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Flashcards in W6 Deck (19):
1

What is Kombinatorische Genregulation?

Sind mehrere (Transkriptions-) Faktoren (TF) an der Regulation eines Gens beteiligt, so spricht man von kombinatorischer Genregulation. Dies ist der Regelfall; da nicht jedes Gen seinen eigenen TF haben kann, ermöglicht die kombinatorische Wirkung von wenigen TF die differenzielle Regulation von vielen Genen. Bestimmte Kombinationen von TF bestimmen z.B. die Identität von Körpersegmenten.

2

AUSBILDUNG DER POLARITÄT WÄHREND DER OOGENESE

Eizellentwicklung - Oozytenentwicklung beginnt in Germarium mit Stammzellen an einem Ende - 1 Keimbahnstammzelle teilt sich 4mal -16 Zellkern mit einem Cytoplasma - 1 Zelle wird zu Oozyte, die anderen werden zu Nährzellen - Oozyte und Nährzellen werden von Follikelzellen (aus somatischen Stammzellen) umschlossen - Nährzellen transportieren ihren gesamten Inhalt in Oozyte und sterben ab

3

FESTLEGUNG DER ANTEROPOSTERIOR- UND DORSO-VENTRALACHSEN in Oozyte

Oozyte bewegt sich ins posteriore Ende der Eikammer und kommt in Kontakt mit polaren Follikelzellen - gurken-Gen in oozyte wird exprimiert und um Zellkern herum lokal sekretiert - gurken bindet an Rezeptorprotein Torpedo auf Follikelzellen, Initiation der Spezifikation zu posterioren Follikelzellen > antero-posteriore Achse festgelegt - posteriore Follikelzellen senden Signal zurück an Oozyte > Aktivierung des Cytoskeletts, Zellkern wird in dorsale Position gezogen

4

Bauplan von Drosophila

-2 Achsen: antero-posterior und dorsoventral, schon im Ei festgelegt - Im frühen Embryo wird dorso-ventrale Achse in 4 Regionen unterteilt: Mesoderm, ventrales Ectoderm (wird zu ventraler Epidermis und neurale Gewebe), dorsales Ectoderm (wird zu Epidermis), Amnioserosa (extra-embryonale Membran) - Antero-posteriore Achse wird verschiedene Regionen unterteilt, die später zu Kopf, Thorax und Abdomen werden - nach grober Unterteilung der Körperachsen beginnt Segmentation, Embryo entwickelt sich zu segmentierter Larve mit Borsten auf

5

Körperachsen und Segmentierung

-sequentielle Expression von unterschiedlichen Sets an Genen etablieren Bauplan entlang anteroposteriorer Achse - nach Befruchtung werden maternale Gene, die schon im Ei vorliegen, translatiert (z.B. bicoid-mRNA) >Aktivierung von zygotischen Genen: - gap Gene: definieren regionale Unterschiede in Exprimierung der pair-rule Gene - pair-rule Gene: definieren Parasegmente und Andeutung von Segmenten - Segmentationsgene/Segmentpolaritätsgene: bilden das Muster der Segmente aus - Homeotische Gene/Selektorgene: determinieren Segmentidentität

6

Antero-posterior-Mutanten

- Effekte von Mutationen im maternalen Gensystem - Mutationen in maternalen Genen führt zu Deletionen und Abnormalitäten in anterioren, posterioren oder terminalen Strukturen

7

3 Klassen von mutanten: anterior, posterior and terminal.

- anterior-Mutanten: teilweiser Verlust von anterioren Strukturen und Ersatz durch posteriore Strukuren (Telson 2mal), z.B. bicoid,… - posterior-Mutanten: grosser Teil der posterioren Region fehlt, z.B. nanos, oska, - terminal-Mutanten: gewisse posteriore und anteriore Strukturen fehlen (Telson und Acron), z.b. torso, trunk,…

8

Morphogen

Ein Morphogen ist eine in der Musterbildung aktive Substanz, deren räumliche Konzentration variiert und auf welche Zellen bei unterschiedlicher Konzentration unterschiedlich reagieren (d.h. Konzentrationen über bestimmten (verschiedenen) Schwellenwerten lösen unterschiedliche Antworten aus).

