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Beschreiben Sie, wie in der frühen Embryogenese von Drosophila das Verhältnis von X-Chromosomen zu Autosomen zur Expression eines Master Regulator-Gens führt, das die Entwicklung zum weiblichen bzw männlichen Phänotyp steuert! Wie heißt dieses Master-Regulator-Gen und beschreiben Sie die Mechanismen, die die anhaltend geschlechtsspezifische Expression dieses Gen sicherstellen und die nachgeschaltet zur Expression von Männchen-spezifischen bzw Weibchen-spezifischen Genen führen. 5P

2. Welches Oberflächenmolekül von Lipoproteinen ist in Zusammenhang mit der Alzheimer-Erkrankung gebracht worden? Erklären Sie, worin dieser Zusammenhang begründet ist! 1,5P

3. In Drosophila ist es möglich mit Hilfe des GAL4/AUS-Systems im posterioren Teil der Flügelimaginalschreiben über RNA-Interferenz Genfunktionen auszuschalten.

a) Welchen GAL4-Treiber würden Sie verwenden?

b) Welche Eigenschaften der RNA-Interferenz, die in C. elegans beobachtet wird, ist in Drosophila nicht vorhanden, um diese gewebsspezifische Wirkung erzielen zu können? 2P

4. In welchen Bereichen der Flügelimaginalscheibe erwarten Sie eine EGFP-Expression unter Verwendung eines UAS-EGFP-Transgens zusammen mit folgenden GAL4-Treibern? 1,5P

a) dpp-GAL4

b) tubulin-GAL4

c) GMR-GAL4

5. Definieren Sie den Begriff „trans-Spleißen“! In welchem Organismus kommt dieser Mechanismus vor, und geben Sie an, welchem Zweck trans-Spleißen dient! 3P

6. Sie kreuzen Drosophila-Männchen des Genotyps cn1, bw1/+ mit Jungfrauen des Genotyps w1/w1; cn1, bw1/CyO. cn1 und  bw1 sind rezessive Allele der Gene cinnabar und brown. Wildytpische Allele der Gene cn, bw, w und Cy sind nicht explizit angegeben.

Geben Sie die Phänotypen der Nachkommen bezüglich Augenfarbe und Flügelform an. Differenzien Sie hierbei zwischen den Geschlechtern! Mit welchen Häufigkeiten erwarten Sie diese Phänotypen? 5P

7. Welche Beobachtungen führten zur Annahme, dass die Position von Zentromeren bei den meisten Eukaryonten epigenetisch determiniert ist? 2P

8. Drosophila besitzt mehrere alpha-tubulin Gene. Eines dieser Gene trägt die Bezeichnung atub84B. Erklären Sie, worauf sich „84B“ bezieht. Auf welchem Chromosom liegt atub84B? 2P

9. Wie wird eine asymmetrische Lokalisation der bcd- und nos-mRNAs in der sich entwickelnden Oocyte von Drosophila realisiert? 4P

10. Ordnen Sie die Gene a-h (alle entnommen der Gentik von Drosophila melanogaster) den Prozessen/Genfamilien 1-8 zu! Mehrfachnennungen können auftreten, und es müssten nicht alle Prozesse/Genfamilien durch Gene repräsentiert sein! 4P

a) even-skipped (eve)

b) male specific lethal 3 (msl-3)

c) head involution defective (hid)

d) maleless (mle)

e) period (per)

f) decapentaplegic (dpp)

g) clock (clk)

h) engrailed (en)

1) Segmentpolaritätsgen         ………………………

2) Paarregelgen                       ………………………

3) Heterochromatinbuldung   ………………………

4) Compensasom                    ………………………

5) Circadiane Rhythmen        ………………………

6) Geschlechtsbestimmung     ………………………

7) Morphogen                         ………………………

8) Apoptose                            ………………………

11. Welche Aussagen treffen zu (mit richtig oder falsch markiert) 3P

·         Nach der Teilung einer Keimbahnstammzelle teilt sich der entstandene Cystoblast drei weitere Male und so entsteht eine Cyste aus 8 zusammenhängenden Zellen

·         Homologe meiotische Rekombination findet im Drosophila Männchen nicht statt

·         Im Drosophila Weibchen vermittelt der synaptonemale Komplex die Paarung der homologen Chromosomen während der Prophase der ersten meiotischen Teilung.

·         Im äußeren Kinetochor findet man Komponenten des KMN-Netzwerks, die transient mit dem Zentromer assoziieren

·         Das Protein Oskar ist eine sehr frühe posteriore Determinante bei der Entwicklung von Drosophila.

·         Das Protein CENP-A setzt sich aus einem konservierten N-terminalen Teil und einer variablen C-terminalen Region zusammen.

