Was ist ein Genom?
Sammlung von DNA, die sich in einem Organismus befindet.
Was ist functional genomics?
genomweite Untersuchung der Funktion der DNA und seine Produkte (RNA, Proteine)
Was bezeichnet "genomics”?
komplette Sammlung von DNA
Was bezeichnet “transcriptomics”?
komplette Sammlung von RNA
Was bezeichnet “proteomics”?
komplette Sammlung von Proteinen
Was ist “temporal dimension”?
Während der Entwicklung
Was bedeutet “spatial dimension”?
In verschiedenem Gewebe
Schlüsselaspekte
Hochdurchsatz-Screenings (keine Untersuchung einzelner Gene)
Störungsexperimente (z.B. Knock-outs mit Analyse von resultierenden Phänotypenänderung)
Zwei Hauptaspekte:
natürliche Variation
funktionale Störungen
Hauptziel der functionalen Genomik?
Verknüpfung von Genotyp und Phänotyp
Was ist Natürliche Variation?
über die Enwicklung hinweg
über Körperregionen hinweg
über Spezien und Stämme hinweg
treten im laufe der Zeit, unter verschiedenen physiologischen Konditionen oder über verschiedene Zell und Körperregionen hinweg auf.
Wie, wodurch und wo entstehen funktionale Störungen?
Wie:
experimental (induziert)
natürlich
Wodurch:
löschen
einfügen
inversionen
translokationen
Wo:
gezielt an
gesamte Genome
einzelne Chromosomen
Chromosomensegmente
einzelne Nukleotide
Was sind Funktionale Störungen die durch Experimente hervorgebracht werden in DNA, RNA und Proteinen?
DNA: knockout Sammlungen, transgene Tiere
RNA: RNAi; siRNA
Proteine: chemische Modifikationen
Was sind Funktionale Störungen die in der Natur vorkommen (in DNA, RNA, Proteine)
DNA: Williamssyndrom, Downsyndrom, Krebs, Chromosomenverändungen
RNA: nonsense-mediated RNA decay (Kontrollmechanismus in eukaryotischen Zellen, der unerwünschte Stopcodons in RNA erkennt und deren Expression als verkürzte Proteine verhindert)
Proteine: myasthenia gravis (Autoimmunerkrankung, fehlgesteuerte Antikörper stören Kommunikation zwischen Nerven und Muskeln)
Was sind natürliche Variationen in DNA, RNA und Proteinen?
DNA: SNPs (Variation eines einzelnen Basenpaares in einem komplementären DNA-Doppelstrang), Epigenomics
RNA: transcriptome profiling (RNA-seq)
Proteine: Proteinlokalisation, Protein-Protein-interactionen, Pathways
Was ist “Reverse genetics” und wie funktioniert es?
“Gene-driven” - gengesteuerter Ansatz
Gene werden gezielt gelöscht durch Ansätze, wie die homologe Rekombination. Nach Erzeugung eines Knockout Tieres, wird der Phänotyp untersucht, um die Funktion des Gens zu erkennen.
Was ist “Forward genetics”?
“Phenotype-driven” - Phänotypgesteuerter Ansatz
Genom wird einem Mutageneseprozess unterzogen (durch chemikalien wie ENU oder ecogenen DNA-Transposon). Mutanten werden gesammelt und auf einen veränderten Phänotyp untersucht. Gene die dem veränderten Phänotype zugrunde liegen werden kartoert und identifiziert
Was ist ein Genotyp?
DNA eines Organismus (&Methylierungszustand -> Epigenetik)
Gesamtheit der Gene eines Organismus
Was ist ein Phänotyp?
Beobachtbare Merkmale eines Organismus (Größe, Form, Bewegung, Physiologie, Krankheit..)
Model organisms
Bacterium: Escherichia coli
-> EcoCyc
Yeast: Saccharomyces cerevisiae
-> SGD (Saccharomyces Genome Database)
Plant: Arabidopsis thaliana
-> TAIR (Arabidopsis Information Resource)
Nematode: Caenorhabditis elegans
-> Wormbase
Fruit fly: Drosophila melanogaster
-> FlyBase
Zebrafish: Danio rerio
-> ZFIN ( Zebrafish Information Network
Mouse: Mus musculus
-> MGI (Mouse Genome Informatics)
Key aspects of functional genomics..
▪︎whole genome / transcriptome / proteome
▪︎high-throughput-based
▪︎considering natural variation / functional disruption
▪︎across time (development), space (tissues), or across species
▪︎forward & reverse genetics
▪︎mapping phenotype to genotype
▪︎ identify diseases-specific genes
▪︎ identify mechanism how these genes give rise to cellular phenotype
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