9

Gradient

Als Gradienten bezeichnet man den Unterschied der Konzentration eines chemischen Stoffes zwischen zwei Punkten im Raum. In der Biologie spielen Gradienten eine wichtige Rolle im Energie-Stoffwechsel (z.B. chemiosmotische Gradienten) und in der Morphogenese während der Embryonalentwicklung

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Das anteriore System: bicoid

- bicoid wird nur direkt nach Fertilisation exprimiert - bicoid induziert anteriore Strukturen, bei bicoid-Maximum entsteht Kopf (Thorax) - viel bicoid: anterior, wenig/kein bicoid: posterior - maternale bicoid-mRNA nur anterior lokalisiert, bicoid-Protein nimmt von anterior nach posterior graduell ab

11

Das posteriore System: nanos

Das posteriore System: nanos - nanos wird nur direkt nach Fertilisation exprimiert - maternale nanos-mRNA ist nur posterior vorhanden, nanos-Protein nimmt von posterior nach anterior graduell ab - maternale hunchback-mRNA ist über gleich verteilt - im posterioren Teil hemmt nanos Translation von hunchback-mRNA (verhindert Polyadenylierung) > dadurch Ausbildung eines abnehmenden hunchback-Gradienten von anterior nach posterior

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Das terminale System: torso

- Rezeptorprotein torso ist im überall im Eiplasma vorhanden - Ligand torso-like liegt in polaren Follikelzellen vor - Nach Fertilisation diffundiert Ligand durch Membran und bindet an torso > Akivierung von torso nur an den beiden Enden des Embryos, Ausbildung der terminalen Strukturen (Acron, Telson)

13

Dorso-ventral-Mutanten

- Dorsalisierte Mutanten, z.B. dorsal - Ventralisierte Mutanten, z.B. cactus

14

Das dorso- ventrale System: dorsal

- Dorsal ist im Ei rundherum in der Peripherie gleichverteilt, aber nur im Cytoplasma - Toll-Protein (Rezeptor) wird auf ventraler Seite durch Spätzle-Fragment (maternaler Ligand) aktiviert, dorsal kann dadurch auch in Kern > Errichtung eines nukleären dorsal-Gradienten, ventral hoch, dorsal tief

15

Toll-Signalweg

- In Drosophila: Ventralisierung Spätzle bindet an Toll-Rezeptor > über mehrere beteiligte Proteine wird cactus (welches an dorsal gebunden ist und verhindert, dass dieses in Kern gelangen kann) phosphoryliert und degradiert > dorsal kann nun (da der Inhibitor degradiert ist) in Kern gelangen - In Säugern: Entzündungsreaktion (sehr ähnliche Proteine involviert)

16

Produktion des spätzle-Liganden

- Produktion durch ventrale Follikelzellen: sondern ein Vorläuferprotein in Perivitellinraum (Raum zwischen Follikelzellen und Embryo ab), dieses reagiert mit nudel (auf äusserer Embryomembran) über snake und easter zu spätzle

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Wie kann man herausfinden, ob dorso-ventrale Faktoren von Soma oder Keimbahn hergestellt wird?

- Keimbahn Mosaike können durch Transplantation mutanter Polzellen in einen wildtyp Embryo hergestellt werden. Dadurch befindet sich nach der Metamorphose eine mutanten Keimbahn in normalem Soma. In Kombination mit dem reziproken Experiment kann festgestellt werden, ob ein bestimmtes Maternaleffektgen im Soma oder der Keimbahn gebraucht wird.

18

Dorsal- Gradient > diskrete Domänen der Genaktivität

- Einteilung des Embryos in unterschiedliche D-V Domänen abhängig vom nukleären Gradienten des Dorsal-Proteins - dorsal inhibiert tolloid, zerknüllt und decapentaplegic > dorsale Expression (wo dorsal-Konz. am tiefsten ist) - dorsal aktiviert twist, snail, rhomboid und short gastrulation > ventrale Expression (wo dorsal-Konz. am höchsten) - die aktivierten Gene beeinflussen sich gegenseitig auf vielfältige Weise, wodurch diese Gene in den versch. Domänen unterschiedlich aktiv sind> nukleäres dorsal wirkt somit als Morphogen

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Nachweise für Morphogene

1. Variierende Konzentrationen - Bcd Proteinkonzentrations-Gradient - Nos Proteinkonzentrations-Gradient - Dl nukleäre Konzentration (subzellulär) 2) Konzentrationsabhängige Effekte - Bcd aktiviert direkt zygotische Kopfgene (hb, otd, ems, slp, …) abhängig von der Konzentration - Dl aktiviert und reprimiert direkt zygotische Zielgene (snail, twist, dpp, …) abhängig von der Konzentration