Wie unterscheiden sich Epithelien von Bindegeweben?
Epithelien:
Zellen dicht und kompakt angeordnet wie Ziegelsteine
liegen auf Basalmembran
Abgrenzung von z.B. Organen nach außen oder innen
Bindegewebe:
besteht aus Mesenchyme (wird also aus Mesoderm gebildet)
kann wandern
locker angeordnet
Wie entsteht das Nieuwkoop-Center und wozu dient es?
Welche Rolle spielt dabei die Rotation des Cortex? (4P)
beinhaltet dorsalisierende Faktoren (Dsh und GBP), welche beta-catenin stabiliesieren und Dorsal-Ventral-Polarität des Embryos festlegt
durch Spermieneintritt kommt es zur cortikale Rotation und Mikrotubuli bewegen dorsale Determinanten (Dsh und GBP) gegenüber vom Spermieneintritt,
dort kann dann auch der Spemann-Organisator induziert werden
Bei der Verpaarung von Drosophila-Fliegen, die heterozygot mutant sind für das bicoid Gen, entstehen 25% Nachkommen des Genotyps bic-/bic- (d.h. beide Kopien des bicoid Gens sind nicht funktionell).
a) Welchen Phänotyp erwarten Sie, wenn sich diese Embryonen entwickeln?
b) Erläutern Sie, welche Gene bzw. Genprodukte betroffen sind und was die Konsequenzen sind, wenn im syncytiellen Blastoderm kein funktionsfähiges bicoid Genprodukt vorliegt?
a) bei einem weiblichen Phänotyp, wäre das Tier steril, da es kein Bicoid an seine Eizellen geben kann —> nicht reproduktionsfähig. Männliche Nchkommen immer noch fertil
b) bicoid mRNA anteroir hoch, oskar mRNA posterior hoch -> A-P-Achse
bicoid aktiviert die Transkription von hunchback und orthodenticle —> erste Musterung des Embryos durch verschiedene Expression von bicoid
bicoid blockiert translation von caudal, erzeugt auch dadurch Gradient
ohne bicoid kann A-P-Achse nicht aufgebaut werden?
[Samuel]
a) Weibliche Nachkommen wären steril, da sie kein bicoid an ihre Eizellen abgeben können. Diese Nachkommen bilden an beiden Polen posteriore Strukturen aus und sind nicht lebensfähig
a) Zeichnen Sie einen Querschnitt durch eine Drosophila Gastrula.
b) Beschriften Sie die Zeichnung mit den folgenden Begriffen: Mesoderm, Epidermis, Neuroektoderm, Amnioserosa
c) Welche Zellen exprimieren dpp und welche sog?
d) Wie heißen die Wirbeltierhomologe von dpp und sog?
e) Warum können die Zellen der Amnioserosa das Gen zerknüllt exprimieren?
c) Je nach Verteilung des Dorsal-Proteins ind den Nuklei der Balstula werden Gene exprimiert, da es ein Transkriptionsfaktor ist. Bei keiner oder niedriger Konzentration von Dorsal (also bei dorsalen Nuklei) im Nukleus wird dpp von den Nuklei exprimiert
Sog verhindert das Dpp an seinen Rezeptor binden kann. Es wird von ventralen Nuklei exprimiert und diffundiert dorsal. Dadurch wird der Dpp-Gradient verstärkt
d) dpp: Bmp4
sog: Chordin
e) Die Zellen der Amnioserosa befinden sich dorsal im Embryo. Dort ist die Konzentration von dorsal sehr gering, wodurch das Gen zerknüllt nicht von Dorsal gehemmt werden kann und es dort folglich exprimiert werden kann.
Dorsal aktiviert twist, snail, rhomboid und hemmt dpp, zerknüllt und tolloid
Amputierte Vorderbeine eines Axolotls bilden ein Blastema. Zellen im Blastema werden zu proximalen Zelltypen (Stylopod), medialen oder distalen Zellen (Zygopod bzw. Autopod).
a) Wie heißen und unterscheiden sich die beiden Modelle, die erklären sollen, wo diese Zelltypen herkommen?
b) Wie konnte man durch Expressionsstudien von Hox-Proteinen eines der beiden Modelle ausschließen?
a)
b) Die Expression von Hox-Genen kann als "Auslese" für die Identität einer Zelle in Bezug auf die A-P-Achse verstanden werden.
Im Interkalationsmodell erwerben die ersten Blastema-Zellen Fingerspitzen-Identität (d. h. Hoxa13+), wodurch eine Lücke in der Positionsidentität, die die Regeneration der dazwischen liegenden Region Stumpfes auslöst.
—> Während der Regeneration erfolgt die hintere HOXA-Expression kolinear, wie bei der Entwicklung der Gliedmaßen, was darauf hindeutet, dass regenerierende Gliedmaßensegmente in einer Reihenfolge von proximal nach distalen Reihenfolge und nicht durch Interkalation spezifiziert werden.
a) Die Genexpressionen welcher beiden Gene korrelieren mit der Entwicklung schmaler/langer bzw. breiter/hoher Schnäbel bei den Darwinfinken?
b) Wie sehen funktionelle Experimente aus, um zu beweisen, dass in einem der Fälle “Correlation = Causalität” (Ursache) ist?
a) Die Genexpression von Bmp4 und calmodulin (CaM).
