Advanced Lectures in Molecular Medicine 1 - Cheatsheet

Molekulare Pathologie von Krebs

Definition:

Verständnis von molekularen Veränderungen in Krebszellen; Analyse genetischer und epigenetischer Modifikationen bei Krebsentstehung und -progression

Details:

• Mutation und Onkogene: z.B. KRAS, BRAF
• Tumorsuppressorgene: p53, RB1
• Epigenetische Veränderungen: Methylierung, Histonmodifikation
• Zellzyklusregulation
• Signaltransduktion: PI3K/AKT, MAPK
• Micro-Umwelt der Tumorzellen (z.B. Hypoxie, Entzündung)
• Therapiezielstrukturen und Biomarker

Techniken der Genomsequenzierung und Genexpressionsanalyse

Definition:

Techniken zur Bestimmung der Nukleotidsequenz eines Genoms und zur Messung der mRNA-Expression verschiedener Gene.

Details:

• DNA-Sequenzierungsmethoden: Sanger-Sequenzierung, NGS (Next Generation Sequencing)
• Sanger: Kettenabbruchmethode, Basenbestimmung durch Fluoreszenz oder Radioaktivität
• Nächste Generation: Illumina (Sequenzieren durch Synthese), Pacific Biosciences (Single Molecule Real Time), Oxford Nanopore (Nanoporen-basierte Sequenzierung)
• Genexpressionsanalyse: qRT-PCR, Microarrays, RNA-Seq
• qRT-PCR: quantitative Real-Time PCR, Messung der cDNA-Synthese in Echtzeit
• Microarrays: Hybridisierung von cDNA oder cRNA auf Arrays mit komplementären DNA-Sonden
• RNA-Seq: Hochdurchsatzsequenzierung, um gesamtes Transkriptom zu analysieren
• Datenanalyse: Bioinformatik-Tools und Software zur Sequenz-Alignment, Variantendetektion, Expressionsprofilierung

Mechanismen der Signalübertragung (z.B. MAPK und PI3K/Akt Signalwege)

Definition:

Mechanismen der Signalübertragung sind zentrale Prozesse, durch die Zellen Signale weiterleiten und auf äußere Reize reagieren. Dazu gehören z. B. der MAPK- und der PI3K/Akt-Signalweg.

Details:

• MAPK-Signalweg: Aktivierung durch Rezeptor-Tyrosinkinase; Kaskade von Proteinkinasen (RAF, MEK, ERK); reguliert Zellproliferation, Differenzierung und Überleben.
• PI3K/Akt-Signalweg: Aktivierung durch PI3-Kinase; Umwandlung von PIP2 zu PIP3; Rekrutierung und Aktivierung von Akt; reguliert Zellwachstum, Überleben und Stoffwechsel.
• Schlüsselkomponenten: Rezeptoren, Kinasen, Phosphatasen, Adapterproteine.
• Dysregulation dieser Signalwege kann zu Krankheiten wie Krebs führen.

Grundprinzipien der Genexpression und -regulation

Definition:

Grundlegende Mechanismen, durch die Zellen die Genexpression kontrollieren und regulieren.

Details:

• Transkription: DNA → mRNA durch RNA-Polymerase
• Translation: mRNA → Protein im Ribosom
• Promotoren und Enhancer: DNA-Elemente, die die Transkription initiieren und verstärken
• Transkriptionsfaktoren: Proteine, die an DNA binden und Genexpression regulieren
• Epigenetische Regulation: Modifikationen wie DNA-Methylierung und Histon-Acetylierung
• miRNA und siRNA: RNA-Moleküle, die mRNA-Abbau und Translationshemmung bewirken
• Feedback-Mechanismen: Regulatorische Schleifen zur Aufrechterhaltung der Homöostase
• Posttranslationale Modifikationen: Veränderungen an Proteinen nach der Translation

Methoden der Proteomik, insbesondere Massenspektrometrie

Definition:

Proteomik-Methoden analysieren Proteine, Massenspektrometrie (MS) identifiziert und quantifiziert Proteine basierend auf deren Masse und Ladung.

Details:

• MS basiert auf Ionisierung und Detektion von Molekülen.
• Anwendungen: Protein-Identifikation, -Quantifizierung und -Modifikationserkennung.
• Techniken: ESI (Elektrospray-Ionisation), MALDI (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization).
• Tandem-MS (MS/MS) für Sequenzierung und Strukturaufklärung.
• Wichtige Schritte: Probenvorbereitung, Proteinextraktion, Peptidverdau.
• Datenanalyse: Datenbankabgleich, Bioinformatik-Tools.

Störungen der Signaltransduktion bei Krankheiten

Definition:

Störungen der Signaltransduktion bei Krankheiten - veränderte Zellkommunikation kann zu Krankheiten wie Krebs, Diabetes oder Autoimmunerkrankungen führen.

Details:

• Signaltransduktion: Prozess, durch den Zellen auf äußere Signale reagieren
• Fehlfunktion in Signalkaskaden: Über- oder Unteraktivierung von Signalen
• Onkogene: Mutierte Gene, die ungehemmtes Zellwachstum fördern
• Tumorsuppressorgene: Gene, die Zellwachstum regulieren, bei Deaktivierung Krebs begünstigen
• Insulinresistenz in Diabetes: Fehlregulation von Glukoseaufnahme in Zellen
• Autoimmunerkrankungen: Fehlgeleitete Immunantwort durch gestörte Signalwege
• Therapeutische Ansätze: Zielgerichtete Hemmung oder Aktivierung spezifischer Signalwege

Innovative molekulare Diagnosemethoden

Definition:

Innovative molekulare Diagnosemethoden: Neue Verfahren zur Analyse biologischer Moleküle zur Diagnose von Krankheiten.

Details:

• Nächste-Generation-Sequenzierung (NGS): Analyse von DNA/RNA, schnelle und präzise.
• Liquid Biopsy: Erkennung von Tumoren durch zirkulierende Tumor-DNA im Blut.
• CRISPR-Technologie: Genom-Editing, spezifische Diagnose genetischer Anomalien.
• Microarray-Technologie: Analyse der Genexpression, Erkennung spezifischer Biomarker.
• qPCR: Quantifizierung von Nukleinsäuren, hohe Sensitivität und Spezifität.
• Proteomics: Erkennung und Quantifizierung von Proteinen zur Diagnose und Prognose.

Molekulare Ansätze zur Therapieentwicklung

Definition:

Molekulare Ansätze zur Therapieentwicklung - Analyse und Nutzung molekularer Mechanismen zur Entwicklung neuer Therapien.

Details:

• Identifikation von Zielmolekülen (Targets)
• Drug Design: Rationales Design kleiner Moleküle
• Biologische Therapeutika: Antikörper, Proteine, Nukleinsäuren
• Genetik-basierte Ansätze: z.B. CRISPR-Cas9
• High-Throughput-Screening (HTS) und Lead Optimization
• Personalisierte Medizin
• Pharmakodynamik und Pharmakokinetik
• Nebenwirkungsprofil und Toxizitätsbewertung