Lernziele Glauser Kapitel 13: Mechanismen Transkription

A) generell: RNA Poly und Transkriptionszyklus 3 Phasen Transkription coding & template strand definieren Transkription zeichnen mit 5’-3’ Polarität Strang Nummer, Name, spezifische Funktion RNA Polymerasen kennen (bei Eu- & Prokaryoten)

B) Transktiptionszyklus Bakterien

Inititaion Wie erkennt Faktor σ (sigma) DNA eines Promotors

o σ4 bindet -35 / σ2 bindet -10 Wieso Elemente -35 & -10 eine spez. Sequenz, die sich einem Konsensus nähert Was ist eine Konsensus Sequenz

o „Sie stellt einen Konsens aus den am häufigsten vorkommenden Nukleinbasen in unmittelbarer Nähe des Startcodons AUG auf der mRNA dar.“

‚Stärke’ eines Promotors & wie Sequenz beeinflusst o stark: begünstigt hohe Initiationsrate, generell näher am Konsensus o schwach: schwache Initiationsrate, generell weiter weg vom Konsensus o Rolle: trägt zum variablen Niveau der Genexpression bei

funktionelle Rolle variabler Promotor ‚Stärken’ o wenige Promotor stimmen exakt mit Konsensus überein -> Unterschied einige Nucl.

andere Elemente Bakterien Promotor: UP-Element, Extended-10, Discriminator o UP-Element von CTD erkannt o Rest zeichnen:

offene & geschlossene Komplexe, die zwischen RNA Poly & DNA gebildet werden o Fusion σ2 und -10 öffnet Strang bis +3 siehe S.23 PP

Charakteristika Isomerisation (Fusion); erlaubt von geschlossenen -> offenen Komplex o =spontane Konformation-Wechsel Protein-DNA Komplex / kein ATP / Irreversibel

Wie -10 Element mit RNA Poly interagiert & Rolle Faktoren/UE σ in Isomerisation (Fusion) Elongation

2 Korrektions-Mechanismen der RNA Polymerase (währen Transkription gebraucht) o Pyrophos-phorolytic editing= Umkehren vorwärts Translokation+1, NTP gebunden o Hydrolytic editing: reverse Translocated -1,

Wieso RNA Polymerase ‚stecken bleibt’ bei DNA Läsion & wissen welcher Mechanismus in Zelle für Befreiung benutzt wird

o Geschädigte DNA Strang verursacht Entfernung RNA Polymerase o Mechanismus: TRCF (Transcription Repair Coupling Enzyme), UvrAB

Termination 2 Mechanismen Termination bei Bakterien

o Rho & intrinsisch (Hairpin) Wie Faktor Rho rekrutiert bei rho-abhängigen Termination

o Rut (Rho utilization) bei Termination Sequenz – 3’ Richtung -> holt Polymerase auf und interagiert durch ATP abhängige Helikase -> Pause & Ablösen der RNA Poly

2 Charakteristika der Auslösung rho-unabhängigen Termination, ihre Rolle in Bezug auf Sekundärstruktur RNA & Schwächung RNA-DNA Interaktion

o DNA enthält dyad symmertie -> lagert sich bei RNA zusammen -> Hairpin Struktur o Hairpin Struktur unterbricht Polymerase (wieso nicht bekannt)

C) Transkription Eukaryoten 1. 3 Polymerasen kennen, Lokalisation, ihre Produkte und Sensibilität auf -Amanitin

Enzym Ort Produkt Empfindlichkeit gegen -Amanitin RNA Poly I

Nucleus

rRNA-Gene Nicht empfindlich RNA Poly II hnRNA -> mRNA

snRNA Empfindlich

RNA Poly III 5S-RNA tRNAs

Spezies spezifisch

2. Transkription abhängig Pol II (Synthese mRNA) Methode: Kartographie Startstellen Transkription

Verstehen & Erklären S1-Nuclease-Methode (Berk und Sharp) Verstehen & Erklären Primer-Extension-Methode

Methode: Analyse Funktion Promoter

Transitorisches Expressionsprinzip für Expression der Gene erklären (BSP. β-globin in Fibroblasten exprimiert)

Gen Reporter (BSP Chloramphenicol-Acetyl-Transferase CAT)

