Molekularbiologie d. Alterns

Question 1

2 Theorien zur Begründung d. Alterns

Answer 1

gen. Programm: Gentheorie, Telomere

zufällige Schäden: Kreuzvernetzung, ROS, DNA-Schäden

Question 2

Veränderungen d. Plasmamembran & Auswirkung

Answer 2

Fluiditätsverlust (strukturelle Änderung)
reduzierter Transport
betrifft: Zellmembran, ER, Mitochondrien

Question 3

Veränderungen im Zellkern & Auswirkung

Answer 3

Anstieg an DNA-Schäden: weniger Reparaturprozesse
Histone bilden Disulfidbrücken: Replikations-/Transkriptionsprobleme
Kreuzvernetzungen d. DNA: Verlust epigen. Marker

Question 4

Veränderungen in Ribosomen

Answer 4

Abnahme rRNA & Ribosomen-Anzahl

Question 5

Veränderungen in Lysosomen

Answer 5

Abnahme d. Lysosomen-Zahl
Effizienzverlust
Membranschäden: Freisetzung zellschädigender Enzyme

Question 6

Veränderung in Mitochondrien

Answer 6

Abnahme d. Mitochondiren-Zahl
Reduzierung d. inneren Membran-Faltung
Membranschäden: freie Radikale

Question 7

Kreuzvernetzungen bei Proteinen/DNA & Auswirkungen

Answer 7

Protein-AS: Denaturierung

Nukleinsäuren: Mutationen

Question 8

ROS: Welche? Wie schädigen sie? Abwehrsystem?

Answer 8

O2, O2-, OH-, H2O2
Radiakle: freies Molekül mit mind. 1 ungepaartem e
Bilden v. Radikalketten bis kovalente Bindung v. 2 Radikalen
Abwehrsysteme: Superoxid-Dismutase, Katalase, Glutathion-Peroxidase, Vitamin A/C/E

Question 9

Herkunft von ROS in Zelle

Answer 9

Atmungskette: e-Transfer: O2-
Ionisierende Strahlung (UV): O2-
Haber-Weiss-Reaktion: OH-
Fenton-Reaktion (Fe&Cu): OH-

Question 10

Superoxid-Dismutase: Reaktion, in welchen Zellen?

Answer 10

2 O2- + 2H -> H2O2 + O2
in allen Zellen vorhanden
je beteiligte Ionen 3 Klassen: Cu/Zn/Mn/Fe

Question 11

Katalase: Reaktion, in welchen Zellen?

Answer 11

2 H2O2 -> 2 H2O + O2

in Peroxisomen & Mitochondrien

Question 12

Glutathion-Peroxidase: Reaktion, in welchen Zellen?

Answer 12

H2O2 + 2 GHS(red) -> GSSG(ox) + 2 H2O
in Cytosol & Mitochondrien
Glutathion als Co-Faktor
wichtig für Lipidperoxidation & Membranfunktion

Question 13

Struktur v. Glutathion: wie oxidiert?

Answer 13

Gutamat, Cystein & Glycin
Verbindung Cys & Glu über Gamma-Carboxylgruppe
oxidiert: 2 Moleküle verbunden über Disulfidbrücke

Question 14

Funktion v. Alpha-Tocopherol als Radikalfänger

Answer 14

Hydrochinon: kann e an Radikal abgeben -> wird selbst zu Radikal
Intramolekulare e-Umverteilung über aromatischen Ring & Abgabe H+: Tocochinon (kein Radikal)

Question 15

Alpha-Tocopherol vs. Ascorbat

Answer 15

Alpha-Tocopherol: fettlöslich, in Zellmembran

Ascorbat (gleiche Funktion): wasserlöslich, in Cytosol

Question 16

Kerisläufe zum Abfangen v. ROS: Besonderheit?

Answer 16

stehen in Verbindung: Vit E/Vit C/Glutathion-Cyclus

Question 17

DNA-Schäden an: Basen, Backbone, Crosslinks?

Answer 17

Basen: Basenaustausch, Basenaddukte, oxidative Veränderungen, Photoprodukte, Basenanaloga
Backbone: abasische Stelle, Einzel-/Doppelstrangbrüche
Crosslinks: interstrand -> kollabieren d. Replikationsgabel, intrastrand

Question 18

Modifikation an DNA-/RNA-Basen

Answer 18

Oxidation
Alkylierung/Adduktbildung
Hydrolyse bz. Deamination: Cytosin -> Uracil, 5-Methyl-Cytosin -> Thymin

Question 19

Reparaturmechanismen bei: Fehlpaarung, Strang, Doppelstrangbruch, Alkylierung

Answer 19

Fehlpaarung: Mismatch-Repair (MMR)
Strang (einzel): Basenexzisionsreparatur (BER), Nukleotidexzisionsreparatur (NER)
Doppelstrangbruch: non-homologous End-Joining (NHEJ), homology-directed Repair (HDR)
Alkylierung/Thymindimere: Alkyltransferasen, Photolyasen

Question 20

Alkyltransferasen: Funktionsweise

Answer 20

Übernehmen Alkylgruppe an SH eines Cys-Restes

Werden durch Reaktion verändert -> Ubiquitinierung & Abbau

Question 21

Photolyasen: Funktionsweise

Answer 21

Nur in Bakterien

Methylentetrahydrofolat wird durch Licht angeregt -> Abgabe e v. FADH auf Thymindimer

Question 22

Grundprinzip indirekter Reparaturmechanismen

Answer 22

Schaden erkennen
Fehler entfernen (Nuklease)
Lücke schließen (Polymerase)
Ligation (Ligase)