Anhand von in situ Färbung verschiedener Finkenarten während des Schnabelwachstums konnte eine Korrelation von Bmp4 und der Breite/Tiefe der Schnabel festgestellt werden -> noch keine Causation
Die Causation wurde anhand verschiedener Viren getestet. Dazu wurden Hühnerembryos mit Bmp4 produzierenden Viren infiziert. Das führte zu langen und breiten Schnabeln. Hat man die Embryos jedoch mit Bmp4 blockierenden Viren infiziert (Noggin) wurden die Schnabel schmaler und kürzer
YDyvdvvsd
a) falsch
b) wahr
c) falsch
d) falsch
e) wahr
f) falsch
g) wahr
h) falsch
die räumlichen Achsen bzw. spezialisierte Bereiche des Rückenmarks werden durch spezifische Signale eingerichtet. Welche Rolle spielen dabei die floor plate, die roof plate und die von ihnen produzierten Proteine für die neurale Vorläuferzellen?
Die roof plate wird durch das Ektoderm, das Bmp produziert, aktiviert, sodass es selbst Bmp produziert. Das ist das dorsale Signal für die Spezifizierung dorsaler Interneurone.
Die floor plate wird durch das Notochord, das Shh produziert, aktiviert, sodass es selbst Shh produziert. Somit erhalten ventrale Neuronen eine hohe Konzentration an Shh und werden zu Motorneuronen. Außerdem exprimiert das somatische Mesoderm (das näher an der floor plate als an der roof plate liegt) Retinsäure, was diffundiert und ebenfalls für die Bildung von Motorneuronen sorgt.
Ligand
Name des Rezeptors
a) Welches Protein werden modifiziert
b) Proteinabbau aktiviert/ Inaktiviert
Hedgehog
Patched
a) Gli 1-3
b) phosporyliert: inaktiv
Wnt
Frizzled
a) beta-catenin
b) phosphorylierung inaktiv
Delta
Notch
a) NICD
b) geschnitten: aktiv
Spätzle
Toll
a) Cactus
b) phosphoryliert_ aktiv
Beschreiben Sie, wie humane embryonale Stammzelllinien hergestellt werden.
nimmt menschliche zygote
entfernt die innere masse und packt die in petrischale
Gefüttert durch eine Schicht bestrahlter (DNA-zerstörter) Maus-Nährzellen
Aus Nährmedien kultivieren über Monate—> so menschliche ES
Testen ob es Auffäligkeiten gibt, wie z.B. Chr. Abnormalität
Amputierte Extremitäten (beim Axolotl) regenerieren die verlorenen Strukturen. Richtig oder falsch? Diskutieren Sie!
Richtig, allerdings können die Zellen des Blastemas nur zu dem Zelltyp werden, der sie vor der Amputation schon waren.
Außerdem kann sich nur das Gewebe regenerieren, dass einen Positionswert hat, der distal von der Amputation liegt. Es wird also von proximal nach distal regeneriert.
Und wichtig ist für die Regeneration das der Nerv intakt ist.
Was ist der Zootyp, bzw. was besagt die Zootyp-Hypothese?
die Gesamtheit der regionalen Spezifikationsgene die in allen Tieren aktiv sind (definiert, was ein Tier ist!)
Der Zootypus kann betrachtet werden als die Synapomorphie des Tierreichs
Wie heißt das Syndrom, bei dem 50% der Patienten das Herz auf der “falschen” Seite haben?
Kartagener’s Syndrom
Regeneration ohne Proliferation nennt man:
Morphallaxis
Wie lautet die Definition eines Morphogens?
Nennen Sie 3 verschiedene Beispiele, wo der Gradient eines Morphogens in der Entwicklung eine Rolle spielt (bitte das Morphogen nennen und die Zellen, die von ihm kontrolliert werden. (2 P)
Ein Molekül, das die Entwicklung von Zellen in Abhängigkeit von seiner Konzentration steuert
bicoid Protein
kontrolliert synchale Blastodermzellen (anter. hohe konz., post. niedrige konz.)
Retinsäure
Bildung der Rhombomere im Gehirn
Aktivin
induziert Mesoderm (hohe Konz. -> Notochord wird induziert)
Wenn Gene zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Etnwicklung oder in verschiedenen Geweben benötigt werden, beschreibt man diese Eigenschaft mit folgendem Begriff:
Pleiotropic
Welche beiden Zellpopulationen kontrollieren die proximal-distale und die anterior-posteriore Entwicklung der Extremitätenknospe (limb bud) und welche Moleküle sind an den entsprechenden Prozessen beteiligt?
Proximal-distal: Apikale Rand (apical ectodermal ridge AER) -> Fgf8, Signalgeber zur Proliferation (proximal-distale Identität) in der progress zone
Anterior-posterior: zone of polarizing activity (ZPA) -> Shh, Ant.-post. Identität des Mesechyms, Shh dient als Morphogen
Bei der Determinierung werden Zellschicksale besiegelt, indem bestimmte Gene durch Veränderungen am Chromatin dauerhaft aktivierbar gemacht werden oder stumm geschaltet werden. Welche unterschiedliche Mechanismen der Chromatinremodellierung kennen Sie, welche Enzyme spielen dabei eine Rolle?
