Podcasts about genregulation

Mit der Beschreibung der kleinen RNA-Moleküle haben die Preisträger Victor Ambros und Gary Ruvkun einen Prozess der Genregulation erklärt. MicroRNAs steuern die Produktion von Proteinen und sind damit entscheidend für die Entwicklung eines Organismus. Von Anneke Meyer

Die Preisträger für den Nobelpreis 2024 in der Kategorie "Physiologie oder Medizin" sind Gary Ruvkun und Victor Ambros. Die Auszeichnung haben sie für die Entdeckung der microRNA bekommen. Diese Entdeckung war bahnbrechend für die Forschung der Genregulation und damit auch wichtig für unsere Gesundheit.**********Ihr könnt uns auch auf diesen Kanälen folgen: Tiktok und Instagram.

In dieser Episode spreche ich mit meinem Gast, Dr. Manuel Butzler über die Geheimnisse der ältesten Menschen der Welt, die besonders in den sogenannten Blue Zones (also die Bereiche der Welt, wo die meisten 100-Jährigen leben) vorzufinden sind. Was macht diese Zonen so besonders, dass dort so viele Menschen besonders lange und gesund leben können? Und was hat die Epigenetik damit zu tun? Dr. Manuel Burzler verrät es uns. → Bewirb dich jetzt für das FlowX-Programm! Manuel, ein echter Experte auf dem Gebiet der Epigenetik und er erklärt uns, wie bestimmte Phytonährstoffe unser Epigenom positiv beeinflussen können. Er zeigt auf, wie wichtig Prävention ist, wenn es darum geht, ein langes und gesundes Leben zu führen. Wir diskutieren aktuelle Forschungsergebnisse rund um Ernährung, epigenetische Tests und nehmen uns auch kontroversen Themen wie der Carnivore-Diät an. Besonders spannend: Manuel teilt seine überraschenden Einblicke in die Welt der NAD-Infusionen und verrät, wie du durch gezielte Lebensstiländerungen dein biologisches Alter beeinflussen kannst. Diese Episode ist ein Muss für dich, wenn du dich für die Verbindung zwischen Ernährung, Genregulation und Langlebigkeit interessierst. Sie richtet sich besonders an Biohacker und alle, die ihre Gesundheit selbst in die Hand nehmen wollen. Mach dich bereit für eine geballte Ladung Wissen und Inspiration! Viel Spaß beim Zuhören!Go for Flow. ► Takeaways Blue Zones sind Regionen auf der Welt, in denen Menschen besonders gesund und lange leben – und ihre Geheimnisse können auch dein Leben verlängern. Phytonährstoffe können das Epigenom positiv beeinflussen und so zu einem gesünderen Altern beitragen. Prävention und gezielte Lebensstilveränderungen sind entscheidend, um das biologische Alter positiv zu beeinflussen. Eine ausgewogene Ernährung, insbesondere der Konsum von Ballaststoffen, ist wichtig für ein gesundes Mikrobiom und die allgemeine Gesundheit. Epigenetische Tests können wertvolle Einblicke in das biologische Alter geben und helfen, individuelle Gesundheitsstrategien zu entwickeln. ►  Wer ist Dr. Manuel Butzler? Dr. Manuel Butzler ist ein führender Experte im Bereich der Epigenetik und ein passionierter Verfechter eines ganzheitlichen Ansatzes zur Gesundheitsförderung. Mit einer beeindruckenden Karriere als Wissenschaftler und Dozent hat er sich auf die Erforschung der epigenetischen Einflüsse auf das menschliche Leben spezialisiert. Durch seine Arbeit an Healversity und die Ausbildung von Epigenetikern trägt er maßgeblich dazu bei, neueste wissenschaftliche Erkenntnisse in die Praxis zu bringen. Manuel setzt sich leidenschaftlich dafür ein, Menschen dabei zu helfen, durch bewusste Lebensstiländerungen und gezielte Ernährung ihre Gesundheit nachhaltig zu verbessern. Mehr über Manuel und Healversity erfährst du HIER. ►  Kapitel 00:00 Einleitung 04:30 Die Erkenntnisse aus den Blue Zones16:22 Die epigenetische Wirkung von Phytonährstoffen20:42 Ein wichtiger Phytonährstoff für Stressregulation und Resilienz22:29 Die Ernährung in den Blue Zones23:54 Carnivore-Diät = (un)gesund?29:10 Epigenetische Tests und das biologische Alter36:20 Praktische Tipps aus den Blue Zones für ein gesundes Leben43:59 Das biologische Alter: Mehr als nur Methylgruppen44:56 Langfristige Effekte bei der Einnahme von NAD47:17 Synergistische Wirkung natürlicher Substanzen54:18 Die Bedeutung von ganzheitlicher Gesundheit56:09 Die Entwicklung von Healversity als Unternehmen01:02:19 Das Vertrauen auf das eigene Bauchgefühl ► Weiterführende Links: • Dr. Manuel Burzler Instagram• Dr. Manuel Burzler Website• Fühlst du dich auch im Hamsterrad gefangen oder möchtest du dich und dein Unternehmen auf das nächste Level heben? → Bewirb dich jetzt für das FlowX-Programm!• YouTube Kanal abonnieren• Flowgrade Website• Flowgrade Instagram• FlowTribe Community• Mail info@flowgrade.de

