Expression unmöglich
Es wird ein Überblick über den Aufbau des menschlichen Genoms, speziell die codierende und nicht-codierende DNA, gegeben. Am Beispiel der Strukturgene wird das sogenannte zentrale Dogma der Molekulargenetik illustriert, wonach die Information sequentiell von der DNA über die RNA zum Protein übertragen wird. Veränderungen der Gene wirken sich auf den Phänotyp aus und verdeutlichen, wie durch Reduktionismus Einsicht in Komplexität gewonnen werden kann.
Die Umsetzung der Information vom Gen zum Genprodukt ist ein komplexer multifaktorieller Prozess, der in seiner zeitlichen und räumlichen Abfolge hochgradig reguliert und an zelluläre Kompartimente gekoppelt ist. Es werden sowohl die Mechanismen der Transkription und ihre Regulationsprinzipien dargestellt als auch das komplexe Schicksal von RNAs und deren Bedeutung für die Zelle in seinen Grundzügen charakterisiert. In einem abschließenden Überblick werden die Mechanismen der Proteinbiosynthese illustriert. Außerdem sollen grundlegende Prinzipien der zellulären Regulation der Genexpression (Induktion und Repression) auf den verschiedenen Ebenen vermittelt werden.
• Definition von Viren als Pathogene (Historisch/Modern),
• Virusaufbau (Grundelemente: Nucleinsäure, Proteincapsid (viruscodiert), z.T. Hülle (Lipiddoppelmembran aus infizierter Zelle),
• Virusklassifikation anhand des Genoms (DNA/RNA, doppel/einzelsträngig, linear/zirkulär, segmentiert),
• Virusgröße, Strukturmerkmale und Variabilität,
• Detektionsmöglichkeiten: Elektronenmikroskopie, NMR, PCR,
• DNA-Viren: Transkriptionsregulation, Enhancer,
• RNA-Viren: Mechanismen der RNA-abh. RNA-Replikation,
• Retroviren: Reverse Transkription und chromosomale Integration.
• Viren als Vektoren für Gentherapie: Grundprinzip des Umbaus von Viren als Genfähren zum Transport von Fremdgenen in Zielzellen. Welche Gene kann man - grundsätzlich - aus Viren entfernen, um Platz für Fremdgene zu schaffen.
• Exemplarisches Anwendungsbeispiel: Kompensation eines (mono)genetischen Defekts durch Einschleusen einer intakten Genkopie in die betroffene Zelle.
• Virusaufbau (Grundelemente: Nucleinsäure, Proteincapsid (viruscodiert), z.T. Hülle (Lipiddoppelmembran aus infizierter Zelle),
• Virusklassifikation anhand des Genoms (DNA/RNA, doppel/einzelsträngig, linear/zirkulär, segmentiert),
• Virusgröße, Strukturmerkmale und Variabilität,
• Detektionsmöglichkeiten: Elektronenmikroskopie, NMR, PCR,
• DNA-Viren: Transkriptionsregulation, Enhancer,
• RNA-Viren: Mechanismen der RNA-abh. RNA-Replikation,
• Retroviren: Reverse Transkription und chromosomale Integration.
• Viren als Vektoren für Gentherapie: Grundprinzip des Umbaus von Viren als Genfähren zum Transport von Fremdgenen in Zielzellen. Welche Gene kann man - grundsätzlich - aus Viren entfernen, um Platz für Fremdgene zu schaffen.
• Exemplarisches Anwendungsbeispiel: Kompensation eines (mono)genetischen Defekts durch Einschleusen einer intakten Genkopie in die betroffene Zelle.
Am Beispiel eines Patienten oder einer Patientin mit Fanconi-Anämie mit charakteristischen Fehlbildungen und progredientem Knochenmarkversagen wird der Einfluss eines DNA Reparaturdefektes auf verschiedene Organsysteme illustriert. Mittels Darstellung des pathophysiologischen Konzeptes wird auf die besondere Problematik des erhöhten Tumorrisikos bei Fanconi-Anämie-Patienten oder Patientinnen eingegangen.