Histon (tri-) methylierung
H3K4me3: associated with activation of transcription
H3K36me3: associated with transcriptional elongation
H3K27me3: associated with repression of transcription
Histone acetylierung
Acetylation by histone acetyl transferases (HATs): open
chromatin (= euchromatin)
Deacetylation by histone deacetylases (HDAC):
closed, compact chromatin (= heterochromatin)
DNA Methylierung
methylation of cytosin by DNMT3: associated with repression of transcription (i.e. „imprinting“)
Durch welche Prozesse entstehen bei einem Froschembryo a) Blastocoel und b) Archenteron und was wird im Laufe der Entwicklung aus ihnen?
a) Blastocoel entsteht durch Furchungsteilung und verschwindet während der Gastrulation wieder
b) Archenteron entsteht während der Gastrulation und daraus entwickelt sich später der Magen-Darm-Trakt
a) Skizzieren und beschriften sie die Blut-Hirn Schranke
b) Welche drei Hauptfunktionen hat das Epithelium dabei?
c) Wie unterscheidet es sich von mesenchymalen Zellen?
b) Schutz vor Austrocknung, Krankheitserregern, Toxinen, physische Traumata
Sekretion von Enzymen, Hormonen, Schweiß
Regulation Stoffaustausch zwischen Hirn und Körper
c) Epithel Zellen dicht gepackt (wie Ziegelsteine) auf Basalmembran aufliegend, mesenchymale Zellen können wandern und sind locker angeordnet
a) Durch welchen Vorgang gelangen die Vorläufer von Neuralleistenzellen aus der Neuralplatte in das “innere” des Embryos und
b) welche Arten von Molekülen werden während dieses Vorgangs und bei der Migration extensiv hoch- und herunter reguliert?
a) Vorgang: epitheliale-mesenchymale Transition (EMT)
bei der Neurulation bildet sich das Neuralrohr und es entsteht durch epithelial-mesenchymalen Transitionen Neuralleistenzellen
b) Entnahme aus VL (ich nehme an, dass die +- die Regulation angiebt.
Neural plate cells: L-CAM+
Invaginating cells: L-CAM-, N-cadherin+
Neural crest precursors: N-cadherin+, cadherin-6B+
Migrating neural crest cells: cadherin-7+ (others shut down)
Beantworten sie die folgenden Fragen zur Entwicklung von Gliedmaßen:
a) Aus welchen embryonalen Geweben entstehen die Gliedmaßenknospen (limb bud) bei Wirbeltieren?
b) Der apikale Rand eines jungen “limb buds” eines Hühnerembryos wird transplantiert, so dass er den apikalen Rand eines älteren limb buds ersetzt. Wie sieht der resultierende Flügel nach Abschluss der Embryonalentwicklung aus und wie lässt sich das molekular erklären?
c) Wenn die langen Knochen von Ober- und Unterarm wachsen, welchen Einfluss hat Bmp2 auf deren Proliferation bzw. auf die terminale Differenzierung der Knochenzellen?
d) Das Prx1 Gen kontrolliert das Knochenwachstum in Stylopod und Zeugopod. Was muss evolutionär passieren, damit die Knochen länger wachsen?
a) laterales Platenmesoderm
b) Der Flügel hat zweimal Stygopod (S) und zweimal Zeugopod (Z) und einmal Autopod (A)
da der jüngere apikale Rand nochmal Signale (Fgf8) an die bereits vorhandenen Zellen abgibt, sodass diese nochmal proliferieren und S, Z und A bilden
c) Bmp2 sorgt für die Proliferation (und somit Wachstum) und z.B. auch für die Möglichkeit der Rückbildung der Hautlappen zwischen den Fingern. Bmp hemmt terminale Differenzierung
d) Prx1 Gen hat regulatorische Region. Die für die normale Entwicklung unwichtig ist, aber für die evolutionäre Veränderung der Gliedmaßenlänge wichtig ist. Region hat redudanten enhancer, der Entwicklungsgene kontrolliert. So kommt es zur Veränderung der Genaktivität auch wenn die Funktion des Gens erhalten bleibt.
Beantworten Sie die folgenden Fragen zur Entstehung von Links/Rechts-Asymmetrie im Wirbeltierembryo:
a) Welcher Mechanismus sorgt dafür, dass Nodal-Proteine bevorzugt auf der linken Seite vorkommt?
b) Warum kann Nodal-Preotein nicht auf die rechte Seite diffundieren und dort Zielgene aktivieren?
c) Wie wird die linksseitige Expression von Nodal abgeschaltet?
d) Welche 3 grundsätzlichen Vorgänge können zu anatomischer Asymmetrie von interenen Organen führen? Bitte nennen sie je ein beispielhaftes Organ dazu.
a) die Linksrotation der Cilien des ventralen Knotens des Embryos sorgen dafür, dass Nodal eher links vorkommt. Gleichzeitig sorgt Nodal auf der linken Seite für seine eigene Aktivierung -> insgesamt links mehr Nodal
b) wegen lefty1, was ebenfalls durch Nodal aktiviert wird, sorgt es dafür dass Nodal nicht auf die rechte Seite diffundiert
c) durch lefty2, was auch durch Nodal auf der linken Seite aktiviert wird. Bei hoher Nodalkonzentration sorgt Lefty2 für Herunterregulierung von Nodal und sich selbst, damit nur noch das Zielgene Pix2 übrig ist
d) Schleifenbildung (Darm), ungleiches Wachstum/Verästelung (Lunge), teilweise Regression (Aortabögen)
Erklären sie Aufbau und Funktionsweise der Nische für die Keimstammzellen in männlichen Fruchtfliegen
Die Nische besteht aus dem Hub (12 somatische nicht-teilende Zellen) und etwa 5-9 Germ Stem Cells (GSC)
Die Hub Zellen sekretieren das Protein unpaired, wodurch in den GSC der JAK-STAT-Signalweg aktiviert wird und sie somit GSC bleiben.