Nucleotide Deletion & Mutation Strategie für funktionelle Analyse der Promotor Elemente o -Globin Gen: Deletion

Funktionelle Bedeutung 5’-flankierende Sequenzen eines -Globin Gens – Wt: 5’- -Globin spezifisches Element ,CAAT-Box - TATA-Box, Start Transkription Je mehr Deletion desto mehr Einschränkung Transkriptionsleistung, keine

Transkription mehr ab Deletion TATA-Box o -Globin Gen: Nukleotidaustausch-Mutationen

Austausch einzelner Nukleotide in CAAT - / TATA - Box -> drastische Auswirkung auf Effizienz Transkription

o Core Promoter: minimal set of sequence elements required for accurate Transcription Initiation (by Pol II machinery!!!)

Methode: Analyse Bindung Protein – DNA

Electrophoretic mobility-shift

Nuclease protection footprint Der minimal Eukaryoten Promotor (Core Promotor) und generelle Transkriptionsfaktoren

Aufzählen (bekannteste) Elemente der Promotor Sequenz Pol II & generelle Rolle für Initiation

o TATA-box (TBP bindet daran) o Initiator (Inr)

Spezifische Charakteristika Housekeeping Genes o „Gen, welche unabhängig von Zelltyp, Zellstadium und äußeren Einflüssen exprimiert

wird“ – enthält oft keine TATA Box – mehrere GC Boxen o dispersed initiation of Transcription (=oft kein einheitlicher Startpunkt)

Aufzählen generelle Transkription Faktoren, die von Pol II benutzt werden & Funktion o Alle zusammen bilden am Promotor den Prä-Initiationskomplex

TFIID -TBP – erkennen TATA-Box / Erkennen von Promotoren) -TAFs – verschiedene Regulatorische Funktionen)

TFIIA Stabilisierung TFIID-Bindung / Entfernen, Neutralisieren von negativen Faktoren TFIIB Bindung der RNA Polymerase II / Bestimmung Startstelle TFIIF Heranführen RNA Polymerase II an Promotor TFIIE Heranführen von TFIIH, Regulation enzymatische Aktivitäten von TFIIH TFIIH DNA-Helikase: Entwindung Promotor Sequenz

Protein-Kinase: Phosphorylierung carboxyterminalen Domäne von RNA Polymerase II Mediator Komplex

Funktion des Mediator Komplex o Hilft den Prä-Initiationskomplex zu bilden& Regulierung CTD Kinase in TFIIH für

Initiation – Mediator besteht aus vielen Untereinheiten

Von Initiation zur Elongation

Schritte, die zu prozessiven Elongationskomplex führen o I: Initiation; (Prä-Initiationskomplex, Promotor Melting, Abortive Initiation) o II: Early Elongation; (Promotor escape, Promotor proximal pausing)

o III: productive Elongation Struktur der C-terminalen Pol II Domäne (CTD) beschreiben

o Pol II braucht CTD für korrekte Positionierung Promotor (-CTD bindet an UP Element) o CTD Phosphorylierung Muster bestimmt welche Faktoren mit RNA Pol II assoziieren

Rolle der Phosphorylierung des CTD auf Serin 2 & Serin 5 kennen o Serin 5: loslassen Promotor durch TFIIH (Beginn Transkription) o Serin 2: productive Elongation durch P-TEFb

Faktoren, die proximal pausing der Pol II verursachen & wieder auflösen o Pausing

Nach Pol II Synthese von 25-50nt, abhängig von NELF (Negative Elongation Factor), der DSIF (DRB sensitivity-Inducing-Factor) braucht

In meisten Entwicklungs-Kontroll Genen (nicht in Housekeeping Genen) Evtl. für: pausierte Gene antworten schnell auf Stimuli / synchrone Gen

Aktivation / RNA Pol II pausing schlägt repressive Nucleosomen -> transkriptionelle Kompetent

o Auflösen - P-TEFb Transkriptions Aktivatoren rekrutieren (NF-kB, c-myc) Phosphoryliert Serin-2 von CTD Phosphoryliert NELF / DSIF / andere pausing factors

An Transkription assoziierte Phänomene

3 Phänomene der prä-messenger RNA Prozessierung o Transkription & Capping o Polyadenylierung o Splicing

Biochemie der RNA Kappe, 3 Etappen zu dessen Bildung, Phosphorylierung des CTD führt zu Rekrutierung der nötigen Maschinerie (Bild )

Welcher Phosphorylierungs Zustand des CTD zur Rekrutierung der Spleiss-Maschinerie führt o ?