Durch ihre Ausbildung in Medizin und ihre Laufbahn im Gesundheitswesen hat sich Dr. med. Irmi Huber intensiv mit Langlebigkeitsforschung befasst. Als Ärztin, Unternehmerin und Expertin für Longevity verfügt sie über profunde Kenntnisse zu einem langen gesunden Leben. Ihre Leidenschaft für Präventivmedizin hat Irmi zur Spezialistin für einen ganzheitlichen Ansatz gemacht. In ihrer Firma Neotes testet sie das biologische Alter und berät Kunden zu einem individuellen Longevity-Plan.  Als überzeugte Befürworterin eines aktiven Lebensstils teilt Irmi ihr umfassendes Wissen zu Ernährung, Bewegung und mentaler Gesundheit für ein langes Leben. In der aktuellen Epigenetik TV-Folge erklärt sie anschaulich, wie man mithilfe von Methylierungstests das biologische Alter bestimmen kann. Sie geht auf die komplexen Zusammenhänge der Epigenetik ein und zeigt auf, wie sich der Lebensstil auf die Genregulation auswirkt. Bei Einflussfaktoren wie Schlaf, Stress und soziale Kontakte betont sie die Wichtigkeit des Gleichgewichts. Am Ende gibt Irmi die Empfehlung, neben Genetik auch Epigenetik zu berücksichtigen, um personalisierte Longevity-Strategien zu entwickeln.  Mit ihrer Expertise trägt Irmi dazu bei, ein Bewusstsein für die individuellen biochemischen Vorgänge zu schaffen, die unsere Gesundheit und Langlebigkeit beeinflussen. Prävention und Therapie erfordern einen integrativen Blick, statt sich auf einzelne Marker zu versteifen.

Kennst du den Spruch: "Da kann man nix machen – Das ist Veranlagung!". Ich glaube, viele Hautmenschen kennen das. Und ich sage dir: "Deine Gene sind kein Grund dafür, sich mit einer Erkrankung abzufinden!". Denn du kannst die Aktivität deiner Gene beeinflussen. Du kannst mehr als die Summer deiner Gene. Das Zauberwort ist Epigenetik. Epigenetik beschreibt das Zusammenwirken von Genen und Umwelteinflüssen. Unter gewissen Umständen werden also bestimmte Gene in den Körperzellen an- oder abgeschaltet. Das nennt man Genregulation. Gene steuern also nicht nur, sie werden auch gesteuert. Gleichzeitig gibt es eine epigenetische Programmierung, die sogar vererbt werden kann. Ich verrate dir, welche Einflussfaktoren es gibt und wie du deine Gene positiv beeinflussen kannst. In dieser Folge spreche ich unter anderem darüber: – Definition von Epigenetik – Erkenntnisse aus der Epigenetik (und Beispiele) – Wie Traumata Epigenetik beeinflussen – Wie du deine Gene epigenetisch beeinflussen kannst Empfehlungen: Blogartikel & Podcastfolge: Schuppenflechte behandeln – Ganzheitlich und natürlich https://www.zauberhaut.coach/blog/schuppenflechte-behandeln/ Trauma und Stress: Blogartikel & Podcastfolge: Traumavererbung https://www.zauberhaut.coach/blog/trauma-vererbung/ Blogartikel & Podcastfolge: Hautausschlag durch Stress – Der größte Stressfaktor für deine Haut https://www.zauberhaut.coach/blog/groesster-stressfaktor-fuer-haut/ Blogartikel & Podcastfolge: Stress & Stressfaktoren – 8 Tipps zur Stressbewältigung https://www.zauberhaut.coach/blog/stress-stressfaktoren-stressbewaeltigung/ Blogartikel & Podcastfolge: Zaubersprüche und die Macht des Unterbewusstseins https://www.zauberhaut.coach/blog/zaubersprueche-macht-des-unterbewusstseins/ https://www.zauberhaut.coach/shop/wunderweg/ Ernährung: Blogartikel & Podcastfolge: Ernährung bei Neurodermitis & Akne – Meine 6 Tipps https://www.zauberhaut.coach/blog/neurodermitis-akne-ernaehrung/ Blogartikel & Podcastfolge: Basisch leben – Mehr als nur basische Ernährung https://www.zauberhaut.coach/blog/basisch-leben-basische-ernaehrung/ Blogartikel & Podcastfolge: Was du bei Hautproblemen für deinen Darm tun kannst https://www.zauberhaut.coach/blog/hautprobleme-ursachen-darm/ Krankheit: Blogartikel & Podcastfolge: Immunsystem stärken – 7 Tipps für Geist und Seele https://www.zauberhaut.coach/blog/immunsystem-staerken/ Blogartikel & Podcastfolge: Selbstheilungskräfte aktivieren und steigern https://www.zauberhaut.coach/blog/selbstheilungskraefte-aktivieren/ Medikamente: Blogartikel & Podcastfolge: Lebe intuitiv – Wie du deine Weiblichkeit lieben lernst https://www.zauberhaut.coach/blog/weiblichkeit-leben/ Blogartikel & Podcastfolge: Pille, Hormone und Haut – Finde deine Balance https://www.zauberhaut.coach/blog/pille-hormone-haut/ Blogartikel & Podcastfolge: Pille absetzen oder abgesetzt – Das kannst bei Nebenwirkungen tun https://www.zauberhaut.coach/blog/pille-absetzen-nebenwirkungen-tipps/ Toxine, Klimawandel, Feinstaub und Pestizide: Blogartikel & Podcastfolge: Wasser energetisieren https://www.zauberhaut.coach/blog/wasser-energetisieren/ Wasserfilter mit Rabatt ZAUBERHAUT: https://www.zauberhaut.coach/links/local-water-filter-startup-base/ Altern: Podcastfolge: Archetypen der Seele® https://spoti.fi/3QVEVEO Podcastfolge: Dein Seelenplan – Ein Interview mit Robert Löchelt https://spoti.fi/3N1RCNd Und sowieso: Das Zauberhaut Buch: Der Ratgeber für Menschen mit Neurodermitis, Schuppenflechte, Akne und unreiner Haut. Gebündeltes Zauberhaut Wissen sowie persönliche Einblicke helfen dir, die Botschaften deiner Haut zu verstehen: https://www.zauberhaut.coach/buch/ Tägliche Inspiration für Körper, Geist und Seele gibt es auf Instagram: http://instagram.zauberhaut.coach Aktiviere deine Selbstheilungskräfte, indem du deine 7 Energiezentren reinigst und aktivierst: http://www.chakren-meditationskurs.de Komm mit auf eine 4-wöchige Online Transformationsreise mit Gleichgesinnten