Die GSC teilen sich allerdings weg von Hub und die Tochterzellen erreicht kein unpaired mehr (da außerhalb der Nische) wodurch sie sich teilen und diffundieren kann. Sie wird zum Gonialblast —> Spermatogonien
Nennen Sie jeweils ein Beispiel für eine toti-, pluri-, multi- und unipotente Stammzelle.
totipotent: Zygote
pluripotent: embryonale Stammzellen
multipotent: blutbildende Stammzellen
unipotent: Keimstammzelle
Welche Aussagen zur Behandlung und Heilung von iPS Zellen von Mäusen, die an Sichelzellenanämie leiden, sind richtig?
a) Der kranken Maus werden zu Beginn embryonale Stammzellen entnommen
b) Reprogrammierung geschieht durch Expression von Oct4, Sox, Klf4 und c-Mcy
c) c) Entnommene Zellen werden gentisch korrigiert und dann zur iPS Zellen reprogrammiert
d) Die Kranke Maus Enthält zu Blutstammzellen differenzierte iPS Zellen als Transplantat
b und d
Wie hat man mit Xenopus Embryonen experimentell nachgewiesen, dass Activin als Morphogen auf Mesodermzellen wirkt?
Man hat Plastikkugeln (mit Poren) mit verschiedenen Aktivinkonzentrationen auf die Animal cap gelegt. Bei geringer Konzentration wurden low-response Gene wie Brachury aktiviert und bei höherer Konzentration wurden high-response Gene wie Goosecoid aktiviert, somit konnte gezeigt werden, dass Aktivin in Abhängigkeitseiner Konzentration verschieden auf Zellen wirkt (=Definition eines Morphogens)
-> bei niedriger Aktivin-Konzentration werden Zellen der Epidermis gebildet
-> bei steigender Konzentration wird brachury aktiviert, ein mesodermaler Marker (Muskeln)
-> bei hoher Konzentration wird das Notochord induziert (goosecoid)
Fragen zu Evo-Devo:
Angenommen ein Gen wurde inklusiv seiner regulatorischen Sequenzen dupliziert.
a) Was passiert nach einigen Generationen am wahrscheinlichsten mit dem Duplikaten?
b) Welche beiden anderen Möglichkeiten gibt es?
c) Wie heißt das Modell, dass alle 3 Prozesse beschreibt?
a) eines der beiden Duplikate geht verloren
b) das Duplikat und das originale Gen kompensieren zusammen die Funktion des ursprünglichen Gens —> beide Kopien sind notwendig für normale Funktion (Ursache Veränderung im Promotor einer Kopie)
das Duplikat erhält eine neue Funktion durch Veränderung in der AS-Zusammensetzung und veränderungen des Promotors
c) Duplication- degeneration-complementation Modell
Welche genetische Interaktionen werden von Dorsal reguliert? Machen sie eine Vorhersage, welches Gen und welcher Zelltyp venral in einem Drosophila Embryo exprmiert wird, der mutant für twist Gen ist.
twist kommt eigentlich in ventralen Zellen des Embryos vor, da dort viel dorsal in den Zellkernen vorliegt. Wenn kein twist vorhanden ist, bildet sich ein dorsalisierter Embryo.
Somit ventral kein Mesoderm mehr, sondern Neuro-Ektoderm
twist wird benötigt um snail zu induzieren, welches rhomboid abschaltet
a) Welche Funktion haben die “nurse cells” in der Oogenese bei Drosophila?
b) Wie und wo entstehen die nurse cells?
a) Die nurse cells liefern der Oozyte Nährstoffe, mRNA und Proteine. Die mRNA ist maternal und eine Vorraussetzung für die Musterung des Embryos
b) Sie entstehen in Germarium durch 4 Zellteilungen der Eizelle. Von den 16 entstanden Zellen, die über cytoplasmatische Brücken verbunden sind, wird nur eine der zwei Zellen, die 4 Brücken besitzt zur Oozyte. Alle anderen 15 Zellen werden nurse cells
Schildern Sie die Funktion des bicoid Gens in der Drosophila-Entwicklung. Berücksichtigen Sie Ursprung, Verteilung und molekulare Interaktionen seiner Genprodukte.
Bicoid ist ein maternales Effektorgen und wird in der Oozyte von nurse cells gebildet. Es ist anterior lokalisiert. Nach Bildung des bicoid Proteins wird dieses beim Übergang von Syncytium zum zellulären Blastoderm in die Zelle eingeschlossen, sodass ein Gradient von anterior nach posterior entsteht. Dieser Gradient beeinflusst die Expression der Gap-Gene
—> Bicoid aktiviert die Transkripition von hunchback and orthodenticle (als Transkripitionsfaktor im Kern)
bicoid wirkt gleichzeitig als Repressor für die Translation vom Caudalprotein
Dadurch entsteht die Musterung der Eizelle
Evo-devo: Fliegen entwickeln Halteren statt Flügeln am 3. Thoraxsegment.
Erläutern Sie, welches Gen dafür verantwortlich ist, woher man das weiß. Basierend auf der Situation in Drosophila, welche Erwartung hatte man bezüglich der molekularen Regulation der Flügelentwicklung bei Libellen oder Schmetterlingen, die 4 Flügel haben, und welches Experiment wurde dazu gemacht?
Ubx ist für die Halterenbildung veranwortlich. Es wird bis einschließlich dem 3 Thorasegment eprimiert in, im 2 Thoraxsegment jedoch nicht mehr. T2 ist Segment mit Flügeln.
