Elective Module - Cheatsheet

Techniken zur Sequenzierung von Genomen

Definition:

Genomsequenzierung: Methode zur Bestimmung der DNA-Abfolge in einem Genom.

Details:

• Sanger-Sequenzierung: Kettenabbruchmethode, genau aber langsam und teuer.
• Nächste Generation Sequenzierung (NGS): Massiv parallele Sequenzierung, schneller und kostengünstiger.
• PacBio (SMRT): Lange Leseweite, nützlich für komplexe genomische Regionen.
• Oxford Nanopore: Sequenziert DNA während des Transports durch Nanoporen, schnelle und lange Lesungen.
• Wichtige Schritte: 1. DNA-Isolierung 2. Bibliotheksvorbereitung 3. Sequenzierung 4. Datenanalyse

Datenanalyse-Methoden für Genomik und Proteomik

Definition:

Methoden zur Analyse großer biologischer Datensätze, die aus Genom- und Proteomstudien stammen.

Details:

• Sequenzierung: Identifikation der Basenabfolge in DNA/RNA mittels NGS-Technologien (z.B. Illumina, PacBio)
• Alignment: Anordnung von Sequenzen zur Identifizierung homologer Bereiche, z.B. mittels BLAST oder Bowtie
• Variant Calling: Identifikation von SNPs und Indels in den Daten
• Transcriptomics: Analyse der Genexpression (RNA-Seq)
• Proteomanalyse: Massenspektrometrie-basierte Identifikation und Quantifizierung von Proteinen
• Bioinformatik-Werkzeuge: Verwendung von Software wie SAMtools, GATK und Scikit-learn
• Statistische Methoden: Anwendung von Techniken wie PCA und Clustering für Datenreduktion und Mustererkennung

Signalmechanismen innerhalb der Zelle

Definition:

Mechanismen, durch die Zellen Signale empfangen, verarbeiten und darauf reagieren; umfasst Signaltransduktion, second messengers und Proteinmodifikation

Details:

• Signaltransduktion: Kaskade biochemischer Ereignisse zur Übertragung eines externen Signals ins Zellinnere
• Second Messenger: Kleine Moleküle (z.B. cAMP, Ca²⁺), die Signalverstärkung und -übertragung bewirken
• Proteinkinasen und Phosphatasen: Enzyme, die durch Phosphorylierung bzw. Dephosphorylierung Proteine aktivieren oder deaktivieren
• Rezeptortypen: GPCRs, RTKs, ionotrope und metabotrope Rezeptoren
• Regulatorische Netzwerke: Feedback- und Feedforward-Schleifen zur Präzision und Kontrolle
• Posttranslationale Modifikationen: Phosphorylierung, Ubiquitinierung, Acetylierung zur Funktionseinstellung von Proteinen

Regulation des Zellzyklus

Definition:

Mechanismen, die zyklische Progression des Zellzyklus steuern

Details:

• Hauptphasen: G1, S, G2, Mitose
• Kontrollpunkte: G1/S, G2/M, Spindelkontrollpunkt
• Wichtige Proteine: Cycline, Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs)
• Regulation via Phosphorylierung/Dephosphorylierung
• Zusammenhalt durch CDK-Inhibitoren (CKIs)
• \textit{Checkpoints} verhindern DNA-Schäden und fehlerhafte Zellteilung

Typen von Rezeptoren und ihre Funktionen

Definition:

Verschiedene Rezeptortypen erkennen und binden spezifische Liganden, um zelluläre Signale zu initiieren.

Details:

• Ionotrope Rezeptoren: Liganden-gesteuerte Ionenkanäle, schnelle Signalübertragung.
• Metabotrope Rezeptoren: G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, langsamer, aktiviert sekundäre Botenstoffe (z.B. cAMP).
• Enzymgekoppelte Rezeptoren: Haben enzymatische Aktivität (z.B. Tyrosinkinase-Rezeptoren), wichtig für Wachstumsfaktoren.
• Nukleäre Rezeptoren: Intrazellulär, binden steroidale und nicht-steroidale Hormone, regulieren Genexpression.

Genetische Veränderungen in Krebszellen

Definition:

Genetische Veränderungen in Krebszellen führen zu unkontrolliertem Zellwachstum und Tumorbildung.

Details:

• Mutationen in Onkogenen und Tumorsuppressorgenen.
• Genomische Instabilität und chromosomale Aberrationen.
• Epigenetische Modifikationen beeinflussen die Genexpression ohne Änderung der DNA-Sequenz.
• Treiber- vs. Passagiermutationen: Erstere fördern Krebsentwicklung, letztere entstehen zufällig.
• Beispiele: TP53-, BRCA1/2-Mutationen.

Stammzellbiologie und -technologie

Definition:

Stammzellbiologie untersucht die Eigenschaften und das Verhalten von Stammzellen. Technologien zur Manipulation von Stammzellen umfassen Methoden zur Isolierung, Kultivierung und Differenzierung.

Details:

• Arten von Stammzellen: embryonale, adulte, induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs)
• Selbst erneuernd und multipotent/pluripotent
• Methoden: Zellkulturen, Gentransfertechniken (z.B. CRISPR/Cas9)
• Anwendung: regenerative Medizin, Krankheitsmodellierung, Wirkstoffscreening
• Ethische und rechtliche Aspekte berücksichtigen

Tissue Engineering Techniken

Definition:

Gewebeherstellung durch Kombination von Zellen, biochemischen und physikalisch-chemischen Faktoren.

Details:

• Grundlagen: Zellbiologie, Biomaterialien, Signaltransduktion
• Methoden: Zellkultur, Scaffold-Technologie, Bioreaktoren
• Anwendungen: Regenerative Medizin, Krankheitsmodelle, Arzneimitteltests