiht die aneinander –> diese Sammlung von geordneten BACs nennt man BAC‐Contig
- zertrennen in kurze sequenzierebare Abschnitte -> BAC-Kette als Karte
whole‐genome shotgun sequencing
Beim whole‐genome shortgun sequencing zerlegt man die Genomsequenz gleich
in kurze Abschnitte, die direkt sequenziert werden können. Damit spart man sich
den Aufwand der Erstellung eines BAC‐Contigs, allerdings ist es wesentlich
schwieriger, die kurzen Sequenzabschnitte eines gesamten Genoms dann
bioinformatisch einander richtig zuzuordnen
Denaturierung und Renaturierung DNA
96 Grad Celsius - Denaturierung, die DNA Doppestränge lösen sich voneineander
50 Grad Celsius - Renaturierung, es lagern sich wieder Stränge zusammen oder Nukleotide
Welche Sequenzierung wann?
clone-by-clone - ertsmalige Sequenzierung einer neuen Art
whole-genome - sobald eine Referenzgenomsequenz für die Art vorliegt, kann man dieses Verfahren nutzen.
Heute stehen für die de novo Sequenzierung von Genomen Verfahren zur Verfügung, mit denen man sehr lange Basensequenzen (bis Größenordnung eine Million Basenpaare) am Stück lesen kann. Ein Beispiel ist die Sequenzierung mit Nanoporen.
BAC
Ein bacterial artificial chromosome (BAC) ist ein künstliches Chromosom, das aus
dem single‐copy F‐Plasmid des Bakteriums Escherichia coli entwickelt wurde.
kann bis zu 300 kbp DNA aufnehmen
Sequenzierung nach Sanger
- Denaturierung –> DNA Einzelstränge
- Primer hinzugeben
- aufteilen der Lösung in 4 Portionen –> Polymerase hinzugegeben
- in jede Portion wird eine Anzahl radioaktiv markierter Stop-Nukleotide gegeben (modifiziert - DNA kann nicht fortgeschrieben werden) - jeder Ansatz ein anderes Nucleotid
- Fragmente unterschiedlicher Länge, die je Ansatz imemr auf das gleiche Nukleotid enden
- Auftrennung mittels Polyacrylamid‐Gelelektrophorese (der Länge nach)
- durch Vergleich der 4 Sets kann Sequenz abgeleitet werden
- neuer Methode mit unterschiedlichen Fluoreszenzen –> alles in einem Gefäß
Next generation sequencing
- Fragmentierung der zu sequenzierenden DNA in Abschnitte (< 600 bp)
- ligieren von Adaptern an Enden
- Denaturierung
- komplementäre Oligonukeotide sind kovalent an Flow Cell gebunden
- Adapter der Fragmente hybridisieren an diese –> Fixierung Fragment
- Bridge Amplification –> Polymerase synthetisiert komplementären Strang
- Denaturierung –> ursprünglicher Strang löst sich, synthetisierter Strang bleibt fixiert
- mit Adapter an freiem Ende verbindet sich Strang mit anderen kONT (Brücke) –> Denaturierung –> 2 kovalent gebundenen Stränge usw. (30 Zyklen)
- Primer an Adapter –> Startsequenz
- Base für Base Synthese. letzte Base fluoresziert und hat Terminator. Dieser wird nach auslesen entffernt, wieder eine angebaut, ausgelesen, entfernt, usw.
Indirekte/ Direkte Gentests
Direkt: kausale DNA-Variante/ Gen Locus bekannt –> SNP, Indel
Indirekt: kausale DNA-Variante nicht bekannt
Genotypisierung von Marker-Loci in der Nachbarschaft des kausalen Gen-Locus (SNP, Mikrosatelliten)
Nanoporensequenzierung
DNA flißt durch Poren und anhand der Änderung des elektrischen WIderstands kann man sagen, welche Base gerade in der Pore ist
Exom-Sequenzierung
nur kodierende Teile der DNA werden gelesen, kostengünstiger und deckt die meisten Krankheiten ab
SNPs
Single Nucleotde Polymorphisms
Unterschiede der DNA‐Sequenz zwischen
Individuen, die einzelne Nukleotide betreffen.
synonym (gleiche AS)
missense (andere AS)
nonsense (Abruch)
SNP-Chip
Chip - Vertiefungen - darin Glaskügelchen - darauf Sonden
Die Sonden sind so konstruiert, dass Sie einen Abschnitt genomischer DNA genau
bis eine Base vor der fraglichen SNP‐Position binden. Anschließen wird die Sonde
um ein Nukleotid verlängert – komplementär zu der SNP‐Position der
genomischen DNA. Dafür werden Fluoreszenz‐markierte Nukleotide verwendet.
RNA Polymerasen
4 verschiedene RNA Polymerasen:
RNA-Polymerase I: 18S/ 5,5S/ 28S Untereinheit des Ribosoms (Zellkern)
RNA-Polymerase II: prä-mRNA (hnRNA), snRNA, snoRNA (Zellkern)
RNA-Polymerase III: 5S Untereinheit des Ribosoms, tRNA (Zellkern)
mitochondriale RNA-Polymerase: synthetisiert mtRNA (Mitochondrium)
microRNA
- kurzkettig 21-23 Nukleotide
- MicroRNAs regulieren die Genexpression hochspezifisch auf der post-transkriptionalen Ebene (gen-silencing)
DNA-Mikroinjektion
Bei der Mikroinjektion wird DNA über eine eingeführte Kanüle direkt in die Zelle oder sogar den Zellkern gespritzt. Der Vorgang wird unter dem Mikroskop beobachtet und gesteuert.
