Modellorganismen Klausurfragen mit Lösungen Zoologie
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Course
Modellorganismen
Institution
Karlsruher Institut Für Technologie
Sehr gute Modellorganismen Sammlung der Klausurfragen und Antworten zum Teil der Zoologie und den dazugehörigen Querschnittsthemen. KIT, 5. Semester, Allgemeine Biologie Bachelor
Modellorganismen Fragen-Tiere:
Fragen zu 10. Drosophila
welche Eigenschaften Drosophila als Modellorganismus für die biologische Forschung ausweisen
• Schnelle Entwicklung + Kurzer Lebenszyklus -> tempabhängig -> 10 Tage bei 25 Grad,
Labornutzung: 18 für Aufbewahrung, 25 und mehr -> schnelle Entwicklung + Verfügbarkeit
• Jedes Weibchen legt 400-500 Eier + kleine Adulte Form
• Einfache Haltung und Manipulation (günstig) -> Geeignet für genetische Manipulation
• Großes Set an genetischen Tools verfügbar -> Mutanten bestellbar -> gute Datenbank
• Einfacher Karyotyp: 4 Chromosomenpaare
• 60% Gensequenz konserviert zu Mensch -> Homologe für mind. 75% menschl. Krankheitsgene
➔ Biologische Relevanz zum Mensch
• Genom vollständig sequenziert + Genomgröße gut handhabbar: 175 Mb (Human: 3,3 Gb)
• Weniger genetische Redundanz im Vgl zu Säugetieren
• Wenig ethische Bedenken
• Keimbahn Untersuchung, Gewebe Untersuchungen
• Genetic modifier screen -> gutes Krebsmodell
welche Gengruppen die Ausbildung der Längsachse und die Segmentierung bei Drosophila steuern
• Verschiedene maternale Gene, die im Ei spezifisch angelegt werden als mRNA oder Proteine -> sind
Transkriptionsfaktoren -> Regulieren Expressionsmuster von Eve-Gen + anderen Pair-Rule Genen
• Im Ei Gradienten der versch. Transkriptionsfaktoren -> je nach Konzentration dieser bekommt man spez.
Expression von Eve und anderen Pair-Rule Genen -> zB. hoher Hunchback, etwas Bicoid, kein Krüppel, kein
Giant bildet Eve Streifen 2
• Spezifische Promotorregionen des even-skipped (eve) Gens kontrollieren die spezifischen
Transkriptionsbanden (Streifen/Segmente) innerhalb des Embryos -> Eve Gen hat viele Promotorregionen,
an die versch. TF binden können -> je nachdem welcher Promotor aktiviert wird, wird spezifischer Streifen
gebildet -> beginnt ab 13. Teilungszyklus
welche Funktion homeotische Selektorgene in der Embryonaletwicklung ausüben und welche
Gemeinsamekeiten und Unterschiede sie im Vergleich zu den Säugern aufweisen.
• Hox-Gene legen die Identität der schon angelegten Segmente (Streifen) fest
• Aktivität der Hox-Gene wird durch die vorangehende Aktivität der Pair-Rule Gene gesteuert -> Segmente
müssen erst angelegt sein, bevor sie Identität bekommen können
• Homologe Hox-Gen Cluster in Drosophila und Maus -> Hox Gen Cluster genau 1 mal in Fliege -> bei Maus
(Mensch) komplexer, mehrere Gencluster -> redundant (teilweise Kopien)
➔ Aber gleiche lineare Aufteilung der Hox-Gencluster -> homolog
den Unterschied zwischen „maternalen Genen“ und „zygotischen Genen“ erklären können. Sie sollten
beschreiben können, welche Schritte der Embryonalentwickung durch welche Gene gesteuert werden.
→ maternale Gene: Gene, die während der Oogenese (und damit entsprechend dem Genom der Mutter)
exprimiert werden
→ zygotische Gene: Gene, die in der frühen Embryonalentwicklung exprimiert werden
• In früher Embryonalentwicklung = nuclear cycles (1-13), nur Mitose und Replikation -> muss nichts
hergestellt werden -> mRNA + Proteine sind schon da (durch maternale Gene) -> keine Gap-Phase nötig
• Verschiedene maternale Gene, die im Ei spezifisch angelegt werden als mRNA oder Proteine -> sind
Transkriptionsfaktoren
• Ab postblastodermen Zyklus (14-16) kommt G2-Phase dazu -> zygotische Gene werden exprimiert -> Eve-
Gen und andere Pair rule Gene -> Transkriptionsfaktoren regulieren je nach Konzentration
Expressionsmuster von Eve-Gen + anderen Pair-Rule Genen
• Spezifische Promotorregionen des even-skipped (eve) Gens kontrollieren die spezifischen
Transkriptionsbanden (Streifen/Segmente) innerhalb des Embryos -> Eve Gen hat viele Promotorregionen,
, an die versch. TF binden können -> je nachdem welcher Promotor aktiviert wird, wird spezifischer Streifen
gebildet -> beginnt ab 13. Teilungszyklus
die grundlegenden bei Drosophila angewendeten molekularbiologischen Tools beschreiben können und daraus
die Anwendungen ableiten können (Balancer Chromosomen, P-Elemente, Gal4-UAS, …)
Balancer Chromosom:
1. Dominanter Marker (zb CurlyO)
