Grundlagen Entwicklungsbiologie - Cheatsheet.pdf

Unterschiedliche Stadien der Zellentwicklung

Definition:

Gelangen Zellen von einer undifferenzierten zur ausgereiften Form durch spezifische Entwicklungsstadien.

Details:

• Stammzellen: unbegrenzt teilungsfähig, pluripotent
• Progenitorzellen: eingeschränkte Teilungsfähigkeit, multipotent
• Differenzierte Zellen: spezifische Funktionen, begrenzte Teilungsfähigkeit
• Zellproliferation: Mitose und Zellwachstum
• Zelldifferenzierung: Spezialisierung durch Genexpression
• Apoptose: programmierter Zelltod

Signalwege und ihre Rolle bei der Gewebebildung

Definition:

Signalwege steuern Zellverhalten (Teilung, Differenzierung) während der Gewebebildung.

Details:

• Wichtige Signalwege: Wnt, Hedgehog, Notch, BMP
• Wnt-Signalweg: Reguliert Zellwachstum, Polarität; β-Catenin ist Schlüsselelement
• Hedgehog-Signalweg: Steuerung von Zellproliferation und Musterbildung; Sonic Hedgehog (Shh) ist wichtig
• Notch-Signalweg: Zell-Zell-Kommunikation; wichtig in der Zellentdifferenzierung
• BMP-Signalweg: Knochen- und Knorpelbildung; genutzt von Transforming Growth Factor-Beta (TGF-β)-Familie
• Signaltransduktion: Ligand-Rezeptor-Bindung, Aktivierung von Signalproteinen, Genexpressionsänderung
• Interaktion von Signalwegen kann synergistisch oder antagonistisch sein
• Mutationen in Signalwegen können Entwicklungsstörungen verursachen

Einfluss von Morphogenen und ihre Gradienten

Definition:

Einfluss von Morphogenen und ihre Gradienten – Grundlage für Positionsinformation und Zellspezialisierung während der Entwicklung.

Details:

• Morphogene: Signalmoleküle, beeinflussen Zelldifferenzierung je nach Konzentration.
• Gradienten: Konzentrationsverläufe dieser Moleküle bilden morphogenetisches Feld.
• Zellen lesen Position aus Morphogengradienten und spezialisieren sich entsprechend.
• Wichtige Morphogene: Bicoid, Nodal, Sonic Hedgehog (Shh).
• Funktionieren durch Diffusion, Produktion und Abbau.
• Gleichgewicht aus Gradient und spezifischem Zellverhalten definiert Körperachsen und Segmente.
• Zusätzlich: Rückkopplungsmechansimen und Inhibitoren regulieren Gradienten.

Regulation von Genexpressionsnetzwerken

Definition:

Regulierung der Genexpression und Interaktionen zwischen verschiedenen Genen und Proteinen zur Steuerung zellulärer Prozesse.

Details:

• Transkriptionsfaktoren: Binden an Promotor-Regionen, beeinflussen RNA-Polymerase-Aktivität.
• Enhancer und Silencer: DNA-Sequenzen, die Genexpression verstärken oder hemmen.
• Epigenetische Modifikation: DNA-Methylierung, Histon-Modifikation beeinflussen Gen-Accessibilität.
• Posttranskriptionale Kontrolle: miRNAs, siRNAs regulieren mRNA-Stabilität und -Übersetzung.
• Signaltransduktionswege: Externe Signale steuern Transkriptionsfaktoren über Phosphorylierung, Ubiquitinierung.
• Feedbackschleifen: Positive und negative Rückkopplungen stabilisieren Genexpressionsmuster.

Homologie und Diversität von Entwicklungsmechanismen

Definition:

Untersuchung der Ähnlichkeiten in Entwicklungsprozessen, die von gemeinsamen Vorfahren geerbt wurden, und der Vielfalt der Entwicklungswege in verschiedenen Organismen.

Details:

• Homologie: Gemeinsamer Ursprung von Entwicklungsmechanismen aufgrund gemeinsamer Abstammung.
• Diversität: Unterschiedliche Entwicklungsprozesse trotz gemeinsamer Mechanismen durch evolutionäre Anpassung.
• Hox-Gene: Beispiel für homologe Gene, die Körperbaupläne steuern.
• Evolvabilität: Fähigkeit eines Organismus, evolutionäre Veränderungen in entwicklungsbiologischen Mechanismen zu durchlaufen.

Stammzellforschung und regenerative Medizin

Definition:

Untersuchung und Anwendung von Stammzellen zur Behandlung und Heilung von Krankheiten und Verletzungen durch Erneuerung geschädigter Gewebe.

Details:

• Pluripotente Stammzellen: Fähigkeit sich in alle Zelltypen zu differenzieren.
• Adulte Stammzellen: Vorhanden in spezifischen Geweben, z.B. Knochenmark.
• Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS): Reprogrammierte somatische Zellen.
• Anwendungen: z.B. Knochenmarktransplantationen, Hautregeneration, Herzmuskelreparatur.
• Therapeutisches Klonen: Erzeugung genetisch identischer Organe/Zellen.
• Ethik: Kontroversen um embryonale Stammzellen.

Interaktionen zwischen Zellen und ihrer extrazellulären Umgebung

Definition:

Beziehungen, die zwischen Zellen und ihrer umgebenden extrazellulären Matrix (EZM) stattfinden.

Details:

• Extrazelluläre Matrix (EZM): Netzwerk aus Proteinen und Polysacchariden
• EZM-Komponenten: Kollagene, Elastine, Fibronektin, Laminin etc.
• Zelladhäsionsmoleküle: Integrine, Cadherine, Selektine
• Funktionen der EZM: strukturelle Unterstützung, Signaltransduktion, Regulation der Zellaktivitäten
• Integrin-Signalwege: Aktinzytoskelett, Focal Adhesion Komplexe
• Interaktionen zwischen Zellen und EZM essentiell für: Zellmigration, Differenzierung, Wundheilung

Mutationen und ihre Auswirkungen auf die Entwicklung

Definition:

Mutationen: dauerhafte Veränderungen der DNA-Sequenz. Auswirkungen auf Entwicklung: Veränderungen der Genexpression und Proteinaktivität.

Details:

• Arten von Mutationen: Punktmutationen, Deletionen, Insertionen, Duplikationen.
• Einfluss auf Proteine: Stumme, missense-, nonsense- und frameshift-Mutationen.
• Entwicklungsprozesse: Mutationen können Embryogenese, Zellteilung, Zelldifferenzierung beeinflussen.
• Regulatorische Gene: Mutationen in Hox-Genen und anderen regulatorischen Genen beeinträchtigen Körperachsenmusterung und Organentwicklung.
• Beispiele: PAX6-Mutationen beeinflussen Augenentwicklung; Mutationen in SHH bewirken Fehlbildungen wie Holoprosenzephalie.
• Methoden: Mutantenanalyse (Knockout, Knock-in), CRISPR-Cas9 zur gezielten Mutagenese.
• Natürliche Selektion: einige Mutationen bieten evolutionären Vorteil, andere sind nachteilig.