Herausgegeben von Knippers - GBVInhaltsverzeichnis Teil 1 Grundlagen 1 1.1 1.2 Lebensformen:Zellen...

Molekulare Genetik

Herausgegeben von Alfred Nordheim und Rolf Knippers

Mit Beiträgen von Alfred Nordheim, Rolf Knippers, Peter Dröge,

Gunter Meister, Elmar Schiebel, Martin Vingron, Jörn Walter

10., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage

620 Abbildungen

Georg Thieme Verlag

Stuttgart • New York

Inhaltsverzeichnis

Teil 1 Grundlagen

1

1.1

1.2

Lebensformen: Zellen mit und ohne Kern ...

RolfKnippers

Einleitung 23 1.3

Eukaryoten 24 1.3.1

23

Prokaryoten 26

Literatur 27

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

DNA: Träger der genetischen Information 29

RolfKnippers

Bausteine: Nucleotide.

DNA-Helices: Flexibilität.

Natürliche DNA-Moleküle

29 2.8 Einige wichtige Methoden zur Unter¬

suchung von DNA 41

29

2.8.1 41

30 2.8.2 42

Der Sedimentationskoeffizient oder S-Wert.. . .

44

32 Isopyknische oder Gleichgewichtszentrifugation 44

2.8.3 45

34 2.8.4 Enzyme als Hilfsmittel: Deoxyribo-46

37 Endonucleasen, Exonucleasen 46

Restriktionsendonucleasen 46

39 49

3.1

3.2

3.3

4

4.1

4.2

4.2.1

4.2.2

4.2.3

4.3

4.3.1

4.3.2

RNA: Überträger und Regulator der genetischen Information 51

Gunter Meister

Einleitung 51

Aufbau und räumliche Faltung von

RNA-Molekülen

3.4

3.41

Zelluläre Funktionen von RNAs.

Literatur

54

55

RNA-Klassen.

52

52

Proteine: Funktionsträger der Zelle 57

RolfKnippers

Einleitung 57 4.4 Tertiärstruktur: komplexere Faltungder Aminosäurekette

Primärstruktur: Sequenz der Amino¬

säuren

Aminosäuren 57

Peptidbindung 58

Wechselwirkungen zwischen Amino¬

säureseitenketten 59

57 4.4.1

4.5

Proteindomänen.

Quartärstruktur: Aufbau aus Unter¬

einheiten

Sekundärstruktur: a-Helix und

ß-Faltblatt

4.6

4.6.1

Proteinfaltung.

Literatur

60

a-Helix 61

ß-Faltblatt 61

62

64

66

66

67

5.1

5.2

5.2.1

5.2.2

5.2.3

5.2.4

5.2.5

5.2.6

5.3

5.3.1

5.3.2

5.4

6.3.1

6.3.2

Transkription, Translation und der genetische Code

RolfKnippers

69

Einleitung

Transkription: die Synthese von RNA

RNA-Polymerase

Genanfang: der Promotor ...

Ereignisse am Promotor

Elongation der RNA-Kette ...

Termination

Stabile und nicht stabile RNA

69 5.4.1 Ribosomen: eine kurze Beschreibung — 80

5.4.2 Proteinsynthese: Genauigkeit des Starts.. 85

69 5.4.3 86

5.4.4 Elongation: die programmierte Verknüp-

69 87

71 5.4.5 89

72 5.4.6 Geschwindigkeit und Genauigkeit der

73 90

74 5.4.7 Besonderheiten derTranslation bei Bakte-

75 91

Transfer-RNA (tRNA) und die Aktivie¬

rung von Aminosäuren

Struktur der tRNA..

Beladung der tRNA.

Translation: Ribosomen und Protein¬

synthese

5.5 91

75

5.5.1 92

76 5.5.2 92

77 5.5.3 „Wobble" bei der Erkennung von Codon

94

5.5.4 Der genetische Code in der Zelle 95

80 5.5.5 Selenocystein und Pyrrolysin 96

5.5.6 Verwendung von Codewörtern 96

97

Escherichia coli und der Bakteriophage Lambda: Gene und Genexpression.