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Wie regulieren Bakterien ihren Stoffwechsel- speziell: die Proteinbiosynthese von z.B. Enzymen? In dieser Folge lernst du dies am Beispiel von E. coli. Das ist ein Prokaryot, der je nach An-/Abwesenheit der Laktose (Substrat) die Produktion von Laktose-abbauendem Enzym induziert (Induktion) oder eben nicht. Viel Spaß! Link zum Skript (Staffel 3): https://lnk.bio/NS3w

Hallo, wie schön, dass wir gemeinsam in die Genetik einsteigen können. Heute werden wir uns die Genregulation bei Eukaryoten anschauen. Dazu werden wir zunächst wichtige Begriffe klären. Anschließend erkläre ich Dir die Transkription und darauf folgend die Translation. Da dieses Thema ziemlich komplex ist, werde ich es öfter wiederholen, damit du es wirklich nachvollziehen kannst! :) Übrigens haben wir jetzt auch eine eigene Website, schaue doch gerne mal auf: https://www.9thwear.com vorbei. :) Dein Name als Unterstützer am Anfang jeder Podcast-Folge? Ich werde Dich am Anfang der nächsten Podcast-Folge namentlich aufführen. Wenn Dir der Podcast zu einem besseren Gefühl oder einer besseren Note verholfen hat, dann freue ich mich über Deine Unterstützung, damit können wir sicherstellen, dass wir weiterhin für Dich tolle Lerninhalte präsentieren können. Mit Paypal kannst Du uns mit folgendem Link unterstützen: https://www.paypal.me/abiturcrashkurs Auch mit einer Bewertung bei Apple Podcasts oder einer lieben Nachricht von Dir kannst Du uns gern unterstützen ❤ Audiovisuelle Direktion & Produktion: Christian Horn

Genregulation gibt der Zelle die Kontrolle über Struktur und Funktion, und ist die Basis für zelluläre Differenzierung, Morphogenese und die Vielseitigkeit und Anpassungsfähigkeit von jedem Organismus. Um zu begreifen, wie eine Zelle ihre Funktion organisiert und wie sich ganz individuelle Organismen ausbilden, obwohl die gleichen genetischen Informationen vorhanden sind, muss man die Regulation der Genexpression im Detail verstehen. Diese Regulation wirkt an verschiedenen Stellen der Genexpression und besteht aus einer Vielzahl von komplexen Prozessen, die untereinander verbunden sind. Somit ist das Verständnis der zugrundeliegenden molekularen Mechanismen und ihres Zusammenspiels für Biologie und Biophysik von großer Bedeutung. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung von Wechselwirkungen und Wechselwirkungskräften zwischen Biomolekülen, die an der Genregulation und der Epigenetik, auf der Ebene der Transkription beteiligt sind. Insbesondere konnten Protein-DNA-Wechselwirkungen und der Einfluss epigenetischer DNA-Modifikationen quantifiziert werden. Für die Messungen wurde ein molekularer Kraftsensor und als dessen Erweiterung ein molekularer Analog-Digital-Wandler entwickelt. Diese molekularen Sensoren ermöglichen die direkte Messung der Wechsel- wirkungskräfte zwischen DNA und Liganden. Mit dem molekularen Kraftsensor können außerdem hochparallel Messungen durchgeführt werden, wobei durch den symmetrischen, molekularen Aufbau zudem eine sehr hohe Sensitivität erreicht wird. Die Verwendung dieser Methode ermöglichte es, den Einfluss der epigenetisch modifizierten Basen Methylcytosin und Hydroxymethylcytosin („5. und 6. Base der DNA“) auf die mechanische Stabilität der DNA- Doppelhelix zu untersuchen. Es wird gezeigt, dass mit dem aus DNA-Oligomeren aufgebauten molekularen Kraftsensor Protein-DNA-Wechselwirkungen detektiert und deren Dissoziationskonstanten bestimmt werden können. Unter anderem wird die Wechselwirkung der Endonuklease EcoRI mit ihrer DNA- Erkennungssequenz quantifiziert. Hierfür wurden molekulare Kraftsensoren in Zipper- und Scher-Geometrie entworfen. Bei dem neu entwickelten Aufbau des Kraftsensors mit integriertem Förster-Resonanzenergietransfer-Farbstoffpaar genügt schon eine Fläche von 25 !m2, um die Stärke von Ligand-DNA-Wechselwirkungen bestimmen zu können. Diese Fläche liegt deutlich unterhalb der Messfleckgröße aktueller DNA-Mikroarrays. Damit erfüllt der molekulare Kraftsensor bezüglich der Messfleckdichte die Voraussetzung für moderne Hochdurchsatz- Methoden. In einem zweiten Schritt wird der molekulare Kraftsensor zu einem „molekularen Analog- Digital-Wandler“ erweitert. In Analogie zum elektronischen Flash-Analog-Digital-Wandler, bei dem mehrere Komparatoren mit unterschiedlichen Referenzschaltungen parallel geschaltet sind, werden beim molekularen Analog-Digital-Wandler parallel räumlich getrennte, molekulare Kraftsensoren mit unterschiedlich stabilen Referenz-Wechselwirkungen zur Bestimmung einer unbekannten molekularen Wechselwirkung verwendet. Durch eine Kompensationsmessung wird dann die Kraft von Ligand-DNA-Wechselwirkungen bestimmt. Es werden die Wechsel- wirkungen eines Pyrrol-Imidazol Hairpin-Polyamides, der Endonuklease EcoRI und des Transkriptionsfaktors p53 zur jeweiligen DNA-Erkennungssequenz vermessen. Eine hoch- parallele Version mit Messfleckgrößen mit einem Durchmesser von minimal 15 !m konnte realisiert werden. Abgeleitet vom Bell-Evans-Modell wurde ein analytisches Modell zur Beschreibung des molekularen Analog-Digital-Wandlers entwickelt. Neben den Protein-DNA-Wechselwirkungen werden die epigenetisch modifizierten DNA- Basen Methylcytosin (mC) und Hydroxymethylcytosin (hmC) untersucht. Es wird der Nachweis erbracht, dass sich die mechanische Stabilität der DNA-Doppelhelix bei Separation in zwei Einzelstränge in beiden Fällen signifikant um mehrere Pikonewton ändert. Die Stärke des Effekts ist abhängig von der DNA-Sequenz und der Richtung der angelegten Kraft. Durch Einzelmolekül-Kraftspektroskopie wird eine Reduzierung der Potentialweite durch mC aufgezeigt. Außerdem konnte mit Hilfe von Molekulardynamik-Simulationen der Effekt für mC und teilweise auch für hmC auf molekularer Ebene aufgeklärt werden. Es wird ein Modell entwickelt, das erklärt, wie dieser Effekt einen Einfluss auf die Genregulation ausüben kann.