Die RNA in menschlichen Zellen vermittelt den Informationsfluß zwischen Genom und Proteom. Die strukturellen Besonderheiten von RNA sowie ihre biologische Bedeutung (Übertragung genetischer Information, Regulation der Genexpression, Katalyse von biochemischer Reaktionen) werden im Rahmen dieses Seminars erläutert. Die Rolle der Sekundär- und Tertiärstruktur für die Funktion der RNAs wird erläutert. An der Biosynthese der RNA (Transkription) sind vielfältige Mechanismen beteiligt, die von medizinscher Bedeutung sind (Antibiotika, Zytostatika). Im Rahmen dieses Seminars werden die Hauptklassen der zellulären RNAs (mRNA, tRNA, hnRNA, rRNA, snRNA, miRNA) sowie deren biologischen Bedeutungen vorgestellt. In Grundzügen werden die Besonderheiten ihrer Biosynthese (RNA-Polymerasen I-III, mitochondriale RNA-Polymerase) und ihrer Reifung (Capping, Polyadenylierung, Splicing, Editing) anhand medizinisch ausgewählter Beispiele (Immunglobulin IgM, Apolipoprotein B 48/100) vorgestellt.
Menschliche Zellen bzw. der menschliche Organismus sind in der Lage, in komplexer Weise mit der Umwelt zu interagieren. So können chemische Substanzen der Umwelt oder Arzneimittel vielfältig mit den Mechanismen der Genexpression wechselwirken. Der Einfluss beinhaltet sämtliche Schritte vom Umsetzen der Erbinformation von der DNA-Sequenz zum Protein (Transkription und Translation). Hemmstoffe der Transkription und Translation (Antibiotika, Zytostatika) sind vielfältig eingesetzte Pharmazeutika in der Therapie von Infektionen und Tumoren. Die Wirkung von Antibiotika bei bakteriellen Infektionen beruht auf den Besonderheiten der prokaryotischen Genexpression. Dennoch können Antibiotika auch vielfältige Nebenwirkungen auf den menschlichen Organismus haben.
Basierend auf einer Lipiddoppelschicht enthalten Biomembranen integrale und membranständige Proteinanteile, welche durch komplexe Kohlenhydrat- und Lipidanteile modifiziert sein können. Am dynamischen Auf- und Umbau der Biomembran sind verschiedene zelluläre Kompartimente des Endoplasmatischen Retikulums und des Golgi-Apparates beteiligt. Die luminalen und membranständigen Proteine dieser Kompartimente und des Extrazellularraums durchlaufen im Rahmen ihrer Biosynthese definierte Reifungsschritte (sekretorischer Weg). Hierbei werden die Proteine auf vielfältige Weise modifiziert, sortiert und ihre korrekte Konformation überprüft. Darüber hinaus werden sowohl Proteine das Zytoplasmas als auch der vesikulären Kompartimente speziellen Abbauprozessen zugeführt. Störungen in der Koordination dieser Prozesse können die Ursache für verschiedene schwerwiegende Erkrankungen wie Mukoviszidose oder lysosomale Speicherkrankheiten sein.
Als Beispiel für individuelle Merkmalsvariabilität prüfen die Studierenden in einem Selbsttest die eigene Fähigkeit, einen Bitterstoff (Phenylthiocarbamid, PTC) zu schmecken. Diese Fähigkeit wird genetisch durch Sequenzvarianten in der Nukleinsäure eines Individuums determiniert. Die Studierenden bestimmen die eigene Sequenzvariante (Genotyp) mit Hilfe der PCR-basierten Sequenzanalyse. Die Kettenabbruchmethode nach Sanger zur Ermittlung des Genotyps wird erklärt. Die Studierenden analysieren ihre eigene Gensequenz des Bitterstoffrezeptors. Die Häufigkeiten der ermittelten Genotypen werden mit den erwarteten Genotyp-Häufigkeiten in der Population (Hardy-Weinberg-Gesetz) verglichen. Es wird besprochen, dass auch Sequenzvarianten, die für Krankheiten verantwortlich sind, nach diesem Verfahren ermittelt werden. Zudem wird das Phänomen der komplementären Polygenie am Beispiel eines Stoffwechseldefektes der Anthocyansynthese bei der Levkoje (Matthiola incana) analysiert und zugleich eine „Therapie“ dieses genetischen Defektes durchgeführt.
Die Nachbesprechung, moderiert von den studentischen Modulverantwortlichen, dient der Evaluation und Weiterentwicklung des Moduls. Auf kurzem und direktem Weg kann von den Studierenden Feedback entgegengenommen werden, das sich sowohl auf Inhalt als auch auf Aufbau und Struktur des Moduls beziehen kann. Die studentischen Modulverantwortlichen bringen dieses Feedback anschließend in die Modulreviews ein. Nutzt diese Chance, das Studium zu gestalten!