Durch Inhibierung der ubx Expression in T3 wurden zwei zusätzliche Flügel gebildet. Ubx unterdrückt also in Drosophila die Flügelbildung.
Um zu testen, ob ubx in Schmetterlingen und Libellen die gleiche Funktion hat, untersuchte man das Expressionsmuster von ubx in den Thoraxsegmenten.
Man würde erwarten das weder in T2 noch in T3 ubx exprimiert ird, da diese Segmente beide Flügel besitzten. Das Expressionsmuster zeigt jedoch, dass beide Thoraxsegmente ubx exprimieren. Ubx unterdrückt bei Schmetterling und Libellen die Flügelbildung nicht.
—> in Drosophila hat sich im Laufe der Evolution die molekulare Interaktion zwischen Ubx und der Flügelbildung verändert. Ubx aktiviert in Schmetterling und Libellen andere downstream Gene
Warum stimmen Fate Map und Specification Map eines Wirbeltierembryos nicht überein und wie kann man das experimentell zeigen (d.h wie werden beide Maps “gemacht”)?
Fate Map: Die zellen wurden makiert und das Zellschicksal wurde im intakten Embryo verfolgt
Sepcification Map: Zellen wurden aus dem Embryo entnommen und isoliert in Kultur gehalten und auch dabei das Schicksal verfolgt.
Die Zellschicksale unterscheiden sich, da bei der Fate Map die Zellen von Nachbarzellen beeinflusst werden. Bei der Specification Map haben die Zellen, je nach Zeitpunkt der Entnahme, noch keine induzierenden Signale erhalten und bleiben undifferenziert
Nennen sie zwei der vielen Besonderheiten von Neuralleistenzellen.
Neuralleistenzellen sind pluripotent und migireren vom Neuralrohr durch den Körper (als Vorläuferzellen) und differenzieren sich in viele verschiedene Zelltypen
sie kommen nur in Vertebraten vor
Was sind Plakoden und was wird aus ihnen (nennen sie 4 Strukturen/Organe)?
Plakoden sind spezialisierte Verdickungen des embryonalen Ektoderms, genauer der Epidermis, aus denen viele Ganglien und Sinnesorgane des Wirbeltierkopfes entstehen.
Bsp: Linse, Innenohr, Seitenlinienorgan, Hypophyse
(Alle Plakoden-Zellen invaginieren und delaminieren)
Was sind, bzw. wie unterscheiden sich die folgenden Begriffe voneinander?
Ektoderm, Epithelium, Epidermis, Epibolie
Ektoderm: eines der 3 Keimblätter => Entwicklung von Haut und Nervensystem
Epithelium: Gewebe => Schutzfunktion, Sekretion von Hormonen, Steuerung des Stoffaustauschs
Epidermis: oberste verhornte Epithelschicht der Haut
Epibolie: Teil der Gastrulation: Rollbewegung des Ektoderms nach unten über vegetalen Pol
Was versteht man unter einem Autoinduction Assay? Beschreiben Sie anhand der Experimente, die zur Identifikation von Mesoderm-induzierenden Faktoren durchgeführt wurden, wie er funktioniert. (4 P)
Ein Autoinduction Assay ist ein Nachweisverfahren für Proteine, die zum Beispiel das Mesodermfeld induzieren.
Vorgehen:
mRNA aus vegetalen Zellen Isolieren (da diese ja das Mesoderm induzieren) und in befruchtete Zygote injizieren.
Im Blastula-Stadium die animal cap extrahieren und sie in einer Petri-Schale wachsen lassen.
Bestimmung der Aktivität der injizierten mRNA durch Nachweis der Expression eines mesodermspezifischen Gens wie brachyury. (Durch in-situ?)
Darwinfinken haben ganz unterschiedliche Schnäbel. (4 P)
a. Für welches Protein hat man eine Korrelation mit den Schnabelformen nachgewiesen und wie?
b. Wie hat man experimentell auch causation (Verursachung) für das gleiche Protein nachweisen können und was kam dabei heraus?
c. Für welche Hypothese zu den Mechanismen der Evolution ist dieses Beispiel ein Beleg (mit Erklärung)?
a) Die Genexpression von Bmp4
b) Die Causation wurde anhand verschiedener Viren getestet. Dazu wurden Hühnerembryos mit Bmp4 produzierenden Viren infiziert. Das führte zu langen und breiten Schnabeln. Hat man die Embryos jedoch mit Bmp4 blockierenden Viren infiziert (Noggin) wurden die Schnabel schmaler und kürzer
c) cis-Regulatory Mutations
Welche der folgenden Antworten sind korrekt? (3 P) [Falsche Antworten ergeben Punktabzug, aber weniger als 0 Punkte gibt es nicht]
a) Im proneuralen Cluster entwickelt sich die Zelle mit dauerhaft aktiviertem Notch Signalweg zum Neuroblasten.
b) Die Hox-Gene mit kleinen Nummern (z.B. Hoxb1) werden vor denen mit größeren Nummern und außerdem auch weiter anterior exprimiert.
c) Anteriorisierung ist eine der möglichen Folgen von Hox-Gen Inaktivierung.
d) Lefty Proteine werden von Cilien des Maus-Knotens von rechts nach links transportiert.
e)Die wahrscheinlichste Folge einer Genduplikation ist die Subfunktionalisierung der beiden Paraloge.
f) Eine loss-of-function Mutation im Melanocortin Rezeptor 1 führt dazu, dass Melanozyten kein Eumelanin produzieren.
b, c, f
Maternale Gene sorgen für die lokalisierte Expression zygotischer Gene im Drosophila Embryo. Erklären Sie das Zusammenspiel der Gene bicoid, hunchback und caudal. (4 P)
bicoid proteine aktivieren die Transkription von hunchback (und ortodenthicle) und inhibiert die Translation von den Protein Caudal.
