Evolution. Veränderung erblicher Merkmale von Generation zu Generation

Evolution Veränderung erblicher Merkmale von Generation zu Generation - Evolution des Menschen - Genom-Evolution - Chromosomen-Evolution - Gen-Evolution -- immunologische Individualität Populationsgenetik

Pan troglodytes vs. Homo sapiens: Genom-Unterschiede? mpg.de ARHGAP11B-Gen: differentiell gespleisst

Neanderthaler + Homo sapiens sapiens - Homo sapiens neanderthalensis / H. s. sapiens gemeinsam 25-40 000 Jahre - gemeinsame (mitochondriale) Polymorphismen nachweisbare produktive Sexualkontakte

Neanderthaler + Homo sapiens sapiens verschlungene Wege der Evolution H. s. sapiens verließ Afrika vor 60 000 Jahren in alle Erdteile und traf auf andere Nachkommen von H. heidelbergensis. H. sapiens kam aus Afrika nach Vorder- Asien, dann Europa und Südasien, schließlich nach Australasien und Amerika. vor Millionen Jahren Herkunft von H. floresiensis ist unbekannt, Skelettteile in Indonesien gefunden. H. erectus verbreitete sich nach Vorderasien, dann nach Ostasien und Indonesien. In Spanien wurde als Nachfahre H. antecessor identifiziert. H. heidelbergensis entwickelte sich aus H. erectus, breitete sich dann in Afrika aus sowie in Südasien und Südeuropa.

Neanderthaler-Fundorte + Genom-Daten Sima de los Huesos (1) Denisova (2) Denisova Vindija Mezmaiskaya

Neanderthaler- + H.s.s. Genom-Daten 0,3-0,7 x 10 6 Jahre H. s. Denisova 5-10 x 10 6 Jahre H. s. neanderthalensis Homo sapiens sapiens Bonobos 0,5-8% Schimpansen Gorilla Orangutan

Neanderthaler- + H.s.s. Genom-Daten 1x out of Africa 2x out of Africa Beimischung vor x1000 Jahren Auftrennung vor x1000 Jahren Beimischung (%) heute West-Afrika Yoruba? Europa Sarden Ostasien Han-Chin. Australien zentral heute Aborigines Australien (Malaspinas et al. 2016) Neanderthaler-DNA Denisovaner-DNA Migration früher genet. Flaschhals Kontinent-spezif.

übermäßige Effekte archaischer DNA in Homo sapiens sapiens EPAS1 Gen TLR Gene Callaway, Nature 2015

LTR Retrotransposons Transposons simple repeats segmentale Duplikationen SINES Human-Genom LINES Heterochromatin Einzelkopie- Sequenzen Protein-kodierende Exons Introns Evolution der Genome

Humangenom: nur 4 Basen? 5-Methylcytosin = 5. Base bestimmte Cytosine im Genom 70 % CpG-Nukleotide methyliert CpG-Inseln Genregulation - dauerhafte X-Chromosomen-Inaktivierung - genomic imprinting, gezielte Stilllegung bestimmter maternaler/paternaler Gene - pathophysiologische Veränderungen Epigenetik

DNA-Methylierung Epigenetik: sirna mrna mrna Histon Histon Histon- Modifikation Mechanismen Chromosom

geprägte Gene (imprinting) somat. Zellen primordiale Keimzellen Keimzellen Zygote Embryo normales imprinting Ø Entfernen d. imprinting: PWS Ø Etablieren d. imprinting: BWS, AS Ø Erhalten d. imprinting: AS

Mutter Fet (kinship theory) Effekte geprägter Gene auf Resourcen-Bereitstellung Placenta - +

evolutionäre Konflikte: Schwangerschaft Natürliche Selektion favorisiert Nachkommen, die genügend mütterliche Nährstoffe bekommen. Fetale Strategien: Nährstofffluss durch fetales Protein, das mütterlichen Blutdruck steigert Väterliche Genkopie inaktiviert, die Wachstum blockiert, Wachstum Primärkonflikt führt zu Konflikten wg. Blut Wachstum Natürliche Selektion favorisiert gesunde Mütter, die große Familien bekommen. Mütterliche Gegen-Strategien: Mütterliches Protein reduziert Blutdruck Nährstofffluss Mütterliche Genkopie inaktiviert, die Wachstum steigert Wachstum Baby-Strategie: Natürliche Selektion favorisiert Gene, die Füttern versprechen, u.u. zuungunsten anderer Kinder der Mutter. Füttern Gegen-Strategie der Mutter: Mütterliche Genkopie, die Füttern bewirkt, wird beim Kind inaktiviert Füttern D. Haig

Evolution - Evol. der Organismen - Genom-Evolution - Chromosomen-Evolution - Gen-Evolution -- immunolog. Individualität - Populationsgenetik

Primaten, Nager, Hasenartige + Carnivora etc. - Chromosomen-Evol. - Genom-Evol. - Gen-Evol. - Populationsgenetik carnivora, perissodactyla, artiodactyla, paenungulata, sirenia, tubulidentata homologe Synthenie- Blöcke

aus Afrika: Adam + Eva

viele Mutationen sind jung Mutationsspektren heute und vor 300 Generationen sehr verschieden >86% deletärer Mutationen entstanden in den letzten 5000-10000 Jahren kein Genom-Reinigen durch Selektion seltene Varianten Phänotyp-Variation, Krankheits-Disposition vorteilhafte Mutationen für adaptive Evolution in ferner Zukunft? Weltbevölkerung, Milliarden Genomprojekt PCs Mensch auf Mond DNA-Entdeckung 1. Agrar-Revolution 1. Schriften 10 000 8000 6000 4000 2000 AD1 1000 2016 industrielle Revolution 2. Agrar-Revolution

Genstruktur humaner MHC Genstruktur Maus-MHC

Gendichte: HLA-Region vs. Dystrophin-Gen 70 Gene: 0,9 Mb Exon 1 Gen: Dystrophin

HLA-Allele (akt. 02.01.2017) HLA Klasse I-Allele 11 553 HLA Klasse II-Allele 4 0282 HLA-Allele insgesamt 15 635 andere Allele 178 MICA, MICB, TAP1, -2 HLA Klasse I Gene A B C E F G H J K L P Allele 3 657 4 459 3 290 23 22 53 12 9 6 5 5 Proteine 2 480 3 221 2 196 8 4 18 0 0 0 0 0 Null-Allele 166 138 119 1 0 2 0 0 0 0 0 HLA Klasse II Gene DRA DRB DQA1 DQB1 DPA1 DPB1 DMA DMB DOA DOB Allele 7 2 208 76 978 44 716 7 13 12 13 Proteine 2 1 627 34 678 22 591 4 7 3 5 Null-Allele 0 61 1 27 0 19 0 0 1 0 HLA-DRB Gene DRB1 DRB2 DRB3 DRB4 DRB5 DRB6 DRB7 DRB8 DRB9 Allele 1 977 1 127 53 2 208 3 2 1 1 Proteine 1 440 0 106 42 39 0 0 0 0 Null-Allele 50 0 4 5 2 0 0 0 0 non-hla Gene Gene HFE MICA MICB TAP1 TAP2 Allele 6 106 42 12 12 Proteine 4 82 28 6 5 Null-Allele 0 2 2 1 0

Immunglobuline (Ig) und T-Zellrezeptoren (TCR) Ig B-Zell Differenzierung B-Zelle IgH Genrearrangement IgL Genrearrangement Hämatopoet. Stammzelle TZR β Genrearrangement Lymphoidprogenitor T-Zell Differenzierung TZR α Genrearrangement T-Zellrezeptor Helfer T-Zelle Killer T-Zelle

schwer leicht außen innen

IgH-Genelemente, V H n=40 Ig -Genelemente, V n=40 Ig -Genelemente, V n=30 Ig- und TCR- Gene rearrangieren somatisch enorme Zufallsvariabilität TZRα-, TZR -Genelemente, V α n=42; V n=3 TZRβ-Genelemente, V β n=43

T-Zellrezeptor -Region N Nukleotide nicht in Keimbahn zufällig eingefügt

Populationsgenetik ist die Wissenschaft, die die genetische Struktur von Populationen beschreibt und die Kräfte analysiert, die sie Verändern Genetische Struktur: Allel-, Genotypfrequenzen

Definition Genotyp Genetische Information, die 1 genetischer Lokus (Genort), 1 Gruppe von Genorten oder Das gesamte Genom enthält

Definition Allele Verschiedene (durch Mutationen entstandene) Variationen ein und desselben Gens / genetischen Lokus Bevölkerung: viele Allele Individuum: 1 matern. + 1 patern.

Hardy Weinberg Gleichgewicht Annahmen - zufällige Paarung - sehr große Population - ø Mutation - ø Selektion - ø Migration

Hardy Weinberg Gesetz Allelhäufigkeiten 1 = p + q Genotypfrequenzen 1 = (p + q) 2 = p 2 + 2pq + q 2

Hardy Weinberg Gleichgewicht Mukoviszidose: Heterozygoten- Frequenz?

Basenpaare/$ dsdna-synthese ssdna-synthese DNA-Sequenzieren Jahr HGP-write 125 Mb 250 Mb HCV: 380000x vergrößert Mycoplasma: 1000x vergrößert Hefe: 100x vergrößert Mensch: 3 000 000 000 Basenpaare (3 000 Mb)