Local Structures (Examples)

Transkript

1 Lokale Strukturen

2 Local Structures (Examples) cruciform from: NAR , H-DNA may play a role in eukaryote transcription (only weak evidence)

3 Funktionen lokaler Strukturen (Beispiel) Struktur des Cyanidium caldarium Plastidengenoms Mögliche Funktionen Repeatelemente: Ansatzpunkte für homologe Rekombination hairpin: Wärmeresistenz des Moleküls from: J. Mol. Evol ,

4 Zusätzliche Aminosäuren UGA kann für Selenocystein kodieren anstatt S trna UCA - Serin nur in 20 % (bacteria) und 14 % (archaea) aller vollständig bekannten Genome Selenocystein trnasynthase Selenocystein zum Ribosom über selb translation elongation factor UAG kann für Pyrrolysin kodieren benutzt in Methan Metabolismus, von Lysin abgeleitet

5 Strukturelle Voraussetzungen From: EMBO Reports 5 (5): (2004) Secis Elemente direkt am STOP Kodon (bacteria) oder in der 3' untranslatierten Region (eukarya und archaea)

6 DNA-Spielereien Mische M13 mit den richtigen Oligos! (aus Nature 440, )

7 Genomgröße

8 Prokaryotes vs Eukaryotes Prokaryotes Eukaryotes genome size 500 kb-10 Mb 4 Mb-several Gb protein coding genes introns groupii, rare very common domains per gene 1 1 to many gene size ~1000 bp 1500 bp

9 Genomevolution Spontane Mutationen Genduplikationen, Genfamilienexpansionen Segmentale Duplikationen Genomduplikationen (initial polyploid) lateraler Gentransfer Transposon Insertionen Verlust überflüssiger Information (extrem: obligate Parasiten)

10 Genomgrößen sequenzierter Prokaryonten from: Handbook of Comparative Genomics, Fig. 1.2

11 Genome sequenzierter Eukaryonten DM CE SC AT DD HS Size [Mb] Genes # 14,000 19,000 5,600 25,000 13,000 21,000 Repeats % finished

12 C-Wert Paradox Bacteria Mycoplasma E. coli yeast Fungi Protists Plants Drosophila Insects Mollusks Cartilagenous Fish Bony Fish Amphibians Reptiles Birds Mammals shark frog human bean lily fern number of nucleotides per haploid genome

13 Theorien über Genomgrößen - Determinanten Mutationsdruck (e.g. Kidwell and Lisch [2001] Evolution 55, 1-24) egoistische DNA mobile Elemente coexistieren mit der Wirts-DNA Müll DNA Pseudogene, funktionslose DNA Optimale DNA (Gregory T.R. [2001] Biol. Rev. 76, ) DNA Menge bestimmt Nukleusgröße bestimmt Zellgröße

14 Müll - DNA potentieller Müll: Intronen Repetitive Elemente intergenische Regionen Teile der Telomer- und Zentromerstrukturen alle Genomanteile, für die noch keine klare Funktion definiert worden ist!

15 Non-coding vs. Coding DNA from: Nature Reviews Genetics 2004,

16 Anteil von Müll' im Humangenome 45 % 53 % 21 % 34 % 42 % 48 % LINEs SINEs retroviral-like DNA-only transposon 'fossils' segmental duplications simple repeats 66 % 92 % 90.5% 100 % introns protein coding genes heterochromatin REPEATS UNIQUE Undefined

17 Repetitive Elemente DNA transposon Key Genes Transposase Movement as DNA excission/replication RNA transposon LTR Reverse Transcriptase, Integrase as RNA intemediate non-ltr AAAAA Reverse Transcriptase/ Endonuclease as RNA intemediate

18 Transposon-Cluster Repetitive Elemente finden sich oft als Cluster im Genom Restrictionen für Integrationsstellen existieren!

19 LINE Transposition Premature termination results in truncated elements in the genome Also transposition to double strand breaks possible

20 Potentielle Rolle von Müll' DNA Doppelstrangbruchreparatur durch Transposons (Nature Genetics 2002, ) Genomische Resistenz gegen Virusattacken Regulatorische Einheiten nuclear attachment sites Struktur formend Hairpins, Kleeblätter, Knoten, etc Chromosomkondensierung und: bis jetzt unentdeckte Gene, wie z.b. kleine RNAs

21 Doppelstrangreparatur mit Transposons Break Reverse Transcriptase kann auch andere polya RNA nutzen

22 Non-coding RNAs ncrna Non-coding RNA all RNAs other than mrna frna Functional RNA essentially synonymous with non-coding RNA snmrna Small non-mrna essentially synonymous with small ncrnas mirna MicroRNA putative translational regulatory gene family strna Small temporal RNA for example, lin-4 and let-7 in Caenorhabditis elegans trna Transfer RNA ( sirna Small interfering RNA active molecules in RNA interference) rrna Ribosomal RNA snrna Small nuclear RNA includes spliceosomal RNAs snorna Small nucleolar RNA most known snornas are involved in rrna modification

23 Rollen für Non-coding RNAs rrna ribosomes trna transfer of amino acids U RNAs ribonuclein particles RNPs components of the spliceosome ribonuclease P ribonucleases SRP signal recognition, protein translocation across the ER cis-antisense transcripts X-inactivation, chromatin remodelling (XIST and others) snorna RNA processing, rrna modification, mrna editing mirna post transcriptional silencing

24 sirnas and mirnas sirna RNAi degradation of RNAs after hybridizing 21 to 22mers to form a RNA double strand. Used for knockdown experiments in several model organisms Thought to be an immune system against viruses and RNA transposons mirnas developmentally regulated processed 21 to 22mers posttranscriptional silencing, not degradation both small RNA types share components of the RNAi machinery e.g. DICER