Welcher Phosphorylierungs Zustand des CTD zur Rekrutierung der Poly-Adenylierungs Maschinerie & RNA Schnitt führt (S.67)

o CstF: Cleavage stimulation Factor – bindet an CTD -> dann Poly-A Signal Sequenz RNA o CPSF: cleavage Polyadenylation specificity factor – gleich wie oben o PAP: Poly-A Polymerase o Termination: Torpedo / allosteric Model

Wie kann Pol II durch Nukleosomen treten o Pol LL: FACT-aided elongation durch Nukleosomen (Facilitates Chromatin Transcript.)

nimmt Teil (H2A/H2B Dimer) eines Nukleosom weg um RNA Pol arbeiten zu lassen -> fügt danach wieder an

Termination / Poly-adenylierung

Ursprung der Auslösung (Signal) der Termination, implizierte Faktoren, Etappen, die zur Poly-A RNA führen

o Torpedo / allosterisches Modell Wissen, was stromabwärts (der Schnittstelle) durch Pol II von RNA transkribiert wird

o Poly A

3. Transkription abhängig Pol I rRNA Gene

Ribosom Struktur/ Wieso ribosomale RNA Gene in multiplen Kopien existieren o Ganzes: 80S – UE 60S & 40S o To keep up with the cells need for ribosomes / mehrere Ribosomen pro Gen

Organisation der rRNA Gene, wie mehrere rRNA produziert werden o Gleiche Anordnung: 5’-18S-rRNA-5,8S-rRNA-28S-rRNA-3’ -> Schnitt = reif o In Gruppen angeordnet: Gen, Spacer, Gen

Modifikationen der rRNA

2 Haupt-Modifikationen der Nucleotide, die auf rRNA gemacht werden o Methylierung von Riboseresten (RNA Methyltransferase ~100nt) o Überprüfung Uridin- in Pseudouridin- Basen (~90nt)

implizierte Moleküle und genereller Mechanismus durch den (Modifikations-)Enzyme auf die richtige Stelle zielen

o Modifikationen haben Auswirkungen auf Faltung der rRNA, Anlagerung ribosomale Proteine & Vorgänge bei Proteinsynthese

Der Nucleolus

Wissen, wo und woraus er besteht o Im Inneren des ZK o RNA Pol I, TFs, zahlreiche snoRNPs (small nucleolar ribonucleoprotein particles),

Faktoren für rRNA Reifung & Ribosomen Zusammenbau Wichtigste Etappen der Zusammensetzung Ribosomen & wo es stattfindet

o Lange rRNA Vorläufermoleküle gebildet & während Synthese in einzelne rRNA - Arten aufgetrennt

o Neusynthetiserte rProt. Aus Cytoplasme -> Nucleolus -> lagern sich an rRNA (+ 5S-rRNA

4. Transkription abhängig Pol III Aufzählen der Pol III transkribierten RNA (kleine RNA Moleküle) und Hauptfunktionen

o 5S-rRNA (Bestandteile grosse Ribosomen-UE) o alle tRNA-Arten o 7SL-RNA; Signalerkennungspartikel (SRP) für cotranslationalen Transport von

Proteinen wichtig, dirigiert Ribosom zur Membran des ER (SINE; Alu-Familie) o Gen für U6-snRNA; Komponente das mit anderen SnRNPs (small nuclear ribonucleo

proteins) den Spleissapparat bildet (andere snRNPs von RNA Pol II hergestellt) Struktur der 3 Klassen des Pol III Promotor & TFs

3 generelle Transkriptionsfaktoren, die an Pol III gebunden sind & Haupt-Charakteristika

o TFIIIA: Zink-Finger Blöcke Strukturen o TFIIIB: 3 UE, TBP (TATA Bindeprotein), TFIIIB 70 & -90 -> Anlagerung Pol III o TFIIIC: 6 UE;

Erkennen Promotor Elemente Heranziehen entscheidende TFIIIB Beteiligung an korrekte Bindung RNA Pol III Acetyl-Transferase; Lockerung Chromatinstruktur