Trotz intensiver Forschung sind viele Details der Oogenese und Follikuologenese des Rindes erst wenig verstanden. So ist nicht klar, wie es zur gezielten Aktivierung einer bestimmten Zahl von Primordialfollikel pro Zyklus kommt. Sicher ist aber, dass die Aktivierung der Primordialfollikel auf parakrine und autokrine Weise über ein komplexes System von lokal exprimierten stimulierenden und hemmenden Faktoren erfolgt. Intermedärfilamente sind einer der drei Hauptbestandteile des Zytoskeletts und somit zunächst für die mechanischen Eigenschaften von Zellen verantwortlich. Wie in den letzten Jahren aber gezeigt wurde, spielen Intermedärfilament-Proteine bzw. Intermedärfilamente auch eine wichtige Rolle bei Signaltransduktionswegen und bei der Genregulation. Ein sehr interessantes Ergebnis meiner Arbeit ist die Coexpression von Vimentin und Cytokeratin 18 in Granulosazellen von Primär-, Sekundärund Tertiärfollikeln, wohingegen Cytokeratin 8 in diesen Zellen nicht nachgewiesen werden konnte. Vimentin zeigte in antralen Follikeln drei verschiedene Expressionsmuster, die wahrscheinlich mit der Atresie von Follikeln in Zusammenhang stehen. In der Eizelle des Rindes konnten keine Intermediärfilamente nachgewiesen werden, was möglicherweise auf die in dieser Arbeit verwendeten Antikörper zurückzuführen ist. Das Keimdrüsenepithel zeigte für alle Cytokeratine eine positive Reaktion, wohingegen dies für Vimentin und Desmin nicht der Fall war. Im Rete ovarii konnten nur Cytokeratin 18 und 19 nachgewiesen werden.

Ulrike Gaul ist eine international führende Entwicklungsbiologin, deren Arbeiten an der Fruchtfliege Drosophila maßgeblich zum Verständnis der Genregulation in Entwicklungsprozessen und zur Rolle von Gliazellen im Nervensystem beigetragen haben. Ihr Labor hat zahlreiche neue Gene entdeckt, die die Etablierung der Blut-Hirn-Schranke und die wirksame Beseitigung absterbender Neurone durch Glia steuern. In den letzten Jahren hat Gaul sich zunehmend der Frage zugewandt, wie die komplexen genetischen Netzwerke, die der embryonalen Musterbildung zugrunde liegen, entschlüsselt und quantitativ beschrieben werden können. Ihre Arbeiten zur Regulation der Gentranskription und -translation in der frühen Entwicklung, oft in Zusammenarbeit mit Physikern und Bioinformatikern, sind richtungsweisend für die Verknüpfung von organismischer Biologie und systembiologisch-quantitativer Analyse. Gaul wird das mit der Humboldt-Professur verbundene Preisgeld dazu nutzen, am Genzentrum der LMU einen neuen Forschungsschwerpunkt in Molekularer Systembiologie aufzubauen, der die vorhandenen Stärken des Genzentrums in eine vielversprechende neue Richtung erweitert. Die frisch gekürte Preisträgerin ist hocherfreut über die Auszeichnung: "In Verbindung mit dem sehr attraktiven Angebot der LMU wird mir die Humboldt-Professur Arbeitsbedingungen ermöglichen, wie sie auch in den USA nur selten anzutreffen sind."Aber es ist nicht nur die finanzielle Ausstattung, die sie zum Wechsel nach Deutschland bewegt: "Die LMU und der Standort München bieten ein hervorragendes Umfeld für meine Arbeit", so Gaul. "Sehr gefallen haben mir auch der zupackende und kollegiale Geist, der mir in München überall begegnet ist, der weltoffene, lebensfrohe Charakter der Stadt und die allgemeine Aufbruchsstimmung, die man in der deutschen Wissenschaft spürt."