Dadurch wirkt Bicoid als Morphogen und baut einen Gradienten auf, der für die A-P-Achse mit wichtig ist
Welche Forscher sind für die folgenden Erkenntnisse berühmt geworden (Nachname/n)? (Zwei reichen, jeweils 0,5 P)
a. Alle lebenden Organismen bestehen aus Zellen (1838):
b. Zellen entstehen durch Teilung anderer Zellen (1855):
c. Es gibt somatische Zellen und Keimzellen und nur letztere tragen zur Vererbung von Merkmalen bei (1883):
d. Induktion erster Nachweis (1919):
a. Schleiden und Schwan
b. Virchow
c. Weismann
d. Spemann und Mangold
Sie führen einen in vitro Morphogen-Assay mit Markergenen für Muskel- und Notochordzellen durch. Wie wird der Assay experimentell durchgeführt? Stellen Sie die Ergebnisse in einem Graph dar (x= respone, y= morphogen concentration). (4 P)
Morphogen getränkte Beads
mit niedriger Konzentration auf/in Animal cap -> Epidermis induziert
mit hoher Konzentration -> brachyury und dann goosecoid induziert Muskeln und Notochord
Aktivin als Morphogen von Mesoderm
Pigmentierung von Tieren:
a) Was bewirken inaktivierende Mutationen des Mc1r-Rezeptors in einer Melanozyte?
b) Wie sehen Tiere mit so einer Mutation aus?
c) Das Fell von Schäferhunden hat dunkle und helle Bereiche: Wie wird die Aktivität von Mc1r in beiden Bereichen reguliert?
a) Ein inaktivierter Mcr1-Rezeptor kann keinen Signalweg durch Msh auslösen und somit kein Eumelanin produzieren, was dazu führt, dass Phäomelanin in den Melanosomen einer Melanozyte gebildet wird (und das Haar hell wird).
b) sie haben helles Fell
c) Schwarzer Rücken: Eumelanin
Heller Brust und Gliedmaßen: Phäomelanin
In der Brust und den Gliedmaßen wird Agouti produziert. Es kann genau wie Msh an den Mcr1-Rezeptor binden. Somit verdrängt es Msh und blockiert den Rezeptor, aktiviert ihn aber nicht, sodass kein Eumelanin gebildet wird, sondern Phäomelanin.
Wie heßt der zugehörige Signalweg und wird er durch den beschrieben Vorgang aktiviert oder inhibiert (bezogen auf die Genexpression eines typischen Zielgens)? (3P)
Name Signalweg
Zielgene werden aktiviert
Zielgene werden inhibiert
Inhibierung von GSK3
Dephosporylierung von smad
Aktivierung von gamma-Secretase
Blockierung von Cyp26a1
Inhibierung von Smoothened
Inaktivierung von Cactus Kinase
x
TGFbeta
Delta-Notch
RA
Hedgehod-Signalweg
Toll-Signalweg
Mexikanische Höhlenfischen fehlen die Augen. Bei Kreuzungen von Fischen aus verschiedenen Höhlen variiert die Häufigkeit von individuen mit funktionsfähigen Augen unter den Nachkommen in Abhängigkeit von der Entfernung der Höhle voneinander.
Erklären Sie (möglichst wissenschaftlich), bei welchen Kreuzungen “sehende” Nachkommen häufiger auftreten und warum das so ist. (4P)
Die Kreuzungen zwischen Höhlenfischen, deren Populationen am weitesten voneinader entfernt sind —> ca. 90% der Nachkommen fast perfekte Augen
Die Kreuzung von Höhlenfischen und Flussfischen —> ca. 100 %
Bei der Entstehung der Augen sind eine Vielzahl von verschiedenen Genen beteiligt. Je näher geografisch die Population der Fische sind, desto wahrscheinlicher ist es dass sich die Fische die selben Gene teilen.
Je weiter weg sie voneinander liegen, desto wahrscheinlicher können sich die Gene kompensieren und es kommt zur Augenbildung. Somit haben weit entfernte Populationen weniger mutante Allele gemeinsam
Was sind die möglichen Szenarien, was mit den beiden Duplikaten in den nächsten Generationen geschieht? Welches Szenario ist das wahrscheinlichste und wie heißt das Modell, das alle 3 Möglcihkeiten beschreibt? (4P)
eines der beiden Duplikate geht verloren (am wahrscheinlichsten)
das Duplikat und das originale Gen kompensieren zusammen die Funktion des ursprünglichen Gens —> beide Kopien sind notwendig für normale Funktion
Duplication- degeneration-complementation Modell
Welche 3 Typen von membranständigen Zelladhäsionsmolekülen sind grundsätzlich an der Adhäsion zwischen Zellmembranen, bzw. zwischen Zellmembranen und der Extrazellulären Matrix, beteiligt? (3P)
Cadherine
Integrine
Immunoglobuline
Beschreiben SIe je ein Beispiel von epithelial-mesenchymalen Transitionen. Im Zusammenhang mit der Neurulation bei Vertebraten und Invertebraten. (2P)
Vertebraten —> bei der Neurulation bildet sich das Neuralrohr und es entsteht durch epithelial-mesenchymalen Transitionen Neuralleistenzellen
Invertebraten ->
Definition: zellulären Prozess, bei dem Epithelzellen ihre Zellpolarität und -verbindungen verlieren und sich in mesenchymale Stammzellen verwandeln.
