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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
Das Transkriptionssystem der
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
Das Transkriptionssystem der
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
13.8.1 Literatur 334
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
14.11.1 Literatur 356
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
15.4.1 Literatur 388
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
20.6.1 Literatur 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
27.5.1 Literatur 550
Glossar einiger Begriffe aus der klassischen Genetik
Sachverzeichnis
552
554
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