2. Rezessives letales Gen (sodass wenn Balancer 2 mal vorliegt -> tot)
3. Multiple Inversionen, die genetischen Austausch zwischen Balancer und seinem nicht-balancer homolog
während Mitose verhindern
Balancer Chromosom = Chromosom, das designt wurde um letale Mutationen nicht im Fliegenstock zu
verlieren
• Reinkreuzung in Fliege: Fliege 1 Balancerchr. + 1 WT-Chromosom, mit letaler Mutation
• 2 mal Balancer -> tot
• 2 mal WT mit let. Gen -> tot
• Mit Balancer und WT Chromosom mit letaler Mutation lebt -> wichtig um letale Mutationen zu erhalten +
untersuchen zu können -> mit Balancer lässt sich gute Genetik betreiben, man weiß immer bei
Kreuzungen, wo ist mein Balancer hinvererbt worden und damit auch wenn Fliege wo die letale Mutation
ist -> gut erkennbar durch dom. Marker auf Balancer
P-Elemente:
• P-Elemente inserieren sich mittels Transposase ins Genom -> man braucht dafür nur die Enden = inverted
repeats -> mittlerer Bereich (Transposontranskript) egal, hier kann Transgen und Marker drin sein
• Klassischer Transformationsplasmid = pCasper Vektor: enthät white + (rote Augen) und Gen der Interesse
(Transgen, kann auch GFP tagged sein)
• pCasper + Helperplasmid (enthält Transposase Gen) wird in M-Stamm (w-) Embryo injiziert -> kann
Transposition nicht unterdrücken -> Gamete mit transformierter DNA im Genom entsteht = weiße Augen >
Transposase erst in Keimbahn der Fliege aktiv -> nach Kreuzung erhält man rote Augen -> daran erkennt
man transgene Fliege
-> Herstellung transgener Fliegen und Reporterkonstrukte
GAL4-UAS
• UAS Konstrukte = sehr wichtiges Tool
• transgene Fliege: Gal 4 aus Hefe zwischen P-Elementenden, -> steht unter Kontrolle eines gewebespez.
Enhancer (GMR-GAL4 -> zB. augenspezifisch)
• andere transgene Fliege besitzt zwischen P-Elementenden Gen of Interest + UAS -> Gen steht unter
Kontrolle von UAS
• Nach Kreuzung beider Fliegen, wird Gal4 gewebespezifischen produziert = Transkriptionsfaktor -> bindet
an UAS -> Gen of Interest wird exprimiert -> aber nur gewebespezifisch
• Oft als tool eingesetzt für Screens -> um Überexpression eines Gens in best. Bereich/Gewebe zu erhalten
=> Genetic modifier screen -> Nachkommen aus Kreuzung (mit GAL4 und UAS Konstrukt auf Chromosom +
Balancer Chromosom) eingesetzt für weitere Kreuzungen -> weitere Mutationen werden reingekreuzt und
man schaut wird gewebespez. Effekt stärker, supprimiert oder kein Effekt
RNAi:
• in P-Element: UAS, cDNA = kleine Abschnitte des Gens of interest, aber invertiert
• cDNA Transkription steht unter Kontrolle von UAS -> dh es wird erst induziert wenn GAL4 an UAS bindet
und es aktiviert -> gewebespezifisch
• wenn aktiviert wird cDNA transkibiert -> RNA-Transkript -> bildet Hairpin RNA
• hpRNA wird von RNAi erkannt und geschnitten (Dicer) + in RNAi Komplex (RISC) eingebaut und damit
mRNA abgerastert
• Ziel mRNA wird geschnitten + degradiert -> Gen-Knockout
• Auch hier ganzes wieder gewebespezifisch (kann auch zell oder stagespez. gemacht werden) über
Promotor der vor GAL4 geschaltet ist -> so hat man Knockout nur in gewünschtem Gewebe
, ein Vorgehen entwickeln können, mit dem man Drosophila als Modellorganismus zur Untersuchung von
Krankheiten des Menschen nutzen kann.
Genetic modifier screen -> für Krebs:
1. Drosophila Auge als in vivo Reagenzglas für die Identifizierung krebsbedingter Gene + Wege
• Rough Eye Phänotyp durch Expression von humanen Krebsgenen bspw. erzeugt
• Gleicher Phänotyp wie bei augenspez. Überexpression CID kann auch so erzeugt werden
• Dann weitere Mutationen oder chemische Verbindungen zugegeben und getestet was wirkt auf die
Mutation
2. Gehirnzellen:
• Kreuzung der Nachkommen (Yeast-Gal-UAS) = GFP-Linie (Gehirnzellen GFP-getagged) in verschiedene
genetische Hintergründe, von denen man ausgeht, dass sie in Krebsentwicklung Rolle spielen
• Man erhält GFP-positive Hirnzellen mit dem zugehörigen genetischen Hintergrund -> diese Zellen werden
in Hostfliege implantiert -> dann schaut man sich an ob Fliege non-tumorigenic oder tumorigenic reagiert
-> erkennbar an Metastasen -> zB. auf einmal GFP-Zellen im Auge = Metatasierung = tumorigenic
3. Substanzen/Medikamententestung:
• Embryos fluoreszieren grün, wenn Tumorwachstum stattfindet
• Embryos werden bei Nahrung, die spez. Substanz oder Medikament enthält wachsen gelassen
• Wenn Embryo grün fluoresziert ist Substanz oder Medikament Krebs erregend
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