Die in dieser Dissertation präsentierten Ergebnisse tragen aus dem Blickwinkel der Evolutionsbiologie zu unserem Verständnis der Regulation von Genexpression bei. Ich verwende einen bestens bekannten Modellorganismus, die Fruchtfliege Drosophila melanogaster, nicht nur als Objekt der Beobachtung, sondern auch als ein genetisches Manipulationswerkzeug, und untersuche drei verschiedene Aspekte des Prozesses, durch den die in der DNA gespeicherte Information förmlich „entfesselt“ oder umgesetzt wird zu biologischem Sinn, letztlich also zu Form und Funktion. In Kapitel 1 zeige ich zunächst, dass eine Inaktivierung des X-Chromosomes (und somit Genregulation auf chromosomaler Ebene) in der männlichen Keimbahn von D. melanogaster stattfindet. Im Gegensatz zur X-Inaktivierung in weiblichen Säugetieren, wo dies in den somatischen Zellen als Mechanismus zur Dosiskompensation auftritt, ist diese Art der Inaktivierung auf die Spermatogenese beschränkt und wurde wahrscheinlich während der Genomevolution als eine Möglichkeit etabliert, schädliche Auswirkungen in Zusammenhang mit Sexualantagonismus zu umgehen. Durch P-Element-vermittelte Keimbahntransformation erhielt ich fast 50 unabhängige Insertionen eines testisspezifischen Reportergenkonstrukts und untersuchte die dazugehörigen Reportergenaktivitäten durch Messung der Enzymaktivität und durch quantitative RT-PCR. Autosomale Insertionen dieses Konstrukts zeigten das erwartete Muster hoher männchen- und testisspezifischer Expression. Insertionen auf dem X-Chromosom zeigten dagegen wenig bzw. gar keine Expression des Transgens. Da die X-chromosomalen Insertionen die euchromatischen Abschnitte des Chromosoms abdeckten (bestimmt durch inverse PCR), konnte eine systematische Bevorzugung bestimmter Regionen bei Insertionen, die ein Fehlen von Expression auf dem X-Chromosom hätte erklären können, ausgeschlossen werden. Der Effekt scheint eine globale Eigenschaft des X-Chromosomes zu sein. Lediglich die Testisspezifität des transgenen Konstrukts ist für das Erscheinen des Effekts erforderlich, was somit eine Selektionshypothese für die X-Inaktivierung erhärtet sowie einige Beobachtungen erklären könnte, die im Zusammenhang mit der Verteilung von im Männchen und Testis exprimierten Genen im Drosophila-Genom gemacht wurden. In Kapitel 2 untersuche ich dann mutmaßliche cis-regulatorische Sequenzen und ihr Vermögen, allelspezifische Genexpression zu steuern. Nachdem Microarray-Studien umfangreiche Variabilität im Primärmerkmal Genexpression in unterschiedlichsten Taxa aufgedeckt haben, ist eine naheliegende Frage, mit der sich Evolutionsbiologen konfrontiert sehen, die nach der dieser Variabilität zugrunde liegenden genetischen Quelle. Neben epigenetischen Mechanismen gibt es einen Disput darüber, ob regulatorische Sequenzen nahe des exprimierten Gens (cis-Faktoren) und anderswo im Genom kodierte Faktoren (trans-Faktoren) einen qualitativ und quantitativ unterschiedlichen Beitrag zur Variabilität der Genexpression liefern. Hierzu wählte ich ein Gen von D. melanogaster, das nachweislich konsistente Expressionsunterschiede zwischen afrikanischen und nicht-afrikanischen („kosmopolitischen“) Stämmen zeigt, und klonierte die entsprechenden stromaufwärts flankierend gelegenen Teile jeweils in ein bakterielles Reportergenkonstrukt, um – nach erfolgreicher Integration ins Fruchtfliegengenom – direkt die von ihnen gesteuerte Auswirkung auf die Genexpression zu vergleichen. Der beobachtete Effekt war klein, jedoch signifikant, und zeigte sich nur in transgenen Fliegen, die ein X-Chromosom des afrikanischen Ausgangsstammes besaßen. Dies legt den Schluss nahe, dass zusätzlich zu den cis-regulatorischen Faktoren auch noch trans-Faktoren (vor allem auf dem X-Chromosom) zu dem zwischen den Stämmen beobachteten Expressionsunterschied beitragen. Letztendlich untersuche ich in Kapitel 3 das Phänomen des Codon bias durch seinen Zusammenhang mit Genexpression. Aufgrund der Redundanz des genetischen Codes werden viele der proteinogenen Aminosäuren durch mehr als ein Codon kodiert. Dies ermöglicht es, synonyme Codons in einer kodierenden Gensequenz auszutauschen, ohne dabei die Aminosäurensequenz des kodierten Polypeptids zu verändern. Ob dies Konsequenzen für die produzierte Proteinmenge hat (Translationseffizienz) ist Gegenstand dieses Kapitels. Ich verglich dabei die von zwei Allelen des Gens Alkoholdehydogenase (Adh) (von D. melanogaster) vermittelte Enzymaktivität direkt miteinander, welche sich in sieben Leucin-Codons unterschieden. Es ergab sich nahezu kein Unterschied in der ADH-Enzymaktivität, obwohl eines der Allele aus gänzlich optimalen Leucin-Codons bestand und das andere sieben suboptimale Leucin-Codons enthielt. Da Letzteres die Wildtypform von Adh war, legen die Ergebnisse den Schluss nahe, dass das Adh-Gen in seiner Leucin-Codonzusammensetzung (und vielleicht auch in seiner Codonzusammensetzung allgemein) bereits ausreichend optimiert ist. Weitere Versuche, die Zahl der optimalen Leucin-Codons zu erhöhen, können sogar einen Negativeffekt hinsichtlich der Enzymproduktion haben; dies möglicherweise aufgrund einer Sättigung des tRNA-Pools und/oder der Konsequenzen veränderter mRNA-Sekundärstrukturen.

Hallo und herzlich Willkommen zur 13ten Folge unseres AbiTour Podcasts. Heute beschäftigen wir uns mit dem Thema Genregulation. Wir werden uns die Genregulation bei Prokyroten anschauen und beide Modelle (lac-Operon und trp-Operon) intensiv besprechen.Diese Folge wurde ebenfalls von Rosanna und Mathias geschrieben, also Vielen Dank nochmals an dieser Stelle! Viele Grüße Olli & Sven.