RolfKnippers

Exkurs: Bakteriophagen6.1 Einleitung 99 6.4

6.2 Vermehrung von Bakterien 100 6.4.1

6.2.1 Die DNA als Nucleoid 101 6.5

Nucleoidassoziierte Proteine IUI

Organisation bakterieller DNA 102

6.2.2 Das Genom 102 6.5.1

6.2.3 Die biologische Genkarte und das F-Plas-

mid 105

6.2.4 F'-Plasmide 108

6.2.5 Konjugation und Genkartierung 108 6.5.2

6.3 Grundlagen bakterieller Cenregulation 110

Ausblick

6.3.3

Regulons: Gengruppen unter gemein¬samer Kontrolle III

Beispiel: Hitzeschock-Gene 111

Alternative o-Faktoren 113

Stringente Kontrolle 113

Negative und positive Genregulation: das

/ae-Operon als Bezugssystem 118

Die Genprodukte 118

Mutanten mit veränderter Genregulation 119

Das Jacob-Monod-Modell 120

Der Lac-Repressor 121

Positive Regulation: das CRP-Protein 124

6.5.3

6.5.4

6.5.5

Der Bakteriophage Lambda und seine

Gene

Das Lambda-Genom

Proteincodierende Gene

Kontrollelemente

Integration und Exzision

Expression der Lambda-Gene

Frühe Transkription

Entscheidung zwischen Lyse und Lysogenie. . . .

Der Cll-Aktivator

Der Lambda-Repressor

Transkription des /nt-Gens

Induktion und lytischer Infektionsweg ...

Wege der Lambda-ReplikationDas Ende des lytischen Infektionswegs...Entstehung der PhagenpartikelAm Ende des lytischen InfektionswegsLiteratur

99

127

129

129

130

130

131

131

132

132

132

133

134

135

136

137

138

138

139

139

7.1

7.2

7.2.1

7.2.2

7.3

7.3.1

7.3.2

DNA im Zellkern: Chromatin und Chromosomen.

Elmar Schiebel

Einleitung

Der Zellkern

141

Das Chromatin.

141 7.3.3 Modifikation von Histonen 151

Posttranslationale Modifikation von Histonen .. 151141 Veränderungen des Chromatins durch Histon-

modifikationen 152

141 7.3.4 Einige wichtige Nicht-Histonproteine 152

145 7.3.5 Chromatinfasern 153

146 7.4 Chromosomen 154

146 7.4.1 Chromosomen des Menschen 155

146 Chromosomensätze 157

147 7.4.2 Polytäne Chromosomen 158148 159

Teil 2

8

8.1

8.2

8.2.1

8.2.2

8.2.3

8.2.4

8.2.5

8.2.6

8.3

8.3.1

8.3.2

8.3.3

8.3.4

Molekulare Dynamik chromosomaler DNA

DNA-Replikation: Verdopplung der genetischen Information

Peter Dröge

Einleitung

Molekulare Grundlagen der

Replikation

Erste Hinweise auf semikonservative

ReplikationAllgemeine Polymerisationsreaktion von

Deoxynucleotiden

Prokaryotische DNA-Polymerasen und

wichtige replikative HilfsproteineDNA-Polymerase I

DNA-Polymerase II

DNA-Polymerase III

Primase

DNA-Ligasen

DNA-Helikasen

Eukaryotische DNA-PolymerasenDrei Phasen der DNA-Replikation

Replikation des bakteriellen Genoms.

