Stadler

ÜBUNGSFRAGEN & KLAUSURFRAGEN

Tight Junctions, Gap Junctions und Adhäsionsverbindungen

1. “Mögliche Klausurfrage”: Wie sind Tight Junctions aufgebaut und welche Funktionen übernehmen sie? Wo kommen sie vor? Beschreiben sie Beispielhaft den Phänotyp einer knock out Maus die in einer Komponente der Tight Junctions gestört ist.

Aufbau: Die Proteine Claudin und Occludin sitzen in der Membran und haben einen extrazellulären Anteil. Die Interaktion zwischen den Proteinen führt dazu, dass sie dicht zusammen gezogen werden. Der Zwischenraum wird so abgedichtet. (füg hier noch eine kleine Skizze ein die sich daran orientiert)

Funktion: Tight Junctions verhindern die Diffusion im extrazellulären Raum. Tight Junctions sind unterschiedlich durchlässig für gelöste Stoffe.

Vorkommen: Epithelzellen

knockout: Claudin16 knockout Maus verliert Mg2+ in den Urin.

1. SEHR WICHTIGE KLAUSURFRAGE (in der Vorlesung gezeigt und besprochen):

   a. Beschreiben Sie den Aufbau von Adhäsionsverbindungen bei Tieren.

Cadherine (Transmembranproteine) erkennen homophil gleich Cadherine der Nachbarzelle. Sie binden Ca2+ abhängig im extrazellulären Raum aneinander. Adaptorproteine vermitteln den Kontakt zwischen Cadherinen und Cytoskelettkomponenten (Aktinfilamenten).

b. Wie unterscheiden sich Adhäsionsverbindungen von Desmosomen hinsichtlich ihrer Funktion und hinsichtlich der Komponenten des Cytoskelettes mit denen sie verbunden sind?

Adhäsionsverbindungen: Kopplung mit Aktinfilamenten, vermitteln Zell-Zell-Kontakt

Desmosomen: Kopplung mit Intermediärfilamenten, vermitteln Stabilität

Transmembranproteine sind bei beiden Cadherine.

1. Wie sind Gap junctions aufgebaut, wie werden sie reguliert? Fertigen Sie eine Skizze eines Gap junctions an. Aus welchen und wie vielen Untereinheiten bestehen Sie, wie nennt man die Halbkanäle und bei welchen Organismen kommen Sie vor? Beschreiben Sie ein Modell der Konformationsänderung, die zum Schließen von Gap Junctions führt. (WS21/22) (ÜF1)

Funktion: Gap Junctions dienen dem Stoffaustausch (Ionen und kleine Moleküle, KEINE Proteine)

Gap Juntions Skizze: (noch eigene Skizze anfertigen)

Gap Junctions Aufbau (Aus welchen und wievielen Untereinheiten bestehen sie? Halbkanäle?):

Sechs Untereinheiten Connexin bilden einen porenartigen Halbkanal (Connexon), die entweder gerade oder schräg in der Plasmamembran stehen können. In den extrazellulären Raum ragen Loops (E1, E2) die mit den Loops des gegenüberliegenden Halbkanals interagieren. N und C Terminus einer Connexin UE ragen ins Cytoplasma.

Regulation: Regulation ist noch nicht gut genug erforscht aber Phosphorylierung und Ca2+ spielen eine Rolle beim Durchlass.

Syntheseort: ER als Monomer, Assembly im Golgi

Organismen:

Schließung von Gap Junctions:

Das Plug-Modell: Eine Domäne pro Connexin bewegt sich, Rest bleibt starr, es entsteht ein Plug.

1. Was versteht man unter sogenannten Nanotubes? Wie sind sie aufgebaut? Was kann durch? Wie helfen Nanotubes dabei, verletzte Zellen wiederherzustellen? (ÜF2)

Funktion: Verbinden durch Cytoplasmabrücken weit von einanderliegende Zellen (Nieren und Nervenzellen, Makrophagen) und ermöglichen den Transport großer Substanzen wie Proteinen,Rezeptoren oder sogar Zellorganellen.

Aufbau:

Verletzte Zellen: Durch Nanotubes können Zellorganelle wie Mitochondrien ausgetauscht werden, so kann eine Zelle mit disfunktionalen Mitochondiren “repariert” werden.