Für die stabile, regulierte Expression eines therapeutischen Gens in Zielzellen stellen künstliche menschliche Chromosomen (HACs) derzeit das einzige Konzept dar, das hohe Sicherheit und technische Realisierbarkeit bietet. Künstliche Chromosomen (HACs) mit dem CFTR-Gen sollen sich durch den Transfer definierter HAC-Konstrukte effizient formieren, ohne dabei die Zielzellen zu stören. Im Augenblick werden künstliche Chromosomen zur Klärung vieler grundlegender Fragen auf dem Gebiet der Chromosomenstruktur und -funktion sowie der Genregulation konstruiert. In der vorliegenden Arbeit sollte die zugrundeliegende de novo HAC-Technologie der Arbeitsgruppe, die sich auf die Konstruktion und den intakten Transfer von PACs mit den funktionellen Komponenten menschlicher Chromosomen (zentromerische, telomerische und genomische Sequenzen mit oris und Gene) konzentriert, weiterentwickelt werden. Die Verwendung von PACs als Kloniervektoren erlaubt die stabile Klonierung langer, genomischer DNA, die biochemische Verknüpfung über lox/Cre vermittelte Rekombination, sowie die Darstellung grosser Mengen intakter, supercoiled PAC DNA durch Anwendung einer in der Arbeitsgruppe entwickelten Technik (Reinigung der supercoiled DNA Fraktion in Agaroseplugs von gebrochener und genickter DNA im elektrischen Feld). Eine Verbesserung der Vektoren ist nötig, da die Effizienz der HAC Formierung bisheriger Vektoren für eine klinische Anwendung nicht ausreicht. Dafür wurden zunächst Marker benötigt, die Anzeigen können wieviele Zellen mit wievielen Vektormolekülen transfiziert wurden und wieviele der physikalisch erfolgreich transfizierten Zellen stabile HACs bilden (genetische Funktion). Im Rahmen dieser Arbeit wurden Expressionsmarker entwickelt, die eine Formierung stabiler HAC-Linien durch grüne Fluoreszenz anzeigen können. So wurde ein tetratelomerischer PAC-Vektor „pTT“ konstruiert, der stabil eine EGFP-Kassette exprimiert, ein funktionelles Zentromer trägt (TTE1), und für die Klonierung weiterer genomischer Komponenten eine weiss/blau selektionierbare Sal I Stelle enthält. Ausserdem wurde ein CFTR-Gen-basierender „genomischer“ Marker (159 kb) vorgestellt, der den intakten Transfer langer, genomischer DNA und die Expression vom CFTR Promoter anzeigen kann. Besonders hervorzuhebende Ergebnisse aus der Arbeit sind: 1) Kopiezahlabhängigkeit bei der transienten Expression. Einzelne Markergen-Kopien genügen nicht, um Anwesenheit der transfizierten DNA mittels transienter Expression nachzuweisen. 2) Sichtbar transient exprimierende HAC Konstrukte (große Zahl) führen nicht zu stabilen Linien, was nahelegt, dass ein „low copy“ HAC Transfer benötigt wird. Für eine Optimierung und besseres „low copy“ HAC-Monitoring wurden multimere Marker (EGFP Array) und DNA-tags (Gal4-BD, Lac-Operator) entwickelt und stehen nun für einen Einsatz bereit. 3) Für den „low copy“ Transfer wurden neben Lipofektionsassays und der Mikroinjektion insbesondere eine neue Methode, die Baktofektion, eingesetzt, bei der die DNA nicht aus Bakterien isoliert werden muss: Modifizierte Transferbakterien dringen in die Zelle ein und geben die DNA-Konstrukte nach Autolyse frei („suicidal transfer“). Dabei wurde ein funktioneller Transfer genomischer DNA nachgewiesen. Es konnte zum einen gezeigt werden, dass Zentromer tragende Konstrukte effizient de novo HACs bildeten, und zum anderen, dass das lange genomische CFTR Expressionskonstrukt CGT21 stabil vom CFTR Promoter exprimiert wird. Damit steht nun die Baktofektion als effizienteste Methode zur HAC Optimierung zur Verfügung. 4) Durch Auszählung der stabilen Klone, Isolierung von Stichproben klonaler Linien und einem HAC-Formierungsassay mittels FISH Analyse, wurden folgende grundlegende Beobachtungen gemacht: Die Rate der Formierung stabiler Klone mit HAC Konstrukten hängt nicht von a) der Zahl der im einzelnen Konstrukt vorhandenen, oder cotransfizierten Zahl der BS Marker, b) nicht von der Orientierung der alpha-sat DNA relativ zum BS-Gen oder dem entgegengesetzt gerichteten EGFP-Gen, und c) nicht absolut von der Verwendung unterschiedlicher alpha-sat Sequenzen der zwei homogenen Array Typen auf Chr.5 ab, wobei der Vektor pTT mit dem Zentromer E1 die besten Ergebnisse der HAC Bildung erzielte und die höchsten Klonzahlen in Cotransfektionen mit einem telomerisierten Genkonstrukt erhalten wurden, nicht aber in Cotransfektionen mit dem Telomervektor ohne einklonierte genomische DNA. Diese Erkenntnisse haben direkte Relevanz für die Weiterentwicklung CFTR exprimierender HAC Vektoren. Mit den Konstrukten pTTE1 und CGT21, und den zukünftig erweiterten Konstrukten mit multimeren Markern bzw. Tags und einem kompletten CFTR Gen, kann nun auch der physikalische Transfer der HAC Konstrukte in Zielzellen, sowie deren Funktion effizient untersucht werden. Damit konnten wichtige Voraussetzungen für die Weiterentwicklung einer stabilen CFTR Gentherapie geschaffen werden.

Mon, 25 Oct 2004 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/2744/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/2744/1/Pflueger_Katharina.pdf Pflüger, Katharina ddc:570, ddc:500