Die Initiation bakterieller DNA-

Replikation

Elongationsphase bakterieller DNA-

Replikation

Beendigung (Termination) der bakteriel¬

len DNA-ReplikationRegulation der Initiation bakterieller

Replikation

163 8.3.5

163

164

165

8.3.6

166

166

168 8.A

169

171

172 8.4.1

173

174

175

175 8.4.2

8.4.3

175 8.4.4

177

8.4.5

179 8.4.6

180

163

Topologische Probleme während der Re¬

plikation 181

Topoisomerasen 181

Typ-I-DNA-Topoisomerasen 183

Typ-ll-DNA-Topoisomerasen 184

Topologische Probleme während der Initiation

und der Elongation 185

Topologische Probleme während der

Termination 187

Andere Probleme während der DNA-

Replikation 187

Replikation des eukaryotischenGenoms 188

Replikationsstartpunkte 188

Aktivität von Replikationsstartpunkten 188

Replikation und Strukturen des Zellkerns 190

Nucleotidsequenzen von Replikationsstartpunk¬ten 190

Initiation eukaryotischer Replikation 190

Elongationsphase eukaryotischer Replika¬tion 192

Termination eukaryotischer Replikation.. 193

Telomere 193

Telomerasen 194

Replikation im Chromatin 196

ichwer zu replizierende Genomabschnitte 197

Literatur 197

1

Segregation der Chromosomen: Zellzyklus, Mitose und Meiose

Elmar Schiebel

Einleitung 199

Zellzyklus 199

Zellzyklusphasen 199

DieC,-Phase 201

DieS-Phase 201

DieG2-Phase 201

Die Mitose 202

Molekulares Verständnis des Zellzyklus ..204

Zellzyklusgene 204

G^S-Übergang 206

Lizenzierung der DNA-Replikation in derTelo-

phase/G,-Phase 207

Regulation der DNA-Replikation 207

Der Cohesinkomplex 207

Der Condensinkomplex 208

Der Eintritt in die Mitose

Kontrollpunkte des Zellzyklus

Zusammenbau der mitotischen Spindel

Der Übergang von Metaphase zurAnaphase...

Der Spindelkontrollpunkt (spindle assembly

Checkpoint, SAC)

Cytokinese

9.2.3 Defekte bei Chromosomentrennung und

Cytokinese

9.3 Meiose

9.3.1 Zellzyklusregulation der Meiose

9.3.2 Meiose I

9.3.3 Meiose 11

Literatur

Rekombination der DNA

Peter Dröge

Einleitung 220

Homologe Rekombination 220

Grundlagen der homologen Rekombinati¬

on 221

Homologe Rekombination in prokaryoti-schen Zellen 222

Das RecA-Protein und der DNA-Strangaustausch 222

Das RecBCD-Enzym 225

Bewegliche Holliday-Strukturen und Genkonver¬

sion 226

Homologe Rekombination in eukaryoti-schen Zellen 227

Meiotische Rekombination 228

Genkonversionen in Eukaryoten 229

Ortsspezifische Rekombination

10.4 Illegitime Rekombination.

230

Grundlagen der ortsspezifischen Rekom¬

bination 230

Ortsspezifische Rekombination in pro-

karyotischen Zellen 230

10.4.1 Bewegliche genetische Elemente bei Bak¬

terien

Insertionssequenzen (IS-Elemente)

Transposons

Transponierbare BakteriophagenAblaufderTransposition

Konsequenzen der Transposition: Veränderun¬

gen im Genom

10.4.2 Bewegliche genetische Elemente bei Euka¬

ryoten

Äc/Ds-Transpositionen in Pflanzen

Tcl/mor/ner-Transpositionen

P-Element Transpositionen im Drosophila-Ge-

nom

Ortsspezifische Transpositionen in Immunzellen

10.4.3 RetrotranspositionenRetroviren: ein Überblick

Retroviren: Struktur und Vermehrung

Retroviren: Integration

Retrotransposons

Literatur

Mutationen, DNA-Schädigungen und DNA-ReparaturPeter Dröge

Einleitung

Allgemeine Grundlagen

250 11.2.1 Arten von Mutationen.

Chromosomen-Mutationen

250 Punktmutationen

Insertionen und Deletionen

Reversionen und Suppressionen

11.2.2 Mutationen in eukaryotischen Zellen

Mutationen in Körper- und Keimzellen .. .

Rezessive und dominante Mutationen....

Komplementationstests

11.2.3 Häufigkeiten von Mutationen

11.2.4 Spontan auftretende Mutationen

11.2.5 Hot Spots spontaner Mutationen

11.3 Entstehung und Vermeidung von

Mutationen bei der DNA-Synthese ...

11.3.1 Falscheinbauten von Deoxyribonucleoti-

den

11.3.2 Korrekturlesen

11.3.3 Falscheinbau von Ribonucleotiden in die

DNA

11.3.4 Mismatch-Reparatur11.3.5 Entstehung von Indels

11.4 Mutationen durch Schäden von

DNA-Basen

11.4.1 AP-Stellen und Reparatur.

Transläsionssynthese

Basenexzisionsreparatur

253

254

254

254

255

255

256

257

257

260

260

260

260

261

263

264

264

265

265

11.4.2 Alkylierte DNA-Basen und Reparatur

Alkylierung von Basen

Reparatur der Basenalkylierung

11.4.3 Oxidative Basenschäden und Reparatur ..

11.4.4 Unförmige Anheftungen an DNA

11.4.5 DNA-Schäden durch ultraviolettes Licht

und ihre Reparatur

Photoreaktivierung

Nucleotid-Exzisionsreparatur bei Bakterien....