Wissen, dass tRNA vor Reifung modifiziert werden & deren Haupt-Modifikationen kennen o RNAse Z entfernt überschüssige Sequenzen an 3’Ende o tRNA-Nucleotidyltransferase helfen CCA an 3’ Ende o RNAse P: Herstellung 5’ Ende o Intron Sequenzen durch spleissen entfernt (Endonuclease teilt prä in 2 Teile, RNA

Ligase fügt ohne Introns zusammen) o An spezifischen Stellen modifizierte Nukleotide; Dihydro-Uridin am D-Arm, Pseudo-

Uridin und Thymidin am T-Arm

Kapitel 18: Regulation Transkription bei Prokaryoten A) Prinzipien der transkriptionellen Regulation

Generelles Wieso Genexpression reguliert werden muss, Beispiele geben Vorteile kennen, die Regulation der Transkription auf andere Schritte Gen Produkt Synthese(?)

Konzepte Grundmechanismen

Definieren: basale Transkription, Operator, Repressor, Aktivator o Basale Transkription: Absenz von Aktivator & Repressor – RNA Pol bindet zufällig an

Promotor -> initiiert tiefes Level der Transkription o Operator: Abschnitt auf dem Operon in der Nähe / innerhalb des Promotors bezeichnet,

an den ein Regulatorprotein (Repressor / Aktivator) binden kann und dadurch die Affinität des Promotors zur RNA-Polymerase verringert bzw. erhöht

o Repressor: binden an Operator Sequenz inhibiert andocken von RNA Pol o Aktivator: Rekrutierung der RNA Pol (kooperatives Binden) hohes Level Transkription

Wie funktionieren Repressoren o Stärker als Aktivatoren (wenn beide vorhanden & aktiv)

Wie funktionieren Aktivatoren, verschiedene Aktivierung Arten kennen o Bindung angrenzend o Bindung gegenüber – DNA bending Protein kann helfen o Allosterische Wechselwirkung: Bindung Aktivator an weit entfernte Stelle (vom aktiven

Zentrum RNA Pol); Wechselwirkung zwischen räumlich getrennten Zentren Kooperativität Prinzip erklären, Beispiele der Applikation bei transkriptionellen Regulation

B) Regulation der Transkription: Beispiel bei Prokaryoten 1. Laktose Operon (lac) Organisation des Laktose Operon (Gen & regulatorische Sequenz), sowie 2 Protein Regulatoren

o CAP: catabolic activator protein & Operator o lacZ -Galactosidase (spaltet Lactose -> Glucose & Galactose) o lacY: Permease o lacA: Thiogalactoside Transacetylase

Implizierte Metaboliten in Operon Regulation , unter welchen Umständen Operon transkribiert

o Basale level of Transcription: +Glucose & +Lactose o Keine Transkription: + Glucose (Tetramer-Repressor gebunden, von lacl Gen kodiert) o Aktivierte Transkription: + Lactose (Dimer-CAP Aktivator gebunden

Wie fehlen von Glucose CAP reguliert & wie CAP Transkription aktiviert o Glucose hemmt cAMP (welches aktiviert; CAP Bindung begünstigt) o Aktiv: CTD bindet neben CAP site

2 Schlüsselexperimente, die CAP im Aktionsmodus zeigen o Activator bypass experiments; Beweis, dass einzige

Funktion des Aktivators die RNA Pol ans lacZ zu rekrutieren

wie Repressor DNA bindet, unter welchen Umständen er es macht, Rolle Kooperativität für effiziente Repression

o lac Operator aus 2x ‚half-site’ – je Lac-Repressor gebunden -> bindet an 2 Lac Operatoren (tetramer)

o Allolactose (aus Lactose + Transglycosylation) ist inducer -> blockiert Repressor

2. Andere Beispiele 2 Beispiele der Transkriptionsregulation; alternative Sigma UE der RNA Polymerase

o 70 -> 32 bei Heat Shock Regulation Gen glnA, spezifisch implizierte Proteine & deren Rolle

o Allsoterische Aktivierung durch NtrC (nitrogen regulatory Protein, ist eine ATPase) Konformationsänderung RNA Polymerase um an DNA zu binden

o IHF (DNA bending Protein) o 54 an Promotor

Wirkungsart des MerR Faktor auf merT Gen o Aktiviert Transkription durch ‚twisting’ des Promotors