Nach der Aufklärung der Basenabfolge des Genoms von Saccharomyces cerevisiae ist die Funktion der 30.000-40.000 Gene und insbesondere das Zusammenspiel der Regulation der einzelnen Gene ein zentrales Thema der Molekularbiologie. Die DNA eukaryonter Zellen liegt durch Bindungen an Histon-Proteine im Zellkern als Chromatin vor. Die Chromatinstruktur dient nicht nur der Komprimierung der DNA auf engstem Raume, sondern hat auch starke Auswirkungen auf die Funktion der DNA. So müssen Gene bei ihrer Aktivierung durch Veränderung ihrer Chromatinstruktur, die bis zur Ablösung der Histone führen kann, den für die Transkription benötigten Enzymen und Faktoren erst zugänglich gemacht werden. Das PHO5-Gen der Hefe Saccharomyces cerevisiae stellt ein sehr gut untersuchtes Modell dar, bei dem Veränderungen der Chromatinstruktur genau untersucht und mit dem funktionellen Zustand des Gens korreliert worden sind. PHO5 kodiert für eine saure Phosphatase, die bei Verbrauch der Phosphatreserven der Zelle in den periplasmatischen Raum sezerniert wird, um aus dort eventuell vorhandenen organischen Phosphatverbindungen Phosphat zu gewinnen. Ist im Medium genügend Phosphat vorhanden, ist PHO5 reprimiert. In diesem Zustand ist die Chromatinstruktur des PHO5-Promotors durch vier dicht aufeinander folgende Nukleosomen gekennzeichnet, wodurch der Promotor Enzymen und regulatorischen Proteinen allgemein schlecht zugänglich ist. Nur zwischen dem zweiten und dem dritten Nukleosom ist die dichte Anordnung der Nukleosomen durch einen etwa 70 bp langen gut zugänglichen Bereich unterbrochen. In dieser sogenannten hypersensitiven Region bindet bei Phosphatmangel der aktivierende Transkriptionsfaktor Pho4 gemeinsam mit dem Faktor Pho2 an ein UAS-Element und induziert die PHO5-Expression. Dabei lösen sich die vier Nukleosomen vom DNA-Strang ab. Sin4 ist ein Transkriptionsfaktor der Hefe Saccharomyces cerevisiae, der auf mehrere Promotoren zumeist reprimierenden Einfluss ausübt. Ausgangspunkt der hier vorliegenden Arbeit war der Befund, dass in Abwesenheit von Sin4 die Gegenwart der prokaryontischen lacZ Sequenz stromaufwärts des PHO5-Promotors zu einer Derepression des PHO5-Gens führt, und zwar in Gegenwart von Phosphat, also unter eigentlich reprimierenden Bedingungen. Dieser Effekt wurde ursprünglich bei der Verwendung der kodierenden Sequenz von lacZ als dem PHO5-Promotor nachgeschalteten Reporter-Gen in sin4-Hefezellen entdeckt. Eine Frage der hier vorliegenden Arbeit galt der Ursache der Derepression von PHO5 durch die lacZ kodierenden DNA-Sequenz. Dazu interessierte uns, ob die Derepression ein spezielles Phänomen der lacZ-Sequenz ist oder ob es sich hierbei eher um eine allgemeine Eigenschaft von DNA-Fragmenten handelt. Außerdem interessierte uns, ob die Herkunft der DNA aus prokaryonten oder eukaryonten Zellen eine Rolle spielen könnte. Dazu wurde jeweils eine große Anzahl zufällig ausgewählter DNA-Fragmente einer Länge zwischen 900bp und 1200bp aus den Genomen der Hefe Saccharomyces cerevisiae und der Bakterien Escherichia coli und Micrococcus lysodeikticus an entsprechender Stelle vor den PHO5-Promotor integriert. Die so konstruierten Plasmide wurden in einen Hefestamm transformiert, in dem das SIN4-Gen zerstört worden war. Insgesamt wurden 400 Klone mit integrierten Hefe-DNA-Fragmenten, 300 Klone mit integrierten M. lysodeikticus-DNA-Fragmenten und 14 Klone mit integrierten E. coli-DNA-Fragmenten untersucht. Die Bestimmung der Phosphatase-Aktivitäten der einzelnen Klone ergab für fast alle Plasmide mit integrierten E. coli- und M. lysodeikticus-DNA-Fragmenten eine erhöhte Aktivität trotz phosphatreichen Mediums. Im Gegensatz dazu zeigten die wenigsten Plasmide mit integrierten Hefe-DNA-Fragmenten eine Erhöhung der PHO5-Expression unter denselben Bedingungen. Von den insgesamt 400 getesteten Plasmiden wiesen nur neun eine gesteigerte PHO5-Expression auf. In allen Fällen, also für alle E. coli-, M. lysodeikticus- und Hefe-DNA-Fragmente, wurde nur in Abwesenheit von Sin4 eine erhöhte Phosphatase-Aktivität gemessen. Bei seiner Anwesenheit wurden in phosphatreichem Medium nie gesteigerte Aktivitäten beobachtet. Diese Ergebnisse zeigen deutlich, dass die hier beobachtete Derepression typischerweise eine Eigenschaft prokaryonter DNA ist. Nur ein Bruchteil der eukaryonten DNA-Fragmente aus dem Hefe-Genom führt zu einer Derepression der Promotoraktivität, während dies nahezu alle prokaryonten DNA-Fragmente aus Escherichia coli- bzw. Micrococcus lysodeikticus tun. Um die neun Hefe-DNA-Fragmente, die zu einer Aktivierung des PHO5-Promotors führten, auf eventuelle Besonderheiten zu untersuchen, wurden ihre DNA-Sequenzen bestimmt und analysiert. Außerdem wurden noch zwei E. coli-DNA-Fragmente sequenziert, die zu keiner gesteigerten PHO5-Expression geführt haben. Diese sehr eindeutigen Ergebnisse werfen Fragen nach dem zugrunde liegenden Mechanismus auf. Eventuelle DNA-Methylierungen oder kryptische Promotoren schieden als Erklärung des Phänomens aus. Unterschiede des G-C-Gehalts der einzelnen DNA-Fragmente könnten besonders für die prokaryonte DNA teilweise eine Erklärung liefern. Die beiden prokaryonten Genome haben mit 51% bzw.72% einen wesentlich höheren G-C-Gehalt als das Hefegenom mit 38%. Besonders die beiden E. coli-DNA-Fragmente, die zu keiner gesteigerten PHO5-Expression führten, besitzen einen wesentlich geringeren G-C-Gehalt als der Durchschnitt des gesamten E. coli-Genoms (44,7% bzw. 38,0% im Vergleich zu 51%). Eukaryonte DNA besitzt in ihrer Sequenz im Gegensatz zu der aus Prokaryonten eine gewisse Periodizität, die sich etwa alle 10,5bp wiederholt und die Ausbildung von Nukleosomen erleichtert. Das Fehlen dieser Periodizität in prokaryonter DNA könnte sich ebenfalls auswirken, z.B. über eine labile Chromatinstruktur, die sich auch auf den benachbarten PHO5-Promotor auswirkt und dadurch eine Dereprimierung von PHO5 in sin4-Zellen auslöst. Die Dereprimierung des PHO5-Promotors durch die wenigen Hefe-DNA-Fragmente trotz reprimierender Bedingungen könnten aufgrund anderer Mechanismen zustande zu kommen. Die neun Hefe-DNA-Fragmente, die zu einer Aktivierung des PHO5-Promotors führten, zeigten auch keinen vom Hefegenom abweichenden G-C-Gehalt. Es ist auffällig, dass alle 9 DNA-Fragmente intergenische Bereiche enthalten. In diesen Bereichen gibt es oft regulatorische Elemente, die häufig in hypersensitiven Regionen gefunden werden. Hypersensitive Regionen sind nicht in Nukleosomen gepackt und könnten dadurch auch die umgebene Chromatinstruktur beeinflussen. Unabhängig von den mechanistischen Überlegungen zeigen diese Untersuchungen, dass die Aktivität eines Promotors von der Umgebung beeinflusst werden kann und dass daher der Einsatz von heterologen Reportergenen mit Vorsicht betrachtet werden muss.