Reparatur durch Rekombination bei Bakterien.

Nucleotid-Exzisionsreparatur bei Eukaryoten...

Überschreitungen ohne Fehler und mit Fehlern.

11.5 Induktion und Reparatur von

DNA-Doppelstrangbrüchen

11.5.1 DNA-Schäden durch Strahlen

11.5.2 DNA-Schäden durch gebremste Replika-

tionsgabeln11.5.3 Reparatur von Doppelstrangbrüchen...

11.6 Zusammenfassung.

11.6.1 Literatur

267

267

267

269

271

271

272

272

274

274

276

277

277

278

278

280

282

Teil 3 Gene und Genprodukte

12 Struktur eukaryotischer Gene

Alfred Nordheim

12.1 Einleitung

12.2 Definition des Cenbegriffs

12.3 Pol-l-transkribierte Gene

12.3.1 Struktur der Pol-l-transkribierten Gene:

rRNA-Gene

12.3.2 Promotoren für die RNA-Polymerase I...

12.4 Pol-ll-transkribierte Gene

12.4.1 Struktur der proteincodierenden Pol-II-

transkribierten Gene

12.4.2 Promotoren für die RNA-Polymerase II...

12.4.3 Regulatorische Elemente der Pol-II-Gene:

Enhancer, Silencer

Proximale regulatorische Elemente

Distale regulatorische Elemente

12.4.4 Nicht-proteincodierende Pol-II-transkri-

bierte Gene

285

286

288

288

289

290

290

291

292

293

293

294

12.6

12.7

12.8 Pseudogene

12.9 Repetitive DNA-Elemente.

285

12.5 Pol-lll-transkribierte Gene 294

12.'.1 Struktur von Pol-Ill-Genen 294

12.5.2 Promotoren für die RNA-Polymerase III .. 294

Exons und introns 295

12.6.1 Exon-Intron-Struktur proteincodierenderGene am Beispiel von Globin-Genen 295

12.6.2 Eigenschaften von Exons und Introns—

298

12.6.3 Vorkommen von Introns in eukaryoti¬

schen Genen 298

12.6.4 Bedeutung von Introns 298

CpG-lnseln 299

300

302

12.9.1 Literatur 303

1

13

13.1

13.2

13.2.1

13.2.2

13.2.3

13.3

13.3.1

13.3.2

13.4

14

14.1

14.2

14.3

14.4

14.5

Eukaryotische Transkription: Funktion und Regulation der RNA-Polymerasen .. 305

Alfred Nordheim

Einleitung 305

Allgemeine Prinzipien der eukaryoti-schen Transkription 305

RNA-PolymerasenFunktion der RNA-Polymerasen

Struktur der RNA-PolymerasenDrei Phasen der Transkription

Generelle und regulatorische Transkrip¬tionsfaktoren

Das Transkriptionssystem der

RNA-Polymerase I

305

305

306

309

310

312

312Generelle Transkriptionsfaktoren der Pol 1

Regulation der Pol-l-vermittelten Tran¬

skription 313


RNA-Polymerase II 315

13.4.3

13.5

13.5.1

13.5.2

13.6

13.7

13.7.1

13.7.2

13.4.1 Generelle Transkriptionsfaktoren der Pol II 315

TFIID 315 13.7.3

TFIIA und TFIIB 318

TFIIE und TFIIF 318

TFIIH 318

TFIIS 320

13.4.2 Interaktion von Transkriptionsfaktorenwährend der unterschiedlichen Phasen

der Transkription 320

Zusammenbau des Präinitiationskomplexes

