Epigenetik at Universität Innsbruck

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Definiere Chromatin

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Zellzyklus

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Struktur des Zellkerns
Kernhülle

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Grundsubstanz (Nucleoplasma)

Kernmatrix (nuclear scaffold)

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Chromosomen mit Chromatin

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Nucleolus

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Nucleolus organisierende Region

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Molekulare Bestandteile des Chromatins

Strukturen der nackten DNA

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Plastizität der DNA-Helix

Formen der DNA-Helix

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Gebogene DNA

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Palindrome

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Trippelhelix

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Epigenetik

Definiere Chromatin

  • Besteht aus DNA und Proteinen. 
  • Das Metaphasenchromosom ist am stärksten kondensiert. 
  • Histone sind immer an DNA gebundene Proteine, welche nur im Zellkerngenom vorkommen.
  • Schwesterchromatiden sind durch Kohäsine, bewegliche Proteinkomplexe, miteinander verbunden.

Epigenetik

Zellzyklus

Die Mitose wird durch den mitose promoting factor (Cyclin B) reguliert und besteht aus:


  • Interphase
  • Prophase: Abbau der Kernlamina, Kondensation der Chromosomen
  • Metaphase: MT erhalten Kontakt mit der Kinetochorregion der Chromosomen (Bivalent Attachment)
  • Anaphase: Cohäsin wird aufgelöst, die Chromosomen zu den Zellpolen gezogen
  • Telophase: Bildung der Zellkerne
  • G(ap)-Phasen; sind wichtig für die Regulation des Zellzyklus. Wichtige Rolle spielen hierbei die Zyklin-Proteinfamilie (Phosphatasen). Auf die G1-Phase folgt die
  • S(ynthese)-Phase und auf diese die G2-Phase.

Epigenetik

Struktur des Zellkerns
Kernhülle

  • äußere und innere Membran aus Lipiden (Phospholipiddoppelschicht, Kernmembran mit Kernporen
  • Innen anliegend liegt die Kernlamina
    • Sie besteht aus Proteinen, Laminen. 
    • Diese stellen Kontakt zum Chromatin her. Sie stabilisiert die Kernhülle und Kernform. 
    • Mechanische Verbindung von Chromosomen mit Kernhülle.
  • Poren
    • Bestehen aus einem inneren und äußeren Ring, die durch 8 Filamente verbunden sind. 
    • Sie besitzen auf der nukleoplasmatischen Seite eine körbchenförmige Struktur. 
    • Pro Zellkern können bis zu 2000 Poren auftreten. Sie sind an der Kernlamina befestigt. 
    • Moleküle mit einem Gewicht von unter 50kDa können frei passieren.
  • Caroferine: auch als Importine/Exportine bezeichnet. Sind Rezeptoren, welche bestimmte Moleküle erkenne
    und durch die Kernporen schleusen.
  • Ribonucleopartikel (RNP): aus mRNA und Proteinen. Die mRNA wird hierbei prozessiert. In der Kernpore wird die mRNA von den Proteinen getrennt und noch vor Erreichen des Cytoplasmas an Ribosomen gebunden.
  • Lamina:
    Es gibt 4 unterschiedliche Lamine. Sie haben eine ähnliche Struktur wie die Intermediärfilamente. Sie sind an der Bindung des Chromatins beteiligt. Die Farnesylierung (Anhängen von Prenylgruppen) ist eine wichtige posttranslationale Modifikation dieser Proteine.

Epigenetik

Grundsubstanz (Nucleoplasma)

Kernmatrix (nuclear scaffold)

durch Zugabe von Detergenzien bleiben folgende Bestandteile übrig:

  • Lamina: Chromatinorganisation, Regulation des Zellzyklus, Embryonenentwicklung und Zelldifferenzierung, Replikation der DNA, Apoptose, Gendefekte (A, B1) - Progerie
  • Porenkomplexe
  • Nucleolusrestkörper
  • internes Netzwerk aus Ribonucleoproteinen und Fibrillen

Epigenetik

Chromosomen mit Chromatin

Formen des Chromatins

  • Heterochromatin: dunkle Bereiche, v.a. am Rand zu finden. Sehr dicht gepackte Bereiche, inaktiv
  • Euchromatin: hell, zugänglich für aktive Prozesse, aufgelockert, weniger dicht gepackt.

Epigenetik

Nucleolus

  • Hier erfolgt die Ribosomenbiogenese (Transkription ribosomaler Gene/rRNA). 
  • Am Rand davon liegen die Nucleolusorganisator-Regionen (Blöcke ribosomaler DNA), welche für die rRNA kodieren.
  • Im Nucleolus werden die Vorstufen der UE der Ribosomen hergestellt. Prozessierung und Spaltung der 47S rRNA und Zusammmenbau mit ribosomalen Proteinen und 5S RNA.

  • Aufbau: Fibrilläres Zentrum mit Chromatinschleifen, anschliessend die fibrilläre Komponente des Nucleolus für Stützfunktion und granuläre Komponente mit 5S RNA.

Epigenetik

Nucleolus organisierende Region

Ist am Rand des Nucleolus und kodiert für r RNA.

Epigenetik

Molekulare Bestandteile des Chromatins

Strukturen der nackten DNA

  • Basen
  • B: Durchmesser 2nm, 10 Basen = 3,4nm = 1 Umdrehung der DNA-Helix
  • Stabilisierung durch hydrophobe WW, van-der-Waals-WW und H-Brücken. 
  • große und kleine Furchen sind wichtig für die Bindung von Proteinen.
  • Der Schmelzpunkt der DNA ist abhängig vom GC-Gehalt des Stranges, da diese Sequenz mehr H-Brücken ausbildet und somit stabiler ist

Epigenetik

Plastizität der DNA-Helix

Formen der DNA-Helix

Formen der DNA-Helix spielen wichtige Rolle bei der Regulation des DNA-Stoffwechsels (Replikation,

Rekombination, Transkription).


  • B-DNA: normale rechtsgängige DNA.
  • A-DNA: rechtsgängige DNA, die vor allem bei dehydrierten Organismen vorkommt (Samen, Sporen).
  • --> Beide Furchen sehen hier unterschiedlich aus, wodurch die meisten Transkriptionsfaktoren nicht mehr daran binden können. Sie kommt auch in doppelsträngiger DNA vor, z.B. bei Haarnadelloops des Terminationssignals der Transkription.
  • Z-DNA: linksgängige DNA. v.a. wo am 5C methyliertes Cytosin vorkommt. Unter normalen Umständen liegt G bei einer GC-Basenpaarung in der anti-Konformation. Bei der Paarung von G-Cmeth kommt G jedoch in der syn -Konformation zu liegen. Es kommt zu hydrophoben Wechselwirkungen, Superspiralisierung der DNA.

Epigenetik

Gebogene DNA

  • sequenzinduziert: Die Biegung wird durch eine bestimmte Reihenfolge von Purinen bestimmt. 4-5 A, dann AT. Kommt solch eine Sequenz mehrere Male hintereinander vor, kommt es zur Biegung der DNA (wichtige Erkennungsstelle).
  • proteininduziert: Bending. wichtig damit Polymerasen an DNA andocken können. CAP – catabolite activator protein

Epigenetik

Palindrome

Wichtig zur Bildung von Haarnadelschleifen bei einzelsträngiger RNA/DNA. DNA-bindende Proteine erkennen Pallindrome. Auch bei H(hinge)-DNA.

Epigenetik

Trippelhelix

häufig während der Rekombination beobachtet. Kann aber auch während der Replikation, Transkription vorkommen.

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