Fachmodul Entwicklungsbiologie I - Cheatsheet

Struktur und Funktion von Zellen

Definition:

Struktur und Funktion von Zellen

Details:

• Biologische Basis von Organismen
• Zelltyp: Prokaryoten vs. Eukaryoten
• Zellmembran: Phospholipid-Doppelschicht
• Zellkern: DNA-Speicherung und -Replikation
• Ribosomen: Proteinbiosynthese
• Mitochondrien: Energieproduktion, ATP
• Endoplasmatisches Retikulum (ER): Proteinsynthese (raues ER) und Lipidsynthese (glattes ER)
• Golgi-Apparat: Proteinmodifikation und -transport
• Lysosomen: Abbau von Molekülen
• Zytoskelett: Zellform und Bewegung
• Zellteilung: Mitose und Meiose

Transkriptionsfaktoren und Genexpression

Definition:

Transkriptionsfaktoren sind Proteine, die an spezifische DNA-Sequenzen binden, um die Transkription von Genen zu regulieren.

Details:

• Erkennen DNA-Sequenzen durch Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen.
• Rekrutieren oder blockieren RNA-Polymerase.
• Aktivatoren erhöhen die Genexpression, Repressoren reduzieren sie.
• Ko-Regulatoren unterstützen Transkriptionsfaktoren (z. B. Ko-Aktivatoren oder Ko-Repressoren).
• Epigenetische Modifikationen wie Methylierung und Acetylierung beeinflussen die Effizienz von Transkriptionsfaktoren.
• Regulation der Transkriptionsfaktoren durch Signalwege, beispielsweise durch Phosphorylierung.
• Wichtige Rolle in der Entwicklungsbiologie: steuern Differenzierung und Zellschicksal.

Wnt-Signalweg

Definition:

Signalweg, der Zellproliferation, -differenzierung und -migration reguliert.

Details:

• Aktivierung durch Wnt-Proteine und Bindung an Frizzled-Rezeptoren
• Inaktivierung von GSK-3β führt zur Akkumulation von β-Catenin
• β-Catenin transloziert in den Zellkern und aktiviert dort Zielgene
• Essentiell für embryonale Entwicklung und Gewebshomeostase
• Dysregulation kann zu Krankheiten wie Krebs führen

Zellbewegungen und -migration

Definition:

Aktive Bewegungen von Zellen innerhalb von Geweben, essentiell für Entwicklungsprozesse wie Morphogenese, Wundheilung und Immunantwort.

Details:

• Zellbewegungen: Amoeboid, mesenchymal, kollektiv.
• Signalmoleküle: Chemokine, Wachstumsfaktoren.
• Mechanismen: Actin-Polymerisation, Myosin-Kontraktion.
• Migrationstypen: Chemotaxis, Haptotaxis, Durotaxis.
• \textit{In vivo}-Beispiele: Neuralleistenzellen, Primitivstreifen.

Apoptose und Zelltod

Definition:

Prozess des programmierten Zelltodes (Apoptose) und anderer Formen von Zelltod.

Details:

• Apoptose: Energieabhängiger Prozess, kontrolliert durch Gene und Signalwege. Bsp: Kaspasen, Bcl-2, p53.
• Necrose: Unkontrollierter Zelltod, durch äußere Schäden verursacht, führt zu Entzündung.
• Autophagie: Selbstabbauprozess der Zelle bei Nährstoffmangel oder Stress.
• Signale für Apoptose: Intrinsisch (DNA-Schäden) oder extrinsisch (Fas-Ligand).
• Morphologische Merkmale der Apoptose: Zellschrumpfung, Chromatinkondensation, Apoptotische Körperchen.
• Entfernung apoptotischer Zellen: Phagozytose durch Makrophagen, ohne Entzündung.
• Wichtige Signalpfade: Intrinsischer Weg (Mitochondrien), Extrinsischer Weg (Todesrezeptoren).
• Formeln:
• Kaspasenaktivierung: \[\text{Pro-Kaspase} \rightarrow \text{aktive Kaspase}\]
• Intrinsischer Weg: \[\text{Bax/Bak} \rightarrow \text{Mitochondriale Freisetzung von Cyt. c} \rightarrow \text{Apoptosom} \rightarrow \text{Kaspase 9 Aktivierung}\]

Epigenetische Regulation

Definition:

Regulierung der Genexpression ohne Änderung der DNA-Sequenz.

Details:

• Histonmodifikationen: Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung
• DNA-Methylierung: Methylierung von Cytosinbasen in CpG-Inseln
• RNA-Interferenz: miRNA und siRNA steuern Genexpression posttranskriptionell
• Chromatin-Remodeling: Veränderung der Chromatinstruktur zur Aktivierung oder Repression von Genen
• Vererbung: Epigenetische Muster können zellulär und über Generationen hinweg weitergegeben werden

Gradienten und Morphogene

Definition:

Gradienten und Morphogene: entscheidend für die Musterbildung in der Entwicklungsbiologie.

Details:

• Morphogen: Signalmolekül, bildet Konzentrationsgradienten.
• Gradient: Unterschiedliche Konzentrationen beeinflussen Zellaktivitäten.
• Beispiel: Bicoid-Protein in Drosophila-Embryonen.
• Konzentrationsabhängige Genexpression formt Körperachsen.
• Turing-Mechanismen für komplexe Muster möglich.
• Mathematisch: Fick'sches Gesetz der Diffusion oft relevant
• Fick'sches Gesetz: \[ J = -D \frac{\partial \phi}{\partial x} \]

In situ-Hybridisierung

Definition:

Methode zum Nachweis spezifischer Nukleinsäuresequenzen in Geweben oder Zellen durch Hybridisierung mit markierten komplementären Sonden.

Details:

• Sonden: RNA oder DNA
• Markierung: Fluoreszenz- oder Enzymmarkierung
• Visualisierung: Fluoreszenzmikroskopie, Lichtmikroskopie
• Verwendung: Analyse der Genexpression in Entwicklungsbiologie, Diagnostik