(PIC) 320

13.7.4

13.7.5

13.8

Initiation der Transkription 320

Elongationsphase der Transkription 321

Terminierung der Transkription 323

Regulation der Pol-II-vermittelten Tran¬

skription 323


RNA-Polymerase III 324

Zusammenbau des Präinitiationskom¬

plexes 325

Regulation der Pol-III-vermittelten

Transkription 326

Regulation eukaryotischer Transkrip¬tion durch die Struktur des Chromatins 326

Strukturmotive von DNA-bindenden

Proteinen 328

Homöodomäne 328

Basische Helix-Loop-Helix-Domäne(bHLH-Domäne) 329

Basische Leucin-Zipper-Domäne (bZip-

Domäne) 330

Zinkfingermotiv 331

Schleifenmotiv 332

Das Transkriptom der eukaryotischenZelle 332


Signalgesteuerte Genregulation.Alfred Nordheim

Einleitung 336

336

Prinzipien der intrazellulären Signal¬übertragung 336

MAPK-Signalkaskade: Genaktivierunginnerhalb von Sekunden 337

cAMP-Signalgebung: CREB als Effektor

des sekundären Botenstoffs cAMP 339

Aktindynamik: Kommunikation zwi¬

schen Cytoskelett und Genom durch

MRTF/SRF

14.6 Cytokinsignalgebung.

14.6.1 JAK/STAT-Signalkaskade.14.6.2 Aktivierung von NF-i<B..

342

343

343

344

14.7 TGFß-Signalgebung: SMADs als regula¬torische Transkriptionsfaktoren 346

14.8 Wnt-Signalkaskade: ß-Catenin als

Transkriptionsfaktor 347

14.9 Sauerstoff: HIFals Sensor und Tran¬

skriptionsfaktor 349

14.10 Steroide: nucleäre Hormonrezeptorenregulieren die Genexpression 350

14.11 Signalgebung durch Abbau von

Proteinen im Proteasom 355


15 RIMA-ProzessierungAlfred Nordheim

358

15.1 Einleitung 358

15.2 Prozessierung von prä-rRNA 358

15.3 Prozessierung von prä-mRIMA 359

15.3.1 Capping am 5'-Ende 359

15.3.2 Spleißen 360

Grundlagen zum Spleißmechanismus 361

Komponenten des Spleißapparats: das

Spleißosom, ein komplexer snRNP 363

Aufbau des Spleißosoms und Ablauf des

Spleißens 364

Selbstspleißen 367

Alternatives Spleißen 371

trons-Spleißen 374

Regulation des Spleißens 375

15.3.3 Polyadenylierung am 3'-Ende 377

15.3.4 mRNA-Editing 378

15.3.5 Koordination von Transkription und

mRNA-Prozessierung 381

15.3.6 mRNA-Stabilität und Abbau 382

mRNA-Abbau durch destabilisierende Sequen¬

zen 382

Qualitätskontrolle und Eliminierung geschädig¬

ter mRNA 383

Beispiele regulierter mRNA-Stabilität 384

15.3.7 mRNA-Export aus dem Zellkern 386

15.4 Prozessierung von prä-tRNA 387


16 Translation: Proteinsynthese in Eukaryoten.Gunter Meister

390

16.1

16.2

16.2.1

16.2.2

16.2.3

16.3

17

17.1

17.2

17.2.1

17.2.2

17.2.3

17.3

Einleitung

Das eukaryotische Ribosom.

Ablauf der eukaryotischen Translation. 392

Regulation der eukaryotischen Translation.