Question 23

MMR (Mismatch-Repair): Ablauf

Answer 23

1. Erkennen d. Fehlpaarung über Helix-Form
2. MutSAlpha assoziiert, MutLAlpha assoziiert
3. PCNA-Faktor assoziiert
4. ENO1 (Exonuklease) assoziiert & baut fehlerhafte DNA ab
5. RPA (Replication Protein A) assoziiert & stabilisiert ssDNA
6. DNA-Pol Beta snythetisiert dsDNA
7. DNA-Ligase I schließt Nick

Question 24

BER (Base Excision Repair): Ablauf

Answer 24

1. Glycosylase erkennt spez. fehlerhafte Base & entfernt diese
2. Beta-Lyase sneidet 3’ d. Lücke/ APE1 (Endonuklease) assoziiert an abasische Stelle & schneidet 5’ d. Lücke
3. APE1 assoziiert nach Beta-Lyase-Aktivität & schneidet 5’ d. Lücke
4. DNA-Pol Beta mit PCNA & RFC schließt Lücke
5. Ligase I/III schließt Nick

Question 25

NER (Nukleotidexzisionsreparatur) global: Ablauf

Answer 25

1. Erkennen v. Verformung d. Helix 2. Assoziation v. XPC-HR23B 3. Assoziation TFIIH -> XPB & XPD (Helikasen) winden DNA auf 4. Dissoziation v. XPC-HR23B 5. Assoziation v. XPA, RPA & XPG (Endonuklease) 6. XPF-ERC1 (Endonuklease) assoziiert 7. Schneiden d. DNA, Oligonukleotid-Exzision 8. Dissoziation v. XPA, TFIIH, XPG, XPF-ERC1 9. Assoziation v. RFC, PCNA, DNA-Pol, Ligase I -> Neu-Synthese

Question 26

NER (Nukleotidexzisionsreparatur) transkriptionsgekoppelt: Ablauf

Answer 26

1. CSA & CSB erkennen Helix-Verformung & assoziieren 2. DNA-Pol kann Komplex nicht passieren -> Transkriptionsstopp 3. Assoziation v. XPC-HR23B, dann wie bei globaler NER

Question 27

NHEJ (non-homologous End-Joining): Ablauf

Answer 27

1. Ku70/Ku80-Heterodimere bilden Ring um DNA-Enden 2. Assoziation DNA-PKCs & Artemis-Nuklease (5'-3') 3. Cernunnos/XLF interagiert mit XRCC4 & Ligase IV 4. Ligase IV-Komplex assoziiert & schließt Nick

Question 28

Krankheiten mit Mutationen in Reparaturgenen

Answer 28

Werner-Syndrom Cockayne-Syndrom Xeroderma Pimentosum Progeria

Question 29

Werner-Syndrom: Gen, Funktion, Phenotyp

Answer 29

WRN Helikase & Exonuklease Hautatrophie, Katerakt, Diabetes, Osteoporose

Question 30

Cockayne A/B-Syndrom: Gen, Funktion, Phenotyp

Answer 30

CKN1/ERCC6 WD-Repeat-Protein/Helikase Hautatrophie, Neurodegenerativität, UV-Sensitivität, skelettale Abnormalitäten, sexuelle Entwicklung

Question 31

Xeroderma Pimentosum: Gen, Funktion, Phenotyp

Answer 31

XPA/XPG DNA-Endonuklease Hautatrophie, UV-Sensibilität

Question 32

trans-Signal d. Epigenetik & wie Vererbt

Answer 32

Vererbt über Aufteilen d. Cytosol | Aufrechterhaltung durch Feedback-Loops

Question 33

cis-Signal d. Epigenetik & wie Vererbt

Answer 33

physisch mit DNA assoziiert | verebt über Chromosomen-Teilung

Question 34

Chromosomen-Inaktivierung (Xpat)

Answer 34

1. Xist-Expression (Gen auf X-Chromosom) 2. Xist-RNA bedeckt Chromosom 3. H3K4-Hypomethylierung, H3K9-Hypomethylierung -> Gene Silencing 4. H3K27me3, H3K9me3

Question 35

Messen epigenetischer Stabilität über Gen-Ratio

Answer 35

Gene mit leicht unterschiedlicher RNA-Sequenz auf 2 Chromosomen RT-PCR mit spez. Promotor: Verhältnis messen Normal: Xi = none, Xa = ON -> Verhältnis 0,0% Sonst: Xi & Xa = ON -> Verhältnis steigt

Question 36

Wie wirken sich DNA-Mutationen auf Chromatin-Stabilität aus?

Answer 36

Histon-Code verändert sich durch AS-Mutationen -> transkriptionelle Instabilität

Question 37

Hayflick Limit & 3 Phasen d. Zellewachstums

Answer 37

Hayflick-Limit: Humane Zellen sterben nach gewisser Anzahl an Replikationen Phase I: erts niedrige, dann sehr hohe Wachstumsrate Phase II: hohe Teilungsrate, hier durch Genomänderung unsterbliche Zellinien möglich Phase III: fallen d. Wachstumsrate, nach speziofischer Zeit je Zellart

Question 38

Was bewirkt Verlust an Telomerase-Aktivität?

Answer 38

Verkürzen d. Telomer-DNA Weniger Telomer-Bindeproteine gebunden -> ungeschützte Chromosomen

Question 39

Telomer-Zustände in versch. Zellstadien

Answer 39

Keimzelle: Telomere vollständig & werden repliziert Embryonale Zelle/ICM/ESC: Telomere vollständig Somatische Zelle: Telomere verkürzen über Zeit Tote Zelle: Telomere komplett abgebaut Krebszelle: Telomere vollständig & werden repliziert