Verschiedene Signale spielen bei der Embryonalentwicklung von Drosophila eine Rolle. Beantworten Sie die folgenden Fragen:
a) Welche Zelle(n) exprimiert/ exprimieren die Torpedo Rezeptor-Tyrosinkinase?
b) Was passiert mit der Musterbildung in einem Embryo, der homozygot mutant für das Spätzle Protein ist (d.h. seine diploiden Chromosomen kodieren für ein nicht-funktionelles Protein)?
c) Welche Zielgene werden direkt von Dorsal aktiviert und was bewirken ihre Genprodukte in Bezug auf das Schicksal von Zellen im Blastoderm?
a) Die Folikelzellen exprimieren Torpedo
b) ohne Spätzle kann der Toll-Signalweg nicht laufen und Cactus hält Dorsal im Zytoplasma -> dadurch kann Dorsal nicht in den Zellkern und es kommt zu keiner Aktivierung von Zielgenen. Da die dorso-ventrale Achse vom Dorsalgradienten abhängig ist, führt ein Verlust von Dorsal zur Dorsalisierung des Embryos (da viel zerknüllt vorliegt)
c) Dorsal induziert twist, snail, rhomboid und ingibiert dpp, zerknüllt und tolloid
Dorsal ist ein Morphogen und bildet einen Gradient von ventral nach dorsal. Ist viel dorsal vorhanden bildet sich Mesoderm, bei etwas geringerer Konzentration bildet sich das Neuroektoderm. Bei noch geringerer Konzentration das dorsale Ektoderm und dorsal, bei geringster Dorsalkonzentration wird die Amnioserosa gebildet.
Durch die Interaktion der Zielgene untereinander sind die verschiedenen Gewebe deutlich voneinander getrennt.
a) Was sind die Unterschiede zwischen Epimorphose und Morphallaxis?
b) Wo kommen die Blastemazellen bei einer amputierten Zebrafisch-Schwanzflosse her?
c) Und aus welchen zwei Hauptzelltypen besteht es?
d) Was ist allo- bzw. isometrisches Wachstum und wie wird es in regenerierenden Schwanzflossen reguliert?
a) beides Typen der Regeneration
Epimorphose: nach Amputation bildet sich eine Zellvorläuferzone (Blastem). Aus diesen Zellen bildet sich durch starke Proliferation ein Regenerat, welches die gleiche Größe wie das zuvor amputierte Organ hat.
Morphallaxis: vorhandenes Gewebe wird während der Regeneration umgebaut. Es gibt kein Blastem und keine/kaum Proliferation. Das entstandene Tier ist viel kleiner
b) Die Blastemazellen entstehen bei Dedifferenzierung reifer Osteoblasten
c) Das Blastem besteht aus dedifferenzierten Osteoblasten und fibroblastenähnlichen Zellen
d) Allometrisches Wachstum: proximaler Teil des Körper wächst schneller als der Rest des Körpers
isometrisches Wachstum: das Wachstum wird langsamer und passt sich dem Rest des Körpers an, sobald die Schanzflosse die Originalgröße erreicht hat. Calcineurin reguliert die beiden Modi. Die Aktivität con Calcineurin ist im allometrischen Wachstum gehhemt und im isometrischen ist Calcineurin aktiv
Beschreiben Sie, wie aus dem Ektoderm die Neuralplatte wird. Warum spricht man in diesem Zusammenhang von „neural induction“ und mit welchem Experiment kann man neural induction bei Froschembryonen nachweisen?
a) Das Default-Model besagt, dass das Schicksal von ectodermen Zellen ohne äußeren Einfluss neuronles Gewebe ist. Das Bmp Signal setzt dieses Schicksla jedoch außer Kraft und brinft die Zellen dazu epidermal zu werden. Nur wenn das Bmp Signal inhibiert wird kann eine Zell zu neuronalem Gewebe werden. Diese Bmp-Antagonisten (z.B. Noggin) werden vom Spemann-Organizer sekretiert und induzieren die Entwicklung bzw. Differenzierung in neuronales Gewbe (wie die Neuronalplatte)
b) Man spricht von “Neural Induction”, weil der Spemann-Organizer als inducer für die Bildung der Neuralplatte fungiert. Nachweis der Neural Induction: man transplantiert ventrales Ectoderm, dessen Schicksal epidermales Gewebe wäre, in die Nähe des Spemann-Organizers. Man kann beobachten, dass die transplantierten Zellen nun neuronal werden, da sie vom Spemann-Organizer induziert wurden. (Embryonen befinden dich während der Transplantation in der frühen Gastrulation)
Der Nobelpreisträger S. Yamanaka hat 4 Faktoren entdeckt, die in embryonalen Stammzellen exprimiert werden.
a) Wie heißen die Faktoren und wie kontrollieren zwei davon die anderen?
b) Mit welcher experimentellen Strategie wurden diese Faktoren identifiziert?
c) Was ist charakteristisch für iPS Zellen?