Gunter Meister

390 16.3.1 Initiation der Translation in Eukaryoten ..392

16.3.2 Elongation, Termination und Ribosomen-

390 394

16.3.3 395

390 396

391

391

392

Einleitung 398 17.4 Translation von sezernierten oder

membranständigen Proteinen

398

403

Regulation der eukaryotischenTranslationsinitiation 398 17.4.1

Regulation auf der Ebene der mRNA- 17.4.2

Sequenz 398

Regulation von elF4E 399 17.5

Regulation von eIF2 400

IRES - Initiation ohne Cap-Struktur.... 401 17.5.1

17.5.2

17.5.3

Komponenten der Proteintranslokations-

maschinerie 403

Proteintranslokation 404

Nonsense-vermittelter mRNA-Abbau

(NMD) 405

NMD-Komponenten 405

Identifizierung eines PTCs und der Mecha¬

nismus des NMDs 405

NMD in der Hefe 406

Literatur 407

1

18 Regulatorische RNAs

Gunter Meister

409

18.1 Einleitung 409

18.2 RNA-Interferenz (RIMAi) 409

18.2.1 siRNAs (short interfering RNAs) 410

18.2.2 Mechanismen der RNA-Interferenz 410

18.3 Cenregulation durch mikroRNAs 411

18.3.1 MikroRNA-Gene 411

18.3.2 Biogenese von mikroRNAs 412

Regulation der miRNA-Biogenese 413

18.3.3 Funktion von miRNAs 413

18.3.4 Virale miRNAs 416

18.4 piRNAs 416

19 Gene in Mitochondrien und Chloropl;RolfKnippers

19.1 Einleitung 422

19.2 DNA in Mitochondrien 422

19.2.1 Mütterliche Vererbung 424

19.2.2 mtDNA des Menschen 424

19.2.3 Expression mitochondrialer Gene 426

19.2.4 Der genetische Code in Mitochondrien...

427

19.2.5 Replikation mitochondrialer DNA 427

19.2.6 Mitochondriale Krankheiten 428

19.2.7 Sequenzunterschiede mitochondrialer

Genome 429

19.2.8 Formen mitochondrialer DNA 429

19.2.9 RNA-Editing in Mitochondrien 431

C-»U-Austausch in mitochondrialer RNA 431

Teil 4 Epigenetik

20 Epigenetische Mechanismen

Jörn Walter

20.1 Einleitung 443

20.2 Molekulare Grundlagen: Modifikation

chromosomaler DNA und Proteine 443

20.3 Histonmodifikationen und epigeneti¬sche Prozesse 444

20.3.1 Histonmodifikationen als epigenetisches

Gedächtnis 446

18.5 Das CRISPR-System: eine Verteidi¬

gungslinie von Bakterien gegen

Phagen 417

18.5.1 Genomische Organisation eines

CRISPR-Locus 417

18.5.2 CRISPR-Aktivität und Phagenabwehr 417

18.6 Lange, nicht-codierende RNAs

(IncRNAs) 418

18.6.1 IncRNA-Gene 418

18.6.2 Dosiskompensation und IncRNAs 419

18.6.3 Genomische Prägung {Imprinting) und

IncRNAs 419

18.6.4 HOTAIR und IncRNAs 419

Literatur 420

en 422

Einfügen von Nucleotiden: RNA-Editing in Mito¬

chondrien von Trypanosomen 432

19.2.10 Evolution von Eukaryoten und Endosym-

biosen 433

19.3 DNA in Chloroplasten 435

19.3.1 Allgemeine Merkmale der Chloroplasten-DNA 436

19.3.2 Anordnung und Funktion der Gene auf

derctDNA 436

19.3.3 Expression von Genen auf der ctDNA 439

Literatur 440

443

20.3.2 Histonmodifikationen und Genomstruk¬

tur 446

20.3.3 Modelle der Vererbbarkeit von Histon¬

modifikationen 447

20.3.4 Epigenetische Steuerung der Entwicklung

durch PRC-Komplexe 449

20.3.5 Etablierung von ortsspezifischem Hetero-

chromatin durch histonmodifizierende

Enzyme 449

20.4 Regulatorische RNAs und epigeneti¬sche Prozesse

20.5 DNA-Methylierung.

20.5.1 Vorkommen und allgemeine Prinzipien ..

20.5.2 Oxidierte Modifikationsformen von

5-Methylcytosin20.5.3 Auswirkung der DNA-Methylierung im

Genom

20.5.4 Welche Enzyme kontrollieren die DNA-

Methylierung?

