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Epigenetik

Vom Gen zum Protein / Regulation der Genexpression / Genexpression bei Eukaryoten

Die Epigenetik ist ein relativ neues Spezialgebiet in der Biologie. Sie befasst sich mit ungewöhnlichen Vererbungsmustern bzw. ungewöhnlichen Mustern der Proteinexpression.

„Dicke Mäuse versus dünne Mäuse"

Anhand des Mäusebeispiels will ich die Epigenetik erläutern. Unter Epigenetik kann man sich einen Code vorstellen, der über dem der DNA steht. So ist alles Grundlegende in der DNA festgeschrieben, doch scheint es möglich, dies zu modifizieren oder umzuschreiben.

Welche Eigenschaften auf Tochterzellen vererbt werden, ist also nicht nur von der DNA-Sequenz abhängig. Chromosomen oder einzelne Gene können in ihrer Aktivität deutlich beeinflusst werden. Dies wird als epigenetische Prägung bezeichnet. Die DNA-Sequenz bleibt erhalten, aber modifiziert und dadurch stillgelegt (DNA-Methylierung oder Veränderung der Histone).

Mäuse mit dem Agouti-Gen sind gelb und sehr dick! Diese Eigenschaft vererbt sich ebenfalls auf die Nachkommen, es sei denn, man füttert die Mäusemutter während der Schwangerschaft mit speziellen Vitamintabletten (B12) und Cholin. Die Nachkommen sind dünn und ihr Fell ist braun, nicht mehr gelb.

Das Agouti-Gen war abgeschaltet worden! Im Erbgut immer noch vorhanden, bleibt es bei der Embryogenese offensichtlich unberücksichtigt!

Warum?

Wir erhalten von unseren Eltern nicht nur DNA. Wir erhalten komplette Chromosomen. Diese sind von Proteinen (Histonen) umgeben. Auch diese werden weitergegeben. So kann weit mehr Information von Eltern auf Nachkommen übertragen werden, als bisher angenommen wurde.

Merke

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Vererbung ist mehr als nur DNA!

Genomic imprinting oder genomische Prägung

Wie ein Merkmal in den Nachkommen ausgeprägt wird, kann davon abhängig sein, von welchem Elternteil das Allel weitervererbt wurde. So ist bei diesen „geprägten" Genen nur ein Allel aktiv.

Beispiel

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Beispiele für genomic imprinting
Das Prader-Willi-Syndrom und das Angelman-Syndrom sind beides autosomal rezessiv vererbte Krankheiten. Beide beruhen auf einer Mutation an identischer Position auf Chromosom 15. Nun ist es entscheidend, ob das Allel von der Mutter oder vom Vater weitergegeben wurde!

  • Prader-Willi-Syndrom:
  • Deletion 15q11.2>q13 am väterlichen Chromosom 15
  • Symptome: Muskelhypotonie im Neugeborenenalter, Probleme beim Schlucken im Neugeborenenalter, Hypogonadismus, Tendenz zu Fettleibigkeit, Minderwuchs, IQ reduziert (ca. 50), Häufigkeit 1:25.000
  • Angelmann-Syndrom (happy puppet syndrome)
  • Deletion 15q11.2>q13 am mütterlichen Chromosom 15
  • Symptome: schwere psychosomatische Retardierung, Sprachprobleme, unkoordinierte Bewegungen, unangemessenes Lachen, Abnormitäten im EEG, Häufigkeit 1:20.000
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Molekularbiologie / Genetik

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • DNA als Erbsubstanz
    • Einleitung zu DNA als Erbsubstanz
    • Molekularbiologie als Thema im Abitur
    • Aufbau der DNA
      • Einleitung zu Aufbau der DNA
      • Einzelstränge der DNA
    • Experiment von Griffith (1928)
    • Mutationen
    • DNA- Replikation
      • Einleitung zu DNA- Replikation
      • historisches Experiment: Meselson und Strahl
    • Organisation der DNA
  • Vom Gen zum Protein
    • Einleitung zu Vom Gen zum Protein
    • Transkription
    • Translation
      • Einleitung zu Translation
      • Der genetische Code
      • Die Aufgaben der RNAs (mRNA, tRNA)
    • Proteinbiosynthese in Eukaryoten
    • Genwirkkette
      • Einleitung zu Genwirkkette
      • Genwirkkette am Beispiel Neurospora crassa
      • additive Polygenie
    • Regulation der Genexpression
      • Einleitung zu Regulation der Genexpression
      • Genregulation: molekularen Ebenen
      • Lac-Operon
      • Trp-Operon
      • Genexpression bei Eukaryoten
        • Einleitung zu Genexpression bei Eukaryoten
        • Epigenetik
          • Einleitung zu Epigenetik
          • DNA-Methylierung
        • Riesenchromosome machen Expression sichtbar
          • Einleitung zu Riesenchromosome machen Expression sichtbar
          • Entwicklungsstadien von Drosophila - regulierte Genexpression
  • Methoden der Gen- und Reproduktionstechnik
    • Einleitung zu Methoden der Gen- und Reproduktionstechnik
    • Klonierung
      • Einleitung zu Klonierung
      • Restriktionsenzyme
      • Methode: Gel-Elektrophorese
      • Klonierung von Fremd-DNA und Transformation
      • Transformation
      • cDNA
    • Methode: Polymerase-Ketten-Reaktion
    • Methode: genetischer Fingerabdruck
    • Methode: Gensonde
    • Methode: DNA-Microarray (Biochip)
    • Methode: FISH
    • Bedeutung von Gentechnik in Biologie, Landwirtschaft und Medizin
  • Genetik der Zelle
    • Einleitung zu Genetik der Zelle
    • Zellteilung
      • Einleitung zu Zellteilung
      • Mitose
      • Meiose
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    • Stammzellen
      • Einleitung zu Stammzellen
      • Gewinnung embryonaler Stammzellen
      • Differenzierung von Stammzellen
      • Differentielle Genaktivität
        • Einleitung zu Differentielle Genaktivität
        • Steuerung der Genexpression in verschiedenen Entwicklungsphasen
        • Dictoyostelium discoideum
        • therapeutisches Klonen
          • Einleitung zu therapeutisches Klonen
          • Reproduktionstechnik - am Beispiel Dolly
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      • Stammzellen - wie weit darf die Forschung gehen?
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    • Einleitung zu Humangenetik
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      • Einleitung zu Mendel Regeln
      • monohybrider Erbgang
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    • Stammbaumanalysen
      • Einleitung zu Stammbaumanalysen
      • Heterozygotentest
      • Beispiele für Erbgänge und Stammbäume
    • Der Einfluß einer Mutation auf den Phänotyp - Beispiel einer Erbkrankheit
    • Pränataldiagnostik
    • Trisomie 21 - Beispiel einer Chromosomenmutation
    • Turner und Klinefelter - Beispiele für Fehlverteilungen der Gonosomen
    • Blutgruppen und Rhesusfaktoren
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