Prof. Dr. Jochen Graw

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1 Prof. Dr. Jochen Graw Vorlesung: Molekulare Humangenetik für Biologen; WS2010/2011 (1) Methoden der Humangenetik; genetische Diagnostik (2) Populationsgenetik & genetische Epidemiologie (3) Chromosomenstrukturen und Chromosomenanomalien (4) Autosomale Erkrankungen (dominante vs. rezessive) (5) Geschlechtsgeb. Erkrankungen I: X Chromosom (Inaktivierung) (6) Geschlechtsgeb. Erkrankungen II: Y-Chromosom (Evolution); expandierende Triplettmutationen (7) Genetik mitochondrialer Erkrankungen (8) Genetik hämatologischer und Herz-Kreislauf-Erkrankungen (9) Genetik metabolischer Erkrankungen (10) Genetik von Augenerkrankungen (11) Gene und Krebs (12) Komplexe Erkrankungen (Asthma, Diabetes) (13) Epigenetik und menschliche Erkrankungen (14) Genetik neurologischer Erkrankungen (15) Verhaltensgenetik, Kognition und Bewusstsein (16) Genetische Aspekte zur Evolution des Menschen Klausur: Helmholtz-Zentrum München in Neuherberg, Geb. 33, Großer Hörsaal

2 Humangenetik für Biologen 1. Stunde I. Methoden der Humangenetik II. Genetische Diagnostik und Beratung III. Aufbau des menschlichen Genoms

3 I. Methoden der Humangenetik 1. Der Patient 2. Zwillingsforschung 3. Stammbaum- und Segregationsanalysen 4. Genetische Kartierung (5. Chromosomenanalyse: 3. Stunde)

4 1. Der Patient ist Ausgangspunkt humangenetischer, klinischer Diagnostik Ziel (1) humangenetischer Beratung (beachte die ganze Familie!) Ziel (2) humangenetischer Therapie (Patientenmanagement: häufig interdisziplinär!) (Umweg): Humangenetische Grundlagenforschung (incl. Tiermodelle) (Handgelenk; Form der Finger) Schaaf/Zschocke, 2008

5 2. Zwillingsforschung Ähnliche monozygote Zwillinge Unähnliche monozygote Zwillinge Ähnliche dizygote Zwillinge Graw, 4. Aufl., Abb. 14.1

6 Zwillinge in der Embryonalentwicklung Dizygote Zwillinge: Jeweils eigene Placenta Monozygote Zwillinge: Gemeinsame Placenta, aber ein oder zwei Eihäute (je nach Trennung der Inneren Zellmasse) Graw, 4. Aufl., Abb Häufigkeit: Mitteleuropa 1%: 40% monozygot, 60% dizygot

7 Siamesische Zwillinge Frühentwicklung der Säuger Siamesische Zwillinge (Spezialfall monozygoter Zwillinge) Ursache: Unvollständige Trennung der Inneren Zellmasse Graw, 4. Aufl., Abb Hennig, 3. Aufl., Abb. 4.5

8 Zwillingsmethode Frage: wie groß ist der erbliche Anteil, wie groß ist der Anteil der Umwelt an einer bestimmten Krankheit? 3 Strategien: Vergleich von monozygoten und dizygoten Zwillingen in einer gemeinsamen Umwelt Vergleich getrennt aufgewachsener monozygoter Zwillinge Monozygote Zwillinge als Kontrolle Bei überwiegend genetischer Bedingtheit eines Merkmals haben monozygote Zwillinge eine höhere Übereinstimmung (Konkordanz) als dizygote.

9 Konkordanz und Diskonkordanz in Merkmalen von Zwillingen Eigenschaft Konkordanz % monozygote Zwillinge dizygote Zwillinge Augenfarbe Kopflänge Gewicht Manische Depression 67 5 Epilepsie Schizophrenie Bronchialasthma Diabetes Tod durch Infektionen 8 9 Graw (4): Tab. 14.1

10 Berechnung der Konkordanzrate 18 Zwillingspaare für Merkmal rot: 10 konkordant, 8 diskordant Pfeile: unabhängige Merkmalsträger Ohne Pfeil: bekannt nur über Geschwister Ergebnis abhängig vom Rechenweg! Zählung aller Fälle unabhängig von der Art der Erfassung Zählung der jeweiligen Paare Zählung der unabhängigen Probanden Tariverdian, 3. Aufl, Abb

11 Einschränkungen von Zwillingsuntersuchungen Weibliche Zwillinge unterscheiden sich im Muster der Inaktivierung des X-Chromosoms (5. Stunde) Unterschiedliche Verteilung der Mitochondrien Unterschiedliches Repertoire der funktionellen Immunglobulin- und T-Zell-Rezeptorgene Zwillinge sind häufig Frühgeburten (unterschiedlich stark herabgesetztes Geburtsgewicht) Zweitgeborene Zwillinge haben höheres Risiko für zerebrale Schädigungen

12 3. Stammbaum-Analyse: Wichtige Symbole in Stammbäumen Strachan-Read, 2. Aufl., Fig. 3.1

13 Stammbaum-Analyse Grundlegende Muster: Autosomal Dominant? Risiko = 1 in 2 (50%) Autosomal Rezessiv? Risiko = 1 in 4 (25%) X-gekoppelt, rezessiv? Risiko = 1 in 4 (25%) für alle Risiko = 1 in 2 (50%) für Männer X-gekoppelt, dominant? Risiko = 1 in 1 (100%) für Frauen Risiko = vernachlässigbar für Männer ( gesundes X von der Mutter ) Y-gekoppelt (100% für Männer) Strachan-Read, 2. Aufl., Fig. 3.2

14 Stammbaum-Analyse: Komplementation bei rezessivem Erbgang Familien-Situation: Taube Eltern haben nur gesunde Kinder -> verschiedene Gene betroffen! Strachan-Read, 2. Aufl., Fig. 3.3

15 Stammbaum-Analyse: Unklarer Erbgang (1): Mitochondriale Erkrankung Martrilinearer Erbgang: Wird immer über Frauen übertragen, betrifft aber beide Geschlechter, oft ungleiche Verteilung betroffener & gesunder Mitochondrien Typisches Muster: mitochondriale Taubheit Untypisch: Leber s erbl. Opticus-Atrophie Strachan-Read, 2. Aufl., Fig. 3.4

16 Stammbaum-Analyse: Unklarer Erbgang (2): verminderte Penetranz oder Expressivität Autosomal-dominanter Erbgang mit verminderter Penetranz in II-2: Autosomal-dominanter Erbgang mit variabler Expression: Familie mit Waardenburg-Syndrom Taubheit Strachan-Read, 2. Aufl., Fig. 3.5 (Teil) weiße Vorderlocke Verschiedene Augenfarben Vorzeitiges Ergrauen

17 Stammbaum-Analyse: Unklarer Erbgang (3): Heterogenität in einem Menschen: Mosaike und Chimären Üblich in Bezug auf X-Inaktivierung Häufig bei Krebserkrankungen Strachan-Read, 2. Aufl., Fig. 3.6 Entdeckung z.b. bei Blutspendern: Blutgruppenanalyse

18 Keimbahnmosaik und somatisches Mosaik APC: adenomatöse Polyposis (Dickdarmkrebs; OMIM ) Gen. krank II-1 II-2 II-3 II-2: somatisches Mosaik: DGGE aus Blutzellen (schwache Banden) Keimbahnmosaik: Hochrisiko- Chromosom (blau) mit (III-2) und ohne (III-4) Mutation III-1 III-2 III-3 III-4 DGGE: denaturierende Gradienten- Gelelektrophorese gesund

19 4. Genetische Kartierung: Segregationsanalyse Rekombinante und Nicht-Rekombinante Verteilung von Allel-Kombinationen auf die Nachkommen: Rekombination: A 1 B 2 oder A 2 B 1 Nicht-Rekombination: A 1 B 1 oder A 2 B 2 Nur Aussagen über den Vater (II) möglich, da die Mutter (II) homozygot ist.

20 Informative und nicht informative Stammbäume Rekombination: Phänotyp an A1 gekoppelt Unklar, ob Phänotyp an A1 oder A2 gekoppelt ist Unklar, ob A1-Allele durch Abstammung identisch sind ( identity by descent ) Strachan-Read, 2. Aufl., Fig. 11.4

21 Rekombinationen: einfach und doppelt A B Strachan-Read, 2. Aufl., Fig. 11.2

22 Kartierungsfunktion nach Haldane ω = - ½ ln (1-2Θ) ω= Abstand auf der Genkarte (x 100 cm) Rekombinationshäufigkeit Θ = Rekombinationshäufigkeit: für Θ = 0 (enge Kopplung) -½ln1 = 0 für Θ = 0,1 (10% Kopplung) - ½ ln 0,8 = 0,10 = 10 cm für Θ = 0,2 (20% Kopplung) - ½ ln 0,6 = 0,25 = 25 cm für Θ = max = 0,5 (keine Kopplung) -½ln0 = *4 Chromatiden in der meiotischen Prophase * Janning Abb

23 LoD-Werte: Statistisches Maß für Kopplung Hypothese: Die Loci sind gekoppelt nicht gekoppelt (Rek. Häufigkeit θ = 0) (Rek. Häufigkeit θ= 0,5) a priori Wahrscheinlichkeit: 1/50 49/50 Bedingte Wahrscheinlichkeit: 1000 : 1 Kombinierte Wahrscheinlichkeit: (a priori x bedingt) 20 : 1 ( p = 0,05) d.h. um p=0,05 zu erreichen, ist eine bedingte Wahrscheinlichkeit von 1000:1 nötig; dekadischer Logarithmus von 1000 = 3 LoD: logarithm of the odds >3 bedeutet signifikante Kopplung Nach Strachan-Read, Exkurs 12.3

24 Kurven für LoD-Scores (1) Kurve 1: Kopplung wahrscheinlich: Z>3, Rekombinationshäufigkeit Θ = 0 Kurve 2: Kopplung wahrscheinlich: Z>3, bei Rekombinationshäufigkeit Θ = 0,23 Kurve 3: Kopplung unwahrscheinlich: Z<-2, bei Rekombinationshäufigkeit Θ = 0,12 Kurve 4: Unklares Ergebnis (-2 < Z <3) Strachan-Read, 2. Aufl., Fig. 11.5

25 Kurven für LoD-Scores (2) Kartierung mit mehreren Markern (Chromosom 3) Computerberechnung mit LINKMAP Negative Werte bei Markern mit Rekombination Strachan-Read, 2. Aufl., Fig Höchster LoD-Score = wahrscheinliche Position des Krankheitsgens

26 Crossing-over in der männlichen und in der weiblichen Meiose Spermatocyt in der Metaphase I Weibliche Meiose im Pachytän Pfeile: Positionen der Crossing-over MLH1-Antikörper-Fluoreszenz (Teil des Rekombinationsapparates) Strachan & Read (3), Abb. 13.3

27 Verteilung von Rekombinationen: geschlechts- und sequenzspezifisch Blau: Spermatocyten; rot: Oocyten Daumenregel: 1 cm = 1 MB Aber: 1 cm = 1,05 MB 1 cm = 0,77 MB

28 Mikroanalyse: Rekombination erfolgt in hot spots Die Rekombinationen erfolgen immer innerhalb derselben 10 bp!

29 Interpretationsprobleme: fehlerhafte Daten? Doppelrekombinationen innerhalb eines kurzen Abschnitts sind selten. Ursache eher: Fehldiagnose, (5 cm) falsche Interpretation der Marker, Locusheterogenität

30 II. Genetische Diagnostik und Beratung Genetische Diagnostik: 1. Eigenanamnese 2. Familienanamnese (Stammbaum) 3. Klinisch-genetische Untersuchungen: Dysmorphologie (Haut, Gesicht, Augen, Nase (incl. Philtrum: Rinne zur Oberlippe), Mund, Ohren, Hals, Rumpf, Arme & Beine, Hände und Füße, Genitalien) 4. Verhaltensauffälligkeiten 5. Vertiefende klinische Diagnostik: innere Organe (Struktur und Funktion), MRT des Gehirn; Röntgenuntersuchung für Knochen, Stoffwechselanalysen 6. Vertiefende genetische Untersuchungen: Chromosomenanalyse, molekulargenetische Analyse. Achtung: Unterscheide genetische Störungen von teratogenen Effekten durch intrauterine Infektionen, Medikamente und Drogen, physikalische Ursachen, mütterliche Stoffwechselerkrankungen.

31 Teratogene Faktoren als Ursachen für Phänokopien (1) Intrauterine Infektion: Beispiel Effekt (bei Infektion der schwangeren Mutter) Röteln-Virus Infektion des Feten 85% im ersten Trimester: Abort oder Totgeburt; Taubheit, Herzfehler, Augenschäden wichtige Prävention: Impfung von Mädchen! Zytomegalie-Virus Infektion des Feten 40%, 15% klinisch erkrankt Mikrozephalie, Blindheit, Vergrößerung von Leber und Milz; Zahnschmelzdefekte Toxoplasmose Anstieg von 15% der Feten auf 70% (1->3. Trimester) Enzephalitis, Chorioretinitis und Hepatitis Varicella zoster Virus Risiko unter 2% Parvovirus B19 Infektion des Feten bei 25-50% mit Hydrops fetalis, Anämie und Tod des Embryos

32 Teratogene Faktoren als Ursachen für Phänokopien (2) Medikamente und Drogen: Beispiel Effekt auf den Embryo Thalidomid Fehlbildungen der (oberen) Extremitäten (20%) (Beruhigungsmittel) (Holt-Oram-Syndrom); 6000 Kinder betroffen weltweit Kritisches Fenster: Tag der Schwangerschaft Cumarine 5% der Embryonen betroffen: disproportionierter (Thromboseprophylaxe) Minderwuchs, Fehlbildung der Nase und der Augen, Veränderungen der Epiphysen (Conradi-Hünermann Syndrom) Nikotin erniedrigtes Geburtsgewicht, erhöhte Rate von Frühgeburten und perinataler Mortalität Alkohol Fetales Alkoholsyndrom (50-70%): psychomotorische Entwicklungsstörung, prä- und postnatale Wachstumsstörung, kraniofaziale Dysmorphologie, Herzfehler Häufigkeit: 1:1000 1:3000 von allen Neugeborenen

33 Teratogene Faktoren als Ursachen für Phänokopien (3) Physikalische Ursachen: Beispiel Effekt auf den Embryo Ionisierende Strahlen Fehlbildungsrate in Hiroshima und Nagasaki 28% Vorsicht beim Einsatz ionisierender Strahlen während der Schwangerschaft! Mütterliche Stoffwechselkrankheiten: Diabetes mellitus 6-9% Risiko für kongenitale Fehlbildungen (Herzfehler, Gehirn- und Neuralrohrdefekte), 50% der Embryonen sterben Phenylketonurie Herzfehler, Mikrozephalie, mentale Retardierung, erhöhte Abortrate Prävention: strenge Diät

34 Pränatale, genetische Diagnostik (1) Nicht-invasive Screening-Tests ohne genaue genetische Diagnose: - Ultraschalluntersuchungen: Messung der fetalen Nackentransparenz Screening für Trisomie: bis 2,3 mm physiologisch, darüber steigt das Risiko für eine Trisomie (20-30 fach erhöht) Messung der Nackentransparenz: Dorsonuchales Ödem von 3,3 mm; SSW 12+0; Fetus chromosomal unauffällig Dorsonuchales Ödem bei Fetus mit Trisomie 21 (Schaaf-Zschocke 2008) - Biochemische Parameter aus dem Blut der Mutter: der Triple Test (15./16. SSW): drei Serummarker: α-fetoprotein (AFP); freie Untereinheit des Choriongonadotropins (β-hcg); unkonjugiertes Östradiol (ue3) keine spezifische Diagnose möglich, nur Risiko-Angabe für Trisomie!!!

35 Pränatale, genetische Diagnostik (2) Gründe für invasive genetische Diagnose: Erhöhtes Risiko für Chromosomenstörung oder für eine molekulargenetisch diagnostizierbare Krankheit - Fruchtwasserpunktion: 15. SSW: Entnahme von ml Anlage einer Kultur zur Chromosomenanalyse bzw. DNA-Extraktion Erhöhung des Fehlgeburtsrisiko 0,5% - Chorionzottenbiopsie: 11. SSW: Entnahme von mg Zottengewebe: zwei Kulturen für zwei Gewebetypen (Ausschluss von Mosaiken) Erhöhung des Fehlgeburtsrisiko 1%

36 Spezialfall: Präimplantationsdiagnostik (PID) Molekulargenetisches Untersuchungsverfahren des Embryos vor der Implantation (vor allem bei in-vitro-fertilisationen) Entnahme von 1-2 Zellen aus dem Embryo im Blastozystenstadium (totipotente Zellen: Herstellung und Verbrauch eines Zwillingsembryos zu Untersuchungszwecken); Untersuchung mithilfe der PCR bzw. FISH In Deutschland aufgrund des Embryonenschutzgesetzes verboten!

37 Neugeborenenscreening Durchführung: ein Tropfen Fersenblut am 3. Lebenstag auf Filterpapier 1. Test 1960er Jahre entwickelt ( Guthrie-Test ) auf Phenylketonurie (PKU): Bakterieller Hemmtest: Wirkung des Inhibitors β2-thienylalanin wird durch hohe Phe Konzentrationen aufgehoben -> Bakterien wachsen bei PKU. Therapie: sofort Phe-freie Diät! Heute: erweitertes Neugeborenenscreening auf solche Erkrankungen, die leicht therapiert werden können: Hypothyreose, Adrenogenitales Syndrom, Biotinidase-Mangel, Galaktosämie, Phenylketonurie, Ahornsirupkrankheit, Störungen der Fettsäureoxidation

38 Genetische Diagnostik: Gendiagnostik-Gesetz Ziel des Gesetzentwurfes ist es, die mit der Untersuchung menschlicher genetischer Eigenschaften verbundenen möglichen Gefahren und genetische Diskriminierung zu verhindern. Gleichzeitig sollen die Chancen des Einsatzes genetischer Untersuchungen für den Einzelnen gewahrt werden. (Quelle: Bundesgesundheitsministerium, Kritik: Der Begriff genetische Untersuchung ist zu breit gefasst und schließt auch nicht-genetische Verfahren wie Ultraschall und biochemische Tests ein.

39 Prädiktive Diagnostik Def.: Untersuchung von Anlageträgerschaft (Disposition) für eine später manifest werdende Krankheit (z.b. Chorea Huntington). Durchführung von Gentests bei Einstellungen und Abschluss von Versicherungen? Derzeitige Regelung: Bei Einstellungen: Frage nach Erkrankungen in der Familie erlaubt, aber kein Zwang zu Gentests. Bei Versicherungen: freiwilliger Verzicht auf die Durchführung prädiktiver Tests bis Seit Sommer 2009: Gendiagnostik-Gesetz beschlossen

40 Genetische Diagnostik: das 1000-Dollar-Genom Order now: it s quick and easy Follow a few simple steps and start studying information about your genetic profile. 1. Sign up: Create a decodeme account and purchase a Genetic Scan for $ Collect your sample: decode Genetics sends the Sample Collection kit to your doorstep, you follow a simple procedure to collect a DNA sample from the inside of your cheek. You send the sample back using our enclosed envelope. 3. DNA analysis: We extract your DNA, measuring over a million variations. When your data is ready you receive an notification. 4. Your results: Log on to study information about your genome, ancestry, and genetic risk using state-of-the-art tools provided on the decodeme web site. 5. Your updates: We notify you when new scientific discoveries are made and show you how they relate to your genetic profile.

41 Genetische Diagnostik: das 1000-Dollar-Genom (2) Gene Profile: Abdominal Aortic Aneurysm Age-related Macular Degeneration Alzheimer's Disease Asthma Atrial Fibrillation Bladder Cancer NEW Breast Cancer Celiac Disease Colorectal Cancer Crohn's Disease Exfoliation Glaucoma Heart Attack Hemochromatosis Intracranial Aneurysm Lactose Intolerance Lung Cancer Multiple Sclerosis Obesity Peripheral Arterial Disease Prostate Cancer The decodeme Genetic Scan identifies the variant on chromosome 17 and provides an interpretation of the associated risk for the development of asthma in individuals of European and east Asian descent. Currently no data are available for people of other ethnicities for the variant. Fazit: Oberflächlich, auf wenige mögliche Risiko- Allele beschränkt

42 Risikoberechnung Wichtiges mathematisches Hilfsmittel: Das Bayes-Theorem zur Berechnung von Wahrscheinlichkeiten: Ein Ereignis hat zunächst eine bestimmte a priori Wahrscheinlichkeit Durch zusätzliche Informationen fällt ein Teil der Möglichkeiten weg Für die restlichen Möglichkeiten lässt sich eine genauere a posteriori Wahrscheinlichkeit berechnen

43 Genetische Beratung Wichtige Aufgaben und Ziele: Frage nach Diagnose, Ursache oder Prognose bei genetisch bedingten Krankheiten Frage nach dem eigenen Erkrankungsrisiko bei familiärer Krankheitsdisposition Frage nach dem Erkrankungsrisiko eines zukünftigen Kindes bei familiärer Krankheitsdisposition Besprechung und Durchführung der genetischen Diagnostik Frage nach dem optimalen Management einer genetisch bedingten Erkrankung Wesentliches Merkmal einer genetischen Beratung ist die Ergebnisoffenheit (Non-Direktivität) aber: Wertekonflikte möglich, z.b. bei Schwangerschaftsabbruch

44 III. Aufbau des menschlichen Genoms 1. Das Human Genome Project Das menschliche Genom Genome von Modellorganismen 2. Aufbau des menschlichen Genoms Allgemeine Merkmale Organisation, Verteilung und Funktion der menschlichen RNA-Gene Organisation, Verteilung und Funktion der proteincodierenden Gene des Menschen

45 III. Aufbau des menschlichen Genoms 1. Das Human Genome Project Das erste internationale Großprojekt der Biologie ( ) Vorarbeiten : 1977: Sanger s Kettenabbruchmethode zum Sequenzieren der DNA (Dideoxy-Methode) 1980: Entwicklung von molekularen Markern zur Kartierung (RFLP-Marker) 1981: Sequenz der menschlichen mitochondrialen DNA veröffentlicht Ab 1984: intensive Diskussionen über Mittel und Wege, das Gesamtgenom zu sequenzieren 1988: Gründung der internationalen Organisation HUGO (Human Genome Organization) 1990: Offizieller Startschuss für das Human Genome Project (USA) : Deutsches Humangenomprojekt (DHGP) 2001-~2011: Nationales Genomforschungsnetz (NGFN)

46 Strategien zur Sequenzierung des menschlichen Genoms Öffentliche Genomprojekte Sanger Institut

47 Erstellung physikalischer Karten

48 Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierung im Rahmen des Humangenom-Projektes

49 Februar 2001: Erstveröffentlichungen des menschlichen Genoms

50 Neu: Human Genome Diversity Project 1. Studie: 1056 Personen von 52 Populationen mit 377 Mikrosatelliten-Markern Cavalli-Sforza, 2005

51 Wichtige Datenbanken - ENSEMBL: - NCBI: - Sequenzen - SNP - Online Mendelian Inheritance in Man Sequenzierungsprojekte von Modellorganismen (ENSEMBL) and more

52 2. Organisation des menschlichen Genoms

53 Menschliche RNA-Gene (~3.200) Small nuclear RNA Small nucleolar RNA mirna trna Antisense RNA

54 Anzahl der menschlichen trna-gene (pro Codon) Wobble-Basen: Es gibt keine trna mit dem Anticodon UUU; UUU kann aber vom GAA-Anticodon erkannt werden *kodiert teilweise auch für Seleno-Cystein Schraffur: wahrscheinlich modifiziert zu Inosin

55 Nachtrag: Humane trna-gene Gesamtzahl: 497 einige Cluster: 140 t-rna Gene auf Chr. 6p2 innerhalb von 4 MB 140 t-rna Gene auf Chr. 1 ( lockeres Cluster für trna Asn und trna Glu ) Modifikation A-> I: Pos. C6 des Adenin: posttranskriptioneller Ersatz der Amino-Gruppe durch Carbonylgruppe Bevorzugung einiger Codons (codon usage) z.b. Leu: 6 Codons möglich (TTA, TTG, CTT, CTC, CTA, CTG) bei Gleichverteilung jedes Codon 16,6% aber: CTG das häufigste, selten TTA und CTA wichtig für mögliche Bedeutung von stillen SNPs!

56 Humane sn- und snorna-gene snrna-gene: >100 snrna, heterogene Gruppe von Kern-RNA viele Mitglieder mit hohem Uridin-Anteil, z.b. U1-snRNA (16 Gene): U6-snRNA (44 Gene) häufig in Clustern kodiert; Bestandteil des Spleißapparates. snorna-gene: <100 snorna: Vorkommen im Nukleolus kodiert häufig in Introns von anderen Genen Funktion: posttranskriptionelle Modifikationen von rrna: - 2 -O-Ribosemethylierung - Pseudo-uridinylierung

57 Humane mirna-gene mirna: Länge: ~22 Nukleotide; Entstehung aus ~70 nt Haarnadel-Vorstufe; Aktivierung durch Dicer (Ribonuclease III) Bindung an 3 -UTR von mrna -> Hemmung der Translation -> Beschleunigter Abbau der mrna mirna-gene: ~100 mirna-gene (Str.Read3 -> 1% aller Gene: Shyu et al., 2008) ein kleines Cluster (0.8 kb) mit >7 mirna-genen auf Chr. 13 wichtiges neues Gebiet mit viel Potential!!! Datenbank:

58 Protein-kodierende Gene: Üblicherweise Transkription mit RNA-Polymerase II in RNA, Entfernung der Introns, Reifung und Export der mrna ins Zytoplasma Aber: einige Gene ohne Unterbrechung durch Introns: Alle 37 Mitochondriengene Histongene Viele Gene für kleine RNAs (z.b. die meisten trna-gene) Verschiedene Gene für Hormonrezeptoren (z.b. Dopamin-Rezeptoren D1, D5 u.a.) Gene mit hodenspezifischer Expression (z.b. Phosphoglycerast-Kinase 2, Glycerinkinase) Mitglieder der myc-familie (z.b. MYCL2) Andere: z.b. IFN-α, SRY, SOX, XIST Quelle: Str.Read3; Tab. 9.5

59 Protein-kodierende Gene: Größe und Exongehalt (%) menschlicher Gene Unter 10 kb Unter 100 kb ( ) Phenylalaninhydroxylase 3% Über 100 kb

60 Durchschnittliche Exon/Intron-Größe Genprodukt Größe d. Gens Zahl d. Exons durchschnittl durchschnittl. (kb) Größe d. Exons Größe d. Introns (bp) (kb) Insulin 1, ,48 β-globin 1, ,49 Klasse-I-HLA 3, ,26 Serumalbumin ,1 Typ-VII-Kollagen ,19 Komplement C ,9 Phenylalanin- Hydroxylase ,5 Faktor VIII ,1 CFTR ,1 Titin ,4 Dystrophin ,0 Quelle: Strachan Read 3rd; Tab. 9.6

61 Überlappende Gene Durchschnittliche Gendichte bei Menschen: 1 Gen pro 100 kb Selten: bidirektionale Genorganisation (Beispiel: DNA-Reparaturgene) überlappende Gene

62 Gene innerhalb von Genen z.b. sno-rna Gene (s.o.) z.b. Neurofibromatose-1 (NF1) OGMP: Glycoprotein für das Myelin der Oligodendrocyten EVI2A, EVI2B: menschl. Homologe zu Mäuse-Leukämie- Genen (Integrationsorte für ecotropische Viren (EVI)