(falsche Antworten führen zu Punktabzug, negative Punktzahlen sind nicht möglich)

12. Erläutern Sie anhand einer Skizze, wie die Kopienzahl von P-Elementen im Genom von Drosophila durch Transposition erhöht werden kann, obwohl P-Elemente nach dem „cut and paste“ Mechanismus transponieren. 3P

13. Wie können Allele, die genomischer Prägung („Imprinting“) unterliegen, mit einheitlichem geschlechtsspezifischen Expressionsmuster vererbt werden, wenn doch die beiden Allele auf den homologen Chromosomen unterschiedlich exprimiert werden? 2P

14. Welch Rolle spielen die Docking und Selector-Sequenzen, um die Inklusion von einem und genau einem der 48 alternativen Exons 6 in der Drosophila DSCAM-mRNA zu gewährleisten? 3P

15. Beschreiben Sie ein Experiment mit dem überprüft werden kann, ob die Expression von huncback im frühen Drosophila-Embryo von einer Schwellenwertkonzentration von Bicoid-Protein abhängt? 2P

16. Warum dient die Tyrosin-Hydroxylase als Marker für dopaminerge Neuronen? Bei welcher neurodegenerativen Krankheit sind dopaminerge Neuronen betroffen? 2P

17. Welche kennzeichnende Eigenschaft weist das so genannte „caged ATP“ auf? Warum wurde dieses ATP-Analagon verwendet, und nicht unmodifiziertes ATP, bei der Untersuchung von Verhaltensweisen, die durch den ionotropen Purinoceptor P2X2 ausgelöst werden? 2P

18. Das Drosophila-Gen Su(var)2-5 codiert das Heterochromatin binding protein 1 (HP1). Erklären Sie, wie die Namensgebung „Su(var)“ für dieses Gen zustande gekommen ist! 3P

19. Wäre ein Ausschneiden von Inronsequenzen, wie es beim prä-mRNA-SPleßen realisiert ist, auch mit einzelsträngiger DNA als Substrat möglich? Begründen Sie kurz Ihre Antworten! 1,5P

20. Nennen Sie drei Methoden zur Erzeugung von Transgenen in Drosophila melanogaster! 1,5P

21. Wie kann CENP-A experimentell an Regionen des Chromosoms rekrutiert werden, die keine Zentromere darstellen? 2P

22. Wofür steht das Kürzel „iPS“? 1P

23. Wie kann in Drosophila die Rolle der senilen Plaques im Hinblick auf die Ausprägung der Alzheimer-Erkrankung studiert werden, wenn das Drosophila APP-Homolog doch gar keine Aß-Domäne besitzt? 2P

24. Warum ist es bei der Erzeugung von genetischen Mosaiken mittels des FLP/FRT-Systems wichtig Stämme zu verwenden, bei denen die FRT-Sequenz möglichst zentromernah integriert ist? 2P

1. Das FLP/FRT-System wird in Drosophila melanogaster unter anderem verwendet, um genetische Mosaike zu erzeugen. Gegeben ist ein Fliegenstamm, der FRT-sites homozygot und zentromernah auf dem rechten Arm des dritten Chromosoms trägt. Weiterhin ist dieser Stamm heterozygot für ein rezessives Allel des Gens ebony auf dem rechten Arm des dritten Chromosoms, distal der FRT-site, und er besitzt ein hs-FLP-Transgen auf dem X-Chromosom. 5P

a) Werden bei Induktion der FLP-Rekombinase in der G1-Phase einer Zelle dieses Stamms genetische Mosaike bezüglich ebony entstehen? Begründen Sie kurz Ihre Antwort.

b) Zeigen Sie anhand einer schematischen Zeichnung, was bei Induktion der FLP-Rekombinase in der G2-Phase einer Zelle dieses Stamms passiert. Werden nach der folgenden Zellteilung zwangsläufig genetisch unterschiedliche Tochterzellen bezüglich ebony entstehen? Begründen Sie kurz Ihre Antwort!

3. Was versteht man unter Antizipation im Rahmen der Analyse der circadianen Rhythmik von Drosophila? 2P

4. even-skipped (eve) wird in ungeradzahligen und fushi-taratsu (ftz) in geradzahligen Parasegmenten exprimiert. Das Gen elav wird in allen Neuronen exprimiert. Sie möchten im Bereich der Parasegmente eine Expression des Transgens “goi“ ausschließlich in den Neuronen der ungeradzahligen Parasegmente erreichen. Welche der folgenden Transgene müssen Sie für dieses Experiment kombinieren? 1,5P

gibt punkt abzüge

6. Sie kreuzen Drosophila-Männchen des Genotyps B/Y; st1/+ mit Jungfrauen des Genotyps Xw1^ Xw1; st1/+. st1 ist ein rezessives Allel von scarlet, was sich im wildtypischen w+-Hintergrund in leuchtend roten Augen wegen eingeschränkter Synthese von braunen Pigmenten (Ommochromen) äußert. X^X bezeichnet ein sogenanntes „attached X“-Chromosom, bei dem die homologen X-Chromosomen kovalent verknüpft sind und in der Meiose I nicht getrennt werden können. Somit erhält eine Tochterzelle beide Homologe und die andere kein X-Chromosom. Hier tragen beide „attached“-Kopien des X-Chromosoms noch das Allel w1. B ist eine dominante Mutation auf dem X-Chromosom, die in balkenförmigen Augen resultiert. Wildtypische Allele der betrachteten Gene sind nicht explizit angegeben. Geben Sie die Phänotypen der Nachkommen bezüglich Augenfarbe, Augenform und Fertilität an. Differenzieren Sie hierbei zwischen den Geschlechtern! Mit welchen Häufigkeiten erwarten Sie diese Phänotypen? Hinweis, Triplo X-Weibchen werden hier als nicht lebensfähig eingestuft. 5P