Wirkungsart araBAD Operon

o AraC (+Arabinose bindet daran), neben Promotor -> aktivierte Transkription o AraC (- Arabinose) bindet anderen Teil DNA -> RNA kann nicht binden -> nicht aktiv

C) Fall des Bakteriophagen

Generelles zum Phagen Lebenszyklus des Phage kennen & Lytische, Lysogene Wachstum erklären

Generelle Struktur des Phagen Genom, grosse

Proteinkategorien kennen, die er kodiert Transkriptionskontrolle, die lytische & lysogene & ‚Entscheidung’ Phasen reguliert

Kontrollregion erklären, Promotor & Operator enthalten

Verschiedene Affinitäten des Repressor kennen; für 3 Operons in Promotor Region P(R) (OR1, Teil OR2)/ P(RM) (Teil OR2, OR3)

o OR1 > OR2 = OR3 Wie Kooperativität der Proteinbindung an Repressor DNA modifiziert & Abhängigkeit von

[Prot] o Repressor aus DNA Bindungsstelle, Aktivierungsregion, Di-& Tetramerisierung o kooperative Bindung = kleinere Konzentration führt früher zu vollständiger Repression

-> Sigmoide! Stationär stabiler Zustand in Zusammenhang mit Lysogenen Phase

Induktionsmechanismus der lytischen Phase, v.A Trigger-Element & Situation sobald lytische

Phase in Gang Erklären, wie Wahl von zwei Phasen sich bei Infektion unterscheidet

o Bei Infektion cro & cII aktiv -> Competition, Entscheid abhängig von o Multiplizität der Infektion; = lysogen / = lytisch o Wachstum Konditionen E.coli; gut = HFL- Aktivität -> Abbau CII Protein -> lytisch

Andere Beispiele zur Regulation der Genexpression Phage

Rolle & Mechanismus der Antiterminatoren Q & N (lytischer Wachstum) o Q engagiert RNA Polymerase bei frühen Elongation o RNA Poly trifft auf Pause -> Q bindet -> weiterfahren bis t(R’)

Retroregulation, die Expression des int Gen reguliert, mit produzierten Transkripten

(anfangend von 2 Promotoren) o P(L) Promotor: N Protein Antiterminator beeinflusst -> hairpin Struktur -> Abbau o P(I) Promotor: kein N -> resistent von Nucleasen Abbau

Kapitel 19: Regulation Transkription bei Eukaryoten

A) Unterschiede Prokaryoten / Eukaryoten Auf Niveaus;

o Der zellulären Struktur & Genom Architektur Prokaryoten: kein Zellkern, kleines Genom, zirkuläre DNA, Monoploid Eukaryoten: Zellkern, grosses Genom, lineare DNA, viele Chromosomen, Diploide

o Möglichkeiten der Gen-Expression Regulation Prokaryoten: basische Proteine, keine Mitose, Polycistronische Gene (= mRNA

mit Info für Synthese mehrere Proteine, d.h mehrere Gene) Eukaryoten: Chromatin (Histone, Nukleosome), Mitose, monocistronische Gene

o Grösse und Organisation der regulatorischen Regionen der Gene

B) Prinzipien Regulation Transkription Wieso Gen Transkription reguliert werden muss

o Sehr energieaufwändig, soll auf das notwendige Mass beschränkt sein o Stärkere/verminderte Synthese eines Enzyms verändert gleichermassen Konzentration

-> Stoffwechsel kann so reguliert werden o Höhere Organismen: viele Merkmale im Verlauf der Entwicklung ausgebildet

(genetische determiniert) -> verantwortliche Gene müssen in bestimmten Entwicklungsphasen „angeschaltet“ werden, um ihre Funktion zu erfüllen.

Einfache Fälle aufzählen, wo Genexpression kontrolliert werden muss (zeitlich & örtlich)

1. generelle Charakteristika der Aktivatoren & Enhancer definieren & differenzieren Aktivator & Enhancer sowie generelle & spezifische TFs

o Transkriptionsfaktoren: mindestens 2 Domänen;

DNA-Bindedomäne (mit definierten DNA Elementen; Enhancer) Transaktivierungsdomäne (spez. Kontakte mit Proteinen Initiationskomplexes

/ Co-Aktivatoren, -Repressoren des Transkriptionsapparates) Empfangsorte Signale / Modifikationen (meist Serin Reste) TFs aus 2 oder mehreren UE; Dimerisierungs- oder Interaktionsdomäne

erklären und interpretieren Schlüssel-Experimente der swap Domäne definieren von Transaktivierungsfunktion & DNA Bindung

2. Aktivierungsmethode durch Aktivatoren 3 Hauptaktionen der Aktivatoren

o Rekrutierung generelle TFs & andere Komponenten des Initiationskomplex (Mediator) & die Zusammensetzung

o Rekrutierung Nukleosomen Modifizierer & Remodeler um Promotor zu „öffnen“ o Rekrutierung Protein Faktoren, die Pol II Initiation & Elongation stimulieren (pTEFb...)

Experiment erklären, welches zeigt, dass die Rekrutierung des Mediator Komplex in Nähe von Promotor genügend für Transkriptionsbegünstigung ist

o Activator Bypass Experiment..?

3. Repressoren 4 Hauptaktionen der Repressoren

o Kompetition o Inhibition o Direkte Repression o Indirekte Repression

erklären, wie Präsenz Glucose / Absenz Galactose GAL1 Gen unterdrücken kann (bei Hefe) o Glucose: Binden von Mig1 an Region zwischen UAS(G) und GAL1 Promotor o UAS(G) bindender Gal4 (Aktivator) durch Gal80 reguliert -> Galactose aktiviert GAL1

4. Isolatoren & Fernwirkung Funktion eines Isolators kennen

o Blockieren Aktivierung eines Enhancers (wie ‚Abschirmung’)

LCR definieren & Beispiel Lokus der Gene der Globine erklären o Locus Control Region für angemessene Regulierung einiger Gen Gruppen – geordnete

Expression bei Chromosom 11 (genaueres nicht erklärt)

C) Klassifizierung der spezifischen Transkriptionsfaktoren Generelles

Aufzählen der grossen Klassen der TFs o Pol II: TFIIA,B,D,E,F,H o Pol III: TFIIIA,B,C

Nach DNA Bindemotiv eingeteilt BSP Homöodomäne HOX Helix-Loop-Helix (bHLH) MyoD bHLH-Zip Myc, Max NFkB NFkB (p65, p50), dorsal Leucin Zipper (bZip) CREB Zink Finger (CCHH) / (CCCC) Enthält Proteine (TFIIIA)

Ursprung der Nomenklatur & Struktur der Bindungsdomänen an DNA (siehe B1)

Proteine à Homeodomänen: Funktionen, Gen Organisation, wie entdeckt kennen

o DNA Erkennung durch Homodomäne enthaltendes Protein o Entdeckung durch Analyse Entwicklungsprozess bei

Drosophila; besteht aus 14 Segmenten, wenn Identität der Segmente verloren geht (z.B: Anstelle Antennen Beine): homöotische Mutation, wobei betroffene Gene homöotische Gene sind.

o HOX Gene = Segmente bei Embryonalentwicklung bHLH Faktoren: Art der Regulierung des MyoD Faktors bei Zelldifferenzierung

o Determinierung und Differenzierung von Muskelzellen durch myogene Transkriptionsf. o Myoblasten/Zellen früher Embryo: Myf5 exprimiert MyoD Myogenin -> Myotube;

haben Hauptrolle bei Aktivierung von muskelspezifischen Genen MRF4 selten Vorkommen Vorläufer -> Myofiber (siehe auch Bild S.50 PP)

o bHLH Proteine können nur als Dimere an DNA binden (MyoD & E12) Zusammenlagerung wird aber blockiert (Inhibitor der Differenzierung; Id) bis entwicklungsbiologisches Signal (von aussen) Id abbaut

o MyoD ist Mastergen für Muskeldifferenzierung (kann aus Neuroblast, Fettzellen, Fibroblasten Myotube)

bHLH-Zip Faktoren: Art der Regulierung der Komplexe Myc/Max & Max/Max verbunden mit ihren Strukturen

o TF Myc wurde als Onkogen eines RV entdeckt (zelluläre Myc Formen werden in versch. menschlichen Tumorarten vermehrt exprimiert = Onkogen)

o Dimer Partner Max (Myc assoc. Factor) -> Max/Myc -> Transaktivierung o Max-Max Dimer bindet an DNA -> blockiert Enhancer Elemente -> Repressor

NF- B: Aktivierungsmechanismus erklären NF-kB: Ursprung der Regulationsflexibilität

der Wege, die auf NF-kB konvergieren beschreiben & verschiedene implizierte Niveaus

o Versch. IkB’s können mit versch. NFkB Dimeren beladen sein

o Variation DNA Bindungsstelle; Versch. Wechselwirkungen (Affinität, Anordnung, Auswahl Dimer) je nach Sequenzthema

o Individueller Aufbau Promotor; NFkB regul. Gene + Kontrolle andere Faktoren

D) Häufigkeit & kombinatorische Natur der transkriptionellen Regulation Generelles

Kombinatorische Natur der Enhancer beschreiben & erklären, wie sie als Integrationszentrum der Genexpressorischen Informationen wirken

o Enhancer ist meist Bindungsstelle für mehrere verschiedene Transkriptionsfaktoren o Kann aktivierend / hemmend wirken

4 Mechanismen der kooperativen Bindung der Transkriptionsaktivatoren (S.61) o direkte Interaktion zwei Proteine (siehe Repressor & Regulatoren in Eukaryoten) o ähnlich: zwei Proteine interagieren mit drittem Protein o indirekter Effekt; 1. Protein rekrutiert Nucleosom Remodeler, dessen Aktion

Bindungsstelle für 2. Protein freisetzt o 1. Protein bindet DNA -> öffnen um Nucleosom -> zeigt Bindungsstelle für 2. Protein o Mechanismen zeigen, dass 1 Regulator anderen helfen kann (wie Aktivator der

Transkriptionsmaschinerie helfen kann an Promotor zu binden) Kombinatorische Kontrolle bei Definierung de ‚Mating Types’ bei der Hefe

verschiedene Phänotypen zwischen mating types & diploiden Zellen kennen generelle Loci kennen, die genetische Information der mating types kodieren

o 3 loci; HML, MATa, HMRa / a und Zellen o Rekombination zwischen MAT & HML -> a Zellen switchen zu Zellen o Rekombination zwischen MAT & HMR -> Zellen switchen zu a Zellen

Mechanismus erklären, der der Hefe erlaubt den mating type bei jedem Zellzyklus zu wechseln

o Endonuclease Gen HO ist nur in G1 Phase von haploiden Mutterzellen exprimiert, SWI5 & SBF (Chromatin remodeling complex & HAT helfen Bindung) als Aktivierung

Mit Figur; alle Kontrolletappen der spezifischen Gene des zellulären Typ in Hefe erklären o 3 Zelltypen sind durch Set der Gene, die sie exprimieren, definiert o Mcm1 ist ubiquitärer Regulator / a1, 1,2 zell-typ spezifisch. o MAT Locus ist Region des Genoms, welches Mating-type Regulatoren codiert

E) Signaltransduktionswege 1. transmembrane Rezeptoren & intrazelluläre Signalisierung Wieso Zelle extrazelluläre Signale transduzieren muss

o Signalmolekül an Rezeptor -> Signalkaskade -> Transkriptionsfaktor im Nukleus Generelle Charakteristika der Liganden & Beispiele geben Biologische Vorteil der Kinase Kaskade (zahlreiche Etappen) kennen Zeichnen: JAK-STAT Weg bis zum regulierten Gen

Zeichnen: Ras-MAPK

Zeichnen: Transduktionsweg cAMP-PKA-CREB & generelle Struktur jedes Bestandteiles /

Aktivierungsmechanismus jeder Etappe erklären

- R: Rezeptor, 7 Transmembran (NH2aussen, COOH in) - G: G Protein ( & s UE) - AC: Adenylat Cyclase Aktivierung: Signal an R – G bindet – GDP von GTP ersetzt -> G (s UE) kann AC binden – aktiviert & produziert viele cAMP Moleküle – GTP hydrolyse -> G zurück zu -> wie am Anfang G Komplex - PKA: Protein Kinase A (2regulatory, 2catalytic UE) Aktivierung: cAMP bindet an regulatorische UE -> aktive catalytic UE frei -> in Zellkern -> Übertragung P Gruppe auf CREB - CRE: cAMP response Element = Enhancer Aktivierung: bindet stromaufw. von TATA Box Gene, wie: Differenzierung Zellen (T-lymph. Spermatozyten, Leberzellen), Neurone im ZNS – Konsequenzen für Langzeit Gedächtnis, Suchtverhalten, Schlaf-Wach Rhythmus.

Methode erklären, wie CREB Faktor isoliert werden konnte o Sepharosekörner mit gekoppeltem Oligonucleotide (Sequenz des CRE-Motivs) in Säule.

Durch die Säule leitet man Proteinextrakt aus Zellkernen, CREB Protein bleibt aufgrund hoher Affinität zur CRE-Sequenz auf Säule zurück. Das gebundene Protein kann durch Puffer mit hoher Salzkonzentration gelöst werden.

CREB Struktur erklären, wie sie reguliert ist, wie sie Ziel Gene transaktiviert o Q Domänen: Kontakt mit allgemeinen TFIIB,D o P Box: enthält AS Serin, wird von PKA (P) kann nun Co Aktivator (CREB Bindeprotein;

CBP) binden

Funktion des co-Aktivator CBP erklären, in Verbindung mit versch. Strukturdomänen setzen

o Adaptormolekül o Rekrutierung allgemeine TFs am Promotor o Und: Wichtig, dass CBP & p300 Funktion einer Histon-Acetyl-Transferase (HAT) haben

beeinflussen Struktur des Chromatins (Auflockerung) Verstehen, wie CREB spezifische Ziel Gene, in Funktion von versch. Stimuli, regulieren kann /

stromabwärts der versch. Signalisationswege & in versch. Zelltypen o CREB von verschiedenen Pathways aktiviert (s.o; Spermatogenese, Gedächtnis) o Adrenalin u.a, Ionenströme an Synapsen von Nervenzellen, Wachstumsfaktoren /

Cytokine (Entzündung) – andere Protein Kinasen (PK)

2. Kern- Rezeptoren Hauptbeschaffenheit der nuklearen Hormone, Beispiele geben (& deren Funktion)

o Nukleäres Hormon -> nukleärer Hormonrezeptor (Transkriptionsfaktor) o Funktionen :

Differenzierung währen Embryonalentwicklung Hormonelle Signalvermittlung bei Reproduktion Regulation Stoffwechsel von AS & FS

Generelle Struktur der nuklearen Hormon Rezeptoren kennen (Unterschied A & B) o Struktur Rezeptoren:

Aktivierungsdomäne im Aminoterminalen Bereich (A/B) Hochkonservierte DNA Bindedomäne (C) Flexibles Zwischenstück (D) Wenig konservierte Liganden Bindedomäne (E)

o Gruppe A: (steroid ähnlich) Östrogen Progesteron (Gelbkörperhormon) Glucocorticoide (regulieren Glucos Stoffwechsel) Mineralocorticoide (aus Nebennierenrinde, regulieren K/Na+ Ggw & Blutdruck) Androgene (z.B. Testosteron, männliche Sexualhormone)

o Gruppe B: Vitamin D (Ca2+ Spiegel im Blut / Knochenaufbau), Retinsäure (Wachstum &

Zelldifferenzierung Embryogene), Thyroidhormone (Energiebilanz) Generell, für jede Gruppe beschreiben:

o Mechanismen, durch die sie Transkription regulieren, Lokalisierung währen dieser Prozesse

o Dimerisationsmethode

o Charakteristika der DNA gebundenen Elemente o Verhältnis zwischen gebundener DNA Sequenz & strukturelle Natur der Rezeptoren,

von Niveau der AS-Sequenz des Rezeptor bis zu Organisation der Dimere Vorkommen Funktionelle Form DNA Bindestelle Gruppe A Frei Cytoplasma / Zellkern Homo Dimere Gegenläufige, palindrome

Sequenzmotive Gruppe B Auch in Abwesenheit des

Liganden an Chromatin gebunden

Hetero Dimere (RXR) Direkte Sequenzwiederholungen, versch. lange Abstände