a) Oct4, Sox2, Nanog, Klf4
-> sox2 und oct4 Proteine aktivieren zusammen die Expression von Sox2, Oct4 und Nanog
-> Oct4 Protein allein aktiviert die Klf4 und sox2 Expression
b) Yamanaka hat die mRNA, die die gesuchten Faktoren enthält, aus embryonalen Stammzellen der Maus isoliert und in cDNA umgewandelt
Anschließend hat er die cDNA hinter einen viralen Promoter inseriert
Danach hat er die 24cDNA-Sätze in Fibroblasten transfiziert, in denen ein Gen für Arzeneimittelresistenzgen (Neo-R) unter dem Fbx15 Promotor exprimiert wird (Fbx15 ist nur in Stammzellen aktiv)
Nur wenn ein transfizierte Zelle den Fbx15 Promotor aktiviert (=Stammzelle), bilden sie genügend Neo-R-Protein um im neomycinhaltigen Nähmedium zu überleben
Zuletzt wurden die cDNAs Schrittweise reduziert um die einzelnen Faktoren zu identifizieren
c) iPS bilden Teratome. Außerdem tragen sie zu allen 3 Keimschichten bei, wenn sie in die Blastozyste einer normalen Maus injiziert werden -> Oct4 als Kontrolle für iPS
Welche eiden Typen von Regeneration nach Amputation gibt es und wie unterscheiden sie sich voneinander? Nennen sie die verschiedenen Beispiele aus dem Tierreich dazu
Epimorphase und Morphallaxis
Epimorphose: nach Amputation bildet sich einee Zellvorläuferzone (Blastem). Aus diesen Zellen bildet sich durch starke Proliferation ein Regenerat, welches die gleiche Größe wie das zuvor amputierte Organ hat -> z.B. Axolotl
Morphallaxis: vorhandenes Gewebe wird während der Regeneration umgebaut. Es gibt kein Blastem und keine/kaum Proliferation. Das entstandene Tier ist viel kleiner -> z.B. Hydra
Welche experimentellen Schritte sind genau durchgeführt worden um zu beweisen, dass die Zellen des Oberarmknochenseines erwachsenen Axolotos nach der Amputation wieder zu Oberarmknochen werden (nicht aber zu z.B. Dermiszellen)?
man hat den Oberarmknochen eines GFPtransgenen Tieres in einem nicht markierten Wirt transplantiert. Anschließend hat man die Extremität im Bereich des Oberarms (markierte Region) amputiert. Aufgrund des GFP-markierten Knochens konnte man verfolgen, welche Zellen zum Blastem und zum regenerierten Gliedmaßen beitragen. In diesem Fall bildete der Oberarmknochen nur Vorläuferzellen und anschließend den neuen, regenerierten Knochen. DIe Detektion erfolgt mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopie
Beschreiben Sie die Vorgänge, die zur Aktivierung des Pitx2-Gens auf der linken Seite des Mausembryos führen
Cilien des ventralen Knotens erzeugen linksgerichteten Strom. Nodal wird auf eine Seite transportiert und bricht die Symmetrie. Nodal aktiviert sich selbst, Lefty 1 und 2 und Pitx2. Durch lefty1 kann Nodal nicht auf die rechte Seite diffundieren und bleibt auf der linken Seite. Dadurch steigt die Konzentration von Nodal und lefty2 wird aktiviert. Lefty2 reguliert die Expression herunter und pitx2 bleibt übrig.
Pitx2 ist das Zielgen von Nodal und gleichzeitig auch ein Transkriptionsfaktor für Gene der linken Seite
1. Fliegen entwickeln Halteren statt Flügel am 3. Thoraxsegment. Erläutern Sie, welches Gen dafür verantwortlich ist, woher man das weiß, und warum man in diesem Zusammenhang vorsichtig sein sollte, Rückschlüsse auf die molekulare Regulation der Flügelentwicklung bei Libellen oder Schmetterlingen zu ziehen.
Das Gen ist Ubx. Ist es im 3 Thoraxsegment vorhanden, bilden sich Halteren. Fehlt dieses Gen bei Fliegen im 2 TS, entwickeln sich Flügel. In Drosophila Ubx-Mutanten werden 2 Flügelpaare gebildet.
Durch die Analyse von Hox-Genen, die entlang der anterior-posterioren Achse exprimiert werden, konnte die Ursache für das zweite Flügelpaar bei Schmetterlingen und Libellen herausgefunden werden.
Schmetterlinge und Libelle exprimieren in T3 Ubx, haben aber trotzdem ein zweites Flügelpaar. Das lässt darauf schließen, dass die Genkaskade für die Entwicklung der Halteren nicht aktiviert werden kann. Beispielsweise kann der Enhancer nicht mehr Gene für Haltere aktivieren, wodurch trotz Anwesenheit von Ubx Flügel entstehen. Es kam also zu molekularen Interaktionen zwischen Ubx und dem Signalweg der Flügelentwicklung (z.B. wurden regulatorische Elemente geändert).
Signalweg aus der Vorlesung
a) Wodurch wird das Raf Protein direkt aktiviert?
b) Welche enzymatische Aktivität hat Raf?
c) Welcher Transkriptionsfaktor agiert nach Phosphorylierung als Repressor im Zellkern?
d) Welches Protein, das einen Repressor verdrängt, wird nach Phosphorylierung proteolytisch abgebaut?
e) Welches sind 2 wesentliche Komponeten des Nieuwkoop-Centers und was bewirken sie?
f) Durch welche Kinase werden die Smad-Proteine 1, 5 und 8 direkt aktiviert?
a) Ras (G-Protein)
b) phosphoryliert MAPK
c) Gli^R
d) beta-catenin
e) Dsh und GBP, stabilisieren beta-catenin vor dem protelytischen Abbau, da GSK3 es nicht mehr phosphorylieren kann
f) Ser/ Thr Kinasen (BMP Rezeptor)
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