Biochemische Untersuchungen beschreiben NC2 als einen Transkriptionsrepressor, welcher stabil an das TATA-Box bindende Protein (TBP) bindet. Die spezifische Bindung von NC2 an TBP inhibiert die weitere Anlagerung der generellen Transkriptionsfaktoren TFIIA und TFIIB und führt dadurch zur Unterbrechung der Bildung des Initiationskomplexes. NC2 besteht aus zwei Untereinheiten, NC2a und NC2b, die starke Homologien zu den Histonen H2A bzw. H2B aufweisen. Alle Erkenntnisse zu Beginn dieser Arbeit basierten auf Beobachtungen, die in vitro erhalten wurden. Unklar sind die Funktionen von NC2 in der Zelle. Die Aufgabe dieser Arbeit bestand darin, ein in vivo-Modellsystem zu etablieren. Als Modellorganismus wurde die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae ausgewählt. Hefe hat zwei Proteine, die stark homolog zum menschlichen NC2 sind. Beide sind essentiell für das vegetative Wachstum von Hefe. Für Plasmid-Austausch-Experimente wurden Hefestämme konstruiert, bei denen die chromosomalen Gene für NC2a und NC2b durch Wildtyp-Kopien auf einem URA3-Plasmid ersetzt wurden. Mit Hilfe einer negativen Selektion gegen das URA3-Gen in Anwesenheit von 5-FOA gelang es, die humanen NC2a- und NC2b-Gene als episomale Kopien in Hefe stabil einzubringen. So zeigte sich unter anderem, daß die beiden humanen NC2-Untereinheiten, sowohl einzeln in Kombination mit ihrem Dimerisierungspartner aus Hefe als auch gemeinsam in Form des menschlichen binären Komplexes, fähig waren, die physiologische Funktion ihres Gegenstückes aus Hefe zu übernehmen. Das gleiche System wurde auch eingesetzt, um Deletionsmutanten der humanen NC2-Gene in vivo zu untersuchen. Es wurde festgestellt, daß in beiden NC2-Untereinheiten die Domänen, welche für die in vivo-Funktion notwendig sind, die vom Mensch zur Hefe konservierten Regionen enthalten. Ein wesentlicher Teil dieser Arbeit bestand darin, spontane Suppressoren einer limitierenden NC2-Funktion in vivo zu isolieren und Suppressoren mit genomischen Punktmutationen zu charakterisieren. Gefunden wurde eine Punktmutation in der großen Untereinheit (Toa1) des Hefe-TFIIA, welche einen einzigen Aminosäure-Austausch von Valin zu Phenylalanin verursacht. Hefezellen, die diese Suppressor-Mutation in Toa1 (mt- Toa1) tragen, weisen einen Kälte-sensitiven Phänotyp auf und sind trotz fehlender NC2-Gene lebensfähig. Die biochemischen Eigenschaften des rekombinanten Proteins der Suppressor-Mutante wurden durch Gelretardations-, Footprinting- und in vitro Transkriptionsexperimente untersucht. Das Protein mt-Toa1 war in der Lage, stabile TFIIA-Komplexe zusammen mit der kleinen Untereinheit Toa2 auszubilden und die Rekrutierung von TBP an die TATA-Box auf dem Promotor zu unterstützen. Allerdings zeigten weitere Untersuchungen der Suppressor-Mutante, daß der ternäre Komplex aus mt-yTFIIA, TBP und DNA weniger stabil ist. Hinweise darauf gab die reduzierte Menge an Protein-DNA-Komplexen im Fall von mtyTFIIA in Gelretardationsexperimenten unter sättigenden Bedingungen. Das mt-yTFIIA verlor zugleich seine Antirepressionsaktivität in in vivo-Transkriptionsexperimenten in Anwesenheit von NC2. Die Isolierung und Charakterisierung der Suppressor-Mutante von NC2 lieferten zum ersten Mal den Beweis, daß die Genregulation in vivo eine präzise Balance zwischen positiv und negativ wirkenden Aktivitäten erfordert. Gleichzeitig bestätigen sie die in vitro Beobachtungen, insbesondere das Gleichgewicht zwischen TFIIA und NC2 in der Kompetition um das TATA-bindende Protein TBP. Eine weitere Aufgabe der Arbeit waren Mutagenese-Studien von humanem NC2 in vivo und in vitro. Innerhalb des Histone-Fold-Motives beider NC2-Untereinheiten wurden Punktmutanten isoliert, die ihre essentielle Funktion in der Hefezelle vollständig verloren haben. Es konnten Mutanten identifiziert werden, die Einfluß auf das Wachstum der Hefe mit dem Verlust der in vitro-Aktivität korrelierten. Die Charakterisierung dieser Mutanten lieferte erste Hinweise auf funktionelle Oberflächen von NC2, die für die ternäre Komplexbildung (NC2-TBP-DNA) und die Repressionsfunktion wichtig sind. Zusammengefaßt schafft die vorliegende Arbeit einen Einblick in die NC2-Funktion in der Zelle und erweitert unser Verständnis über den molekularen Mechanismus der Transkriptionsregulation während der Initiation der Klasse II-Transkription.