21. Kalenderwoche

Variabilität von Gensequenzen in Populationen

Individuen unterscheiden sich nicht nur