7. Das Zentromer-spezifische Protein CENP-A findet man während der gesamten Zellzyklus am Zentromer lokalisiert. Nennen Sie drei Gründe, warum denn nicht während der G1/S/G2-Phase Mikrotubuli an die Zentromere binden und die Chromosomen zu den Zellpolen ziehen. 3P

8. Drosophila besitzt mehrere alpha-tubulin-Gene. Eines dieser Gene trägt die Bezeichnung atub84B. Erklären Sie, worauf sich „84B“ bezieht. Auf welchem Chromosom liegt atub84B? 2P

9. Nennen Sie drei Möglichkeiten, wie eine X-Chromosomale Dosiskompensation zwischen den Geschlechtern erreicht werden kann und geben Sie jeweils ein Beispiel für eine Tiergruppe an, in der diese Möglichkeit realisiert ist. 3P

Ordnen sie die Gene a-h den Prozessen /genfamilien 1-8 zu.

a) wingless (wg)

b) sex lethal (sxl)

c) head involution defective (hid)

d) transformer (tra)

e) period (per)

f) decapentaplegic (dpp)

g) cryptochrome (cry)

h) engrailed (en)

1) Segmentpolaritätsgen         ………………………

2) Paarregelgen                       ………………………

3) Heterochromatinbildung     ………………………

4) Compensasom                    ………………………

5) Circadiane Rhythmen        ………………………

6) Geschlechtsbestimmung     ………………………

7) Morphogen                         ………………………

8) Apoptose                            ………………………

11. Welche der folgenden Aussagen treffen zu? (mit richtig oder falsch markieren) 3P

·         Bei der Oogenese von Drosophila entsteht aus einer Stammzelle eine Zyste von 16 Zellen, von denen sich lediglich eine einzige Zelle zur Oozyte entwickeln wird.

·         Homologe meiotische Rekombination findet im Drosophila-Männchen nicht statt.

·         Während der frühen Embryonalentwicklung von Drosophila wird das im gesamten Cytoplasma vorhandene Protein Dorsal – entsprechend dem Gennamen – in Dorsal-lokalisierte Kerne importiert.

·         Saccharomyces cerevisiae besitzt Punktzentromere, bei denen die zugrunde liegende DNA-Sequenz notwendig und ausreichend für die Zentromerfunktion ist.

·         Das Protein Oskar ist eine sehr frühe anteriore Determinante bei der Entwicklung von Drosophila.

·         Das Protein CENP-A setzt sich aus einem konservierten C-terminalen Teil und einer variablen N-terminalen Region zusammen.

(Falsche Antworten führen zu Punktabzug, negative Punktzahlen sind nicht möglich)

12. Nehmen Sie an, Sie haben einen Drosophila-Stamm mit der Insertion „A“ mittels P-Element vermittelter Keimbahntransformation erzeugt. Sie haben die Insertionsposition des P-Elements molekular kartiert und herausgefunden, dass diese Insertionsposition für Ihre geplanten Experimente sehr günstig ist. Sie möchten nun zusätzlich ein weiteres Transgen „B“ über Transposon vermittelte Keimbahntransformation einbringen. Warum ist es problematisch, hier erneut ein P-Element-basiertes Konstrukt zu verwenden? Schlagen Sie eine alternative Strategie vor! 2P

15. Skizzieren Sie eine Möglichkeit, Transgeninsertionen in Drosophila mit der CRISPR/Cas-Technologie zu erzeugen. Nennen Sie die benötigten Komponenten/Fliegenstämme. 3P

19. Wäre ein Ausschneiden von Intronsequenzen, wie es beim prä-mRNA-Spleißen realisiert ist, auch mit einzelsträngiger DNA als Substrat möglich? Begründen Sie kurz Ihre Antwort. 1P

20. Nennen Sie vier Aspekte, von denen die Ausprägung der roten Augenfarbe durch ein white+ -Transgen in Drosophila abhängt! 2P

21. Nennen Sie 4 Eigenschaften, die auf syncytialen Teilungen während der frühen Drosophila-Embryogenese zutreffen. 2P

23. Ordnen Sie folgende Methoden der Transgenkartierung bezüglich Ihrer Genauigkeit der Lokalisation von 1 (ungenau) –  4 (sehr genau). Mit zwei Methoden erzielen Sie den identischen Genauigkeitsgrad – hier die identischen Nummern vergeben! 2P

Inverse PCR

Segregationsanalyse

Plasmid Rescue

in situ-Hybridisierung an Polytänchromosomen

meiotische Kartierung

24. Warum können bei der Herstellung monoklonaler Antikörper unfusionierte Myelomzellen im HAT-Selektionsmedium nicht überleben? 2P