450

451

451

453

453

455

20.5.5 Einfluss der DNA-Methylierung auf die

genetische Information 456

20.5.6 Methylierung der „richtigen" DNA-

Sequenzen 457

20.5.7 RNA-abhängige DNA-Methylierung 458

20.6 Epigenomforschung: ein Ausblick 458


21

21.1

21.2

21.2.1

21.2.2

Teil5

22

22.1

22.2

22.2.1

22.2.2

22.2.3

Epigenetische Kontrolle biologischer Prozesse

Jörn Walter

460

23

23.1

23.2

23.2.1

Einleitung 460 21.3 Epigenetische Kontrolle der X-chromo-

somalen Cendosis 464

Cenomweite epigenetische Repro-

grammierung und Entwicklungs¬

prozesse in Säugetieren 460

Epigenetische Reprogrammierung imfrühen Embryo 460

Reprogrammierung in der Keimbahn 463

Cenomik

Von der Genkarte zur GenomsequenzMartin Vingron/Rolf Knippers

21.4

21.4.1

Cenomische Prägung. 467

Genomische Prägung in der medizini¬

schen Genetik 470

Literatur 471

475

Von der biologischen zur physikalischen

Funktionelle Genomik

Martin Vingron

Einleitung 494 23.2.2

Expressionsanalytik

475 22.3 Sequenzierung von Genomen 484

475 22.3.1 Schrotschuss-Sequenzierung 484

22 3.2 Hochdurchsatz-Sequenzierung 486

475

477 22.4 Annotierung sequenzierter Genome... 487

480 22.4.1 Beispiele für Genomannotierungen 487

22.4.2 Evolution von Genomen 490

22.4.3 491

492

494

494 23.2.2 499

499

494

23.3 Funktionelle Analytik 499

Transkriptomik 494

Chip-Technologie 495

Tiling-Arrays 497

Analyse der Genexpression durch RNA-Sequen-

zierung

RNA-Analytik über quantitative RT-PCR 498

Computergestützte Analyse von Genexpres¬

sionsdaten 498

23.3.1

23.3.2

498 23.3.3

Yeast two hybrid-System 499

Bestimmung der Bindungsstellen von Pro¬

teinen im Chromatin 501

Systematischer Knock-down von Genen.. 502

Literatur 504

24

24.1

24.2

24.2.1

24.2.2

24.2.3

24.3

Variabilität des Genoms

RolfKnippers

Einleitung 506

Einzelnucleotid-Polymorphismen(SNPs)

506 24.4

24.4.1

506

24.4.2

508

510

510 24.5

511

513 24.5.1

Mikrosatelliten-Polymorphismen

von Personen

Mikrosatelliten in Genen: Trinucleotid-

folgen

Retrotransposon-lnsertionspoly-morphismen (RIPs)

Teil 6 Schlüsseltechnologien

25

25.1

25.2

Bioinformatik

Martin Vingron

Einleitung 523 25.6

Sequenzvergleich 523

25.2.1 Dotplot und Alignment 523

25.2.2 Datenbank-Recherche 525 25.8

25.3 Hochdurchsatz-Sequenzierung und die

Kartierung der Teilsequenzen 525 25.9

25.4 Information in Cenfamilien 526

25.5 Regulatorische DNA-Elemente 526

Sequenzierung und Genom-Assemblie¬

rung

25.7 Cenvorhersage

Proteinstrukturvorhersage und Homo¬

logiemodellierung

Molekulare Evolution und phylogene¬tische Stammbäume

25.9.1 Literatur.

26

26.1

26.2

26.3

DNA-AnalysenRolfKnippers

Einleitung 531

Polymerasekettenreaktion (PCR)

Gentechnik oder das Klonieren von

DNA-Fragmenten 531

26.3.1 Traditionelles Klonieren und Herstellung

von Genombibliotheken 532

26.3.2 cDNA-Klonieren 535

26.3.3 PCR-Klonieren 536

26.4 DNA-Sequenzierung.

531 26.4.1

26.4.2

26.5

26.5.1

DNA-Sequenzierung nach der Ketten¬

abbruch- oder Dideoxymethode

Sequenziermethoden der nächsten

Generation

Expressionsanalytik durch RNA-Seq

Literatur

27 Funktionelle Genomanalysen

27.1 Einleitung 543

27.2 RNA-Interferenz: siRNA/shRNA-Screens 543

Gunter Meister

27.3 Knock-out-Technologie: homologeRekombination im Genom der Maus

..545

Alfred Nordheim

543

27.4 Induzierte pluripotente Stammzellen

(iPS-Zellen) 548

]örn Walter

27.5 Proteomanalyse 549

Alfred Nordheim


Glossar einiger Begriffe aus der klassischen Genetik

Sachverzeichnis

552

554

Herausgegeben von Knippers - GBVInhaltsverzeichnis Teil 1 Grundlagen 1 1.1 1.2 Lebensformen:Zellen...

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