Zugabe von MSec fördert Bildung von Nanotubes.

ÜBUNGSFRAGEN: Alles über Plasmodesmata

1. Fertigen Sie eine beschriftete Skizze eines Plasmodesmiums an und beschreiben Sie den Aufbau. Wie kann man belegen, dass das ER der beiden Nachbarzellen über den Desmotubulus in Verbindung stehen? Beschreiben Sie das Experiment, durch das dies gezeigt wurde. Wie nennt man diese Methode? (ÜF4)

Skizze:

Aufbau: PL ist die Plasmamembran, G (globuläre Proeine) bilden einen äußeren Ring, Speichen S führen zu einem inneren Ring. DT ist der Plasmotubulus, CS die Zwischenräume (2nm)

ER und Desmotubulus Experiment: Die Frage ist - Steht der Desmotubulus mit dem ER der Nachbarzelle in Verbindung? Die Antwort lautete Ja.

FRAP - Fluorescence Recovery After Photobleaching

1. Vergleichen Sie Gap Junctions, Nanotubes und Plasmodesmata hinsichtlich Aufbau und Funktion. Was kann jeweils hindurch? Durch welche Zellverbindungen konnte der Transport von: Mitochondrien / Vesikel / Oberflächenrezeptoren / Viralen Komponenten / Proteinen / Ionen nachgewiesen werden? (ÜF3)

Gap Junctions: kleine Porenartige Halbkanäle aus sechs UE Connexin verbinden sich über einen engen Zwischenraum miteinander, sorgen für Stoffaustausch kleiner Moleküle und Ionen, KEINE Proteine

Nanotubes: Verbinden über Cytoplasmabrücken Zellen, die weit voneinadner entfernt liegen und transportieren Proteine, Rezeptoren oder ganze Zellorganelle

Plasmodesmata: Die Öffnungsweite variiert. So können z.B. Plasmodesmen zwischen Geleitzelle und Siebelement sehr große Proteine durchlassen.

1. Beschreiben Sie, wie man untersuchen kann, ob ein Protein X an Plasmodesmen lokalisiert ist! Nennen Sie zwei Beispiele für Proteine, die an Plasmodesmen lokalisiert sind. (ÜF 5)

1. Wozu benötigen Pflanzenviren sogenannte Bewegungsproteine? Was bewirken Bewegungsproteine bezüglich der Öffnungsweite der Plasmodesmen und wo befinden sie sich innerhalb einer Pflanzenzelle? (ÜF6)

Pflanzenviren infizieren einzelne Zellen, erweitern Plasmodesmata und schleusen so ihr Genmaterial durch Plasmodesmen von Zelle zu Zelle. Dabei kann man zwischen zwei Virustypen unterscheiden:

Typ 1: Setzt an Plasmodesmata an und bildet dann tubuläre Strukturen durch Zellwände

Typ 2: codiert für Movementproteine

Wozu benötigen Pflanzenviren Bewegeungsproteine: Um ihr Genmaterial über Plasmodesmen von Zelle zu Zelle zu transportieren

Was bewirken Bewegungsproteine bzgl. der Öffnungsweite von Plasmodesmen: Sie vergrößern die Öffnungsweite

Wo befinden sie sich in der Zelle: Binden an Plasmodesmen

1. Welche Enzyme sind an der Regulation der Öffnungsweite von Plasmodesmen beteiligt? Skizzieren Sie ein Plasmodesmium (mit Beschriftung) und geben Sie an, wo diese Enzyme lokalisiert sind! Beschreiben Sie, wie ihre Aktivität zu einer Veränderung der Öffnungsweite führt. (WS20/21)

Welche Enzyme sind an der Regulation der Öffnungsweite von Plasmodesmen beteiligt?

• LYM2 Chitin Rezeptor: verringert die Öffnungsweite nachdem Chitin gebunden hat

• Kallosesynthase an der Halsregion, Überxepression führt zu verringerter SEL (Öffnungsweite)

Skizzieren Sie ein Plasmodesmium (mit Beschriftung) und geben Sie an, wo diese Enzyme lokalisiert sind

1. KLAUSURFRAGE (WS21/22) Wie kann man Proteinwanderung durch Plasmodesmen nachweisen? Wie kann man diese inhibieren? Ein nicht zell-autonomes Protein nennen, wie wandert es normalerweise und wie wird es reguliert? Wie sieht der Phänotyp aus wenn die Wanderung dieses Proteins verhindert wird?

das haben wir glaube ich gar nicht bsprochen….

ÜBUNGSFRAGEN & KLAUSURFRAGEN zu Teil 2: Entwicklung - SAM (Sprossapikalmeristem)

1. Welcher Faktor ist der übergeordnete Faktor, der die Teilungsfähigkeit der Zellen des Sprossspitzenmeristems aufrechterhält? Wo wird er exprimiert? Wo wirkt er und wie?

WUS (Wuschel) ist der Stammzellorganisator und wirkt als nicht-Zell-autonomer Transkriptionsfaktor

Wo wird er exprimiert: einlagige Schicht im Corpus (OC)

Wo wirkt er: WUS wandert aus dem OC in benachbarte Zellreihen und aktiviert die Transkription von CLV3.

Wie wirkt er: WUS definiert Stammzellen, verhindert Zelldifferentierung und fördert CLV3 welches WUS hemmt, und fördert STM, welches auch WUS fördert.

1. Zu welcher Proteinklasse gehören WUS oder STM? Welche charakteristische Domäne enthalten diese Proteine? In welchen Zelllagen werden die Gene exprimiert? Wie wirken Sie? (WS20/21)

Proteinklasse: Shootmeristemless STM und Wuschel WUS sind Homeodomain-Transkriptionsfaktoren, die für die Bildung und Aufrechterhaltung des SAM notwendig sind.

Charakteristische Domäne: Homeodomäne - Helix Loop Helix, die 3. Helix bindet in der großen Furche der DNA

Wo werden sie exprimiert:

WUS wird im OC exprimiert,

Wie wirken wus und stm?

WUS: definiert Stammzellen, verhindert Zelldifferenzierung und fördert CLV3 und STM

STM: hemmt Zelldiffernezierung in der nahen Meristemumgebung, hemmt CLV und fördert WUS.

1. Zu welcher Proteinklasse gehört CLAVATA1, zu welcher CLAVATA3? In welchen Zelllagen werden Sie exprimiert?

Zu welchen Proteinklassen gehören CLV1 und CLV3?

CLV1: Rezeptorkinase

CLV3: mobiler Ligand

Wo werden sie exprimiert:

CLV1 in L3 des Corpus

CLV 3 in L1 und L2

1. Welche Funktion hat das Organisationszentrum OC im Sprossspitzenmeristem?

Dort wird WUS gebildet welches als Stammzellorganisator fungiert

1. Welche der Faktoren WUSCHEL, CLAVATA1, CLAVATA3, und STM hemmen die Zelldifferenzierung?

WUS und STM

1. Wie sehen die jeweiligen Nullmutanten oder Überexpressionsmutanten der Gene WUSCHEL, CLAVATA1, CLAVATA3, und STM aus? Wuschel / clavata 3 Doppelmutanten aus?

WUS: Null-Mutante hat kein Sprossapikalmersistem, Überexpressionmutante hat viele SAM ->daher der Name

CLV1&3: haben als Nullmutante den gleichen Phänotyp -> ein vergrößeres Spitzenmeristem

STM: Die Nullmutante von STM ist wie WUS ohne SAM

WUS und CLV 3 Doppelmutante sieht aus wie WUS Nullmutante -> WUS ist übergeordnet

1. Wie wirken sich die Faktoren auf die Transkription der anderen Faktoren aus? Welches Protein hemmt/fördert welchen Faktor?

WUS: fördert CLV3 und STM

CLV: hemmt WUS

STM: fördert WUS und hemmt CLV - Signalweg

1. KLAUSURFRAGE (WS21/22) Welche Funktion hat WUS? Welcher Phänotyp entsteht bei WUS Überexpression? Einfluss von WUS auf STM und CLAVATA.

Alle guten Dinge sind drei. Also. WUS wird im OC gebildet und wandert dann in benachbarte Schichten und aktiviert CLV3. WUS definiert die Stammzellen und verhindert die Zelldifferenzierung. Bei WUS Überexpression entsteht ein Phänotyp mit vielen Spitzenmeristemen. WUS fördert STM und den CLV-Signalweg.

ÜBUNGSFRAGEN & KLAUSURFRAGEN zu Teil 2: Entwicklung - RAM

1. Welcher Faktor ist der übergeordnete Faktor, der die Teilungsfähigkeit der Zellen des Wurzelspitzenmeristems aufrechterhält? Wo wird er exprimiert? Wo wirkt er und wie? Wie sehen Mutanten aus, die dieses Protein nicht mehr synthetisieren?

Wie heißt der übergeordnete Faktor im RAM:

Wo wird er exprimiert: im Quiesent Center QC

Wo wirkt er: weiß ich nich

Wie wirkt er: Aufrechterhaltung des meristematischen Charakters der Wurzelmeristeminitialen

Wie sieht die Nullmutante aus: wahrscheinlich kein RAM mehr

1. In welchen Zellen ist WOX5 exprimiert und welche Funktion übernimmt es? Zu welcher Proteinklasse gehört WOX5? Wie sehen Mutanten aus, die WOX5 nicht mehr exprimieren? Welches Protein übernimmt die analoge Funktion im Sprossspitzenmeristem?

In welchen Zellen wird WOX5 exprimiert: im Quiescent Center QS

Welche Funktion übernimmt WOX5: Aufrechterhaltung der Teilungsaktivität der Initialen des Wurzelmeristems

Zu welcher Proteinklasse gehlrt WOX5: Homeodomain-Transkriptionsfaktoren

Wie sieht die Nullmutante aus: Weis ich nicht, wurde nicht besprochen

Welches Protein übernimmt die analoge Funktion im SAM: Wuschel (WUS)

1. Wie sehen Wurzeln aus, die SHR nicht exprimieren? In welchen Zellen sind SHR und SCR exprimiert? Welches der beiden Proteine SHR und SCR ist nicht-zellautonom und von wo nach wo wandert es? Warum wandert SHR nur eine Zellschicht?

Wie sehen Wurzeln aus, die SHR nicht exprimieren? sie sind kurz. wie der Name schon sagt. UND Es entsteht keine Endodermis

In welchen Zellen sind SHR und SCR exprimiert? SHR in der Stele, SCR in der QC und Endodermis

Welches der beiden Proteine SHR und SCR ist nicht-zellautonom und von wo nach wo wandert es?

SHR und es wandert aus der Stele in die Endodermis

Warum wandert SHR nur eine Zellschicht? KEINE Ahnung.

1. Ein nicht zell-autonomes Protein nennen, wie wandert es normalerweise und wie wird es reguliert? Wie sieht der Phänotyp aus wenn die Wanderung dieses Proteins verhindert wird? (WS21)

Hier ist SHR gemeint.

Wie wird es reguliert: wurde nicht besprochen

Wie wandert es: es wird in der Stele exprimiert und wandert in die Endodermis

Wie sieht der Phänotyp aus wenn es gehindert wird: SHR kann SCR nicht aktivieren - kurze Wurzeln und keine Endodermis

1. Warum sind die Wurzeln, in denen SHR fehlt, kurz? Wie regulieren SHR und SCR WOX5? Welche der drei Faktoren wirken nicht-zell-autonom? Warum ist in scr und shr Mutanten zusätzlich zur kurzen Wurzel auch die Endodermis verändert? (WS19/20)

• SHR aktiviert SCR Genexpression im Ruhezentrum QC der Wurzel. SCR verhindert die Differenzierung der umliegenden Stammzellen.

• WOX5 wird durch SHR gefördert.

• nicht-zell-autonom (in der Annahme dass es bedeutet dass sich ein Protein NICHT auf die Zelle bezieht in der es gebildet wird) ist SHR

• Weil shr und scr gemeinsam die Bildung der Endodermis regulieren

1. Welche zwei Protene liegen die Identität der Wurzel fest? Wo werden sie gebildet und wie wirken sie? (WS19/20)

Scarecrow SCR und Shortroot SHR. SHR wird in der Stele exprimiert und wandert dann in die Endodermis. Dort wird SHR von SCR in den Zellkern transportiert. SHR fördert SCR am Expressionsort im Quiescent-Center QC.