Fachmodul Genetik I - Cheatsheet

Klonierung eines Expressionsplasmids: Isolierung und Auswahl von Genfragmenten

Definition:

Klonierung eines Expressionsplasmids: Isolierung und Auswahl von Genfragmenten.

Details:

• Bestimmung der Ziel-DNA durch PCR oder Restriktionsenzyme
• Aufreinigung der Genfragmente durch Gelelektrophorese
• Verwendung von Vektoren (Plasmide) für die Klonierung
• Einfügen der Ziel-DNA in das Plasmid mittels Ligase
• Transformation in Bakterien zur Vervielfältigung des Plasmids
• Selektion transformierter Bakterien durch Antibiotikaresistenz
• Expression des eingebauten Gens für funktionelle Analysen

Klonierung eines Expressionsplasmids: Transformation von Zellen mit rekombinanten Plasmiden

Definition:

Einsetzen eines rekombinanten Expressionsplasmids in Wirtszellen zur Genexpression.

Details:

• Expressionsplasmid: Plasmid mit Promotor und Zielgen
• Transformation: Einführen von Plasmid-DNA in Wirtszellen (meist Bakterien)
• Methode: Chemische Transformation (CaCl₂) oder Elektroporation
• Selektion: Antibiotika-Resistenzgene zur Identifizierung transformierter Zellen
• Plasmid-Replikation und Genexpression in Wirtszelle

Analyse von Promoter- und Enhancer-Sequenzen: Luciferase Reporter-Assay

Definition:

Luciferase Reporter-Assay zur Analyse von Promoter- und Enhancer-Sequenzen

Details:

• Verwendung zur Messung der Transkriptionsaktivität
• Promoter/Enhancer-Sequenzen vor das Luciferase-Gen kloniert
• Transfektion in Zellen
• Nachweis der Luciferase-Aktivität mittels Lumineszenz
• Vergleich der Lumineszenzwerte für Aktivitätsbestimmung

Genregulation: Mechanismen der Transkriptionskontrolle

Definition:

Genregulation umfasst die Mechanismen, mit denen die Aktivität von Genen kontrolliert wird, insbesondere durch Beeinflussung der Transkriptionsrate.

Details:

• Transkriptionsfaktoren: Proteine, die an spezifische DNA-Sequenzen binden und die Transkription beeinflussen.
• Enhancer und Silencer: DNA-Abschnitte, die die Aktivität von Transkriptionsfaktoren verstärken bzw. hemmen.
• Operon-Modell (bei Prokaryoten): Gruppen von Genen, die zusammen transkribiert werden. Beispiel: lac-Operon.
• Epigenetische Kontrolle: Modifikation der DNA-Histon-Struktur (z.B. Methylierung), die die Genexpression beeinflusst.
• RNA-Polymerase-Hemmung: Blockierung der RNA-Polymerase kann die Transkription stoppen.
• Feedback-Schleifen: Gene können ihre eigene Expression direkt oder indirekt regulieren.

Genregulation: Funktion und Einsatz von RNA-Interferenz

Definition:

Regulation der Genexpression durch kleine RNA-Moleküle, die mRNA abbauen oder deren Translation verhindern.

Details:

• Effektoren: miRNA, siRNA
• Prozess: Dicer schneidet dsRNA zu kleinen Fragmenten
• RISC-Komplex bindet Fragmente
• RISC mit siRNA: spaltet komplementäre mRNA
• RISC mit miRNA: blockiert Translation
• Einsatz: Forschung, Medizin, Landwirtschaft

Nutzung des Internets zur DNA-Analyse: Online-Datenbanken und Werkzeuge

Definition:

Verwendung von Online-Datenbanken und Tools für DNA-Analyse in der genetischen Forschung.

Details:

• NCBI: GenBank, BLAST-Tool
• ENSEMBL: Genom-Browser
• UCSC Genome Browser
• NCBI: SNP-Datenbank
• Online-Tools zur Sequenzanalyse: MAFFT, Clustal Omega
• Bioinformatik-Software: Galaxy, Bioconductor

Genetische Ursachen von Krebs: DNA-Reparaturmechanismen

Definition:

Genetische Instabilität durch defekte DNA-Reparaturmechanismen führt zu Krebs

Details:

• Fehlerhafte Reparaturmechanismen (z.B. Mismatch-Reparatur, NER, BER)
• BRCA1/2-Mutationen erhöhen Brust- und Eierstockkrebsrisiko
• p53-Mutation beeinträchtigt DNA-Schadensantwort
• MSH2, MLH1 Mutationen -> Lynch-Syndrom
• Überwiegend autosomal-dominanter Erbgang
• Schlüsselt zu Onkogenaktivierung und Tumorsuppressor-Inaktivierung

Epigenetik: Chromatin-Modifikationen und Signalketten

Definition:

Regulierung der Genexpression durch chemische Modifikationen an DNA und Histonen, ohne die DNA-Sequenz zu verändern.

Details:

• Chromatin-Modifikationen: Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung der Histone.
• Acetylierung: Histon-Acetyltransferasen (HATs) erhöhen die Genexpression.
• Deacetylierung: Histon-Deacetylasen (HDACs) senken die Genexpression.
• Methylierung: Histon-Methyltransferasen (HMTs) ändern die Genexpression, je nach Position entweder aktivierend oder reprimierend.
• Signalketten: Zelluläre Signale (z.B. Wachstumsfaktoren, Stress) initiieren Chromatin-Modifikationen.
• Epigenetische Marks sind reversibel und vererbbar.
• Wichtige Begriffe: Euchromatin (locker, aktiv), Heterochromatin (dicht, inaktiv).
• \[ \text{H3K27me3}\] : Histon-H3-Lysin-27-Trimetylierung, Marker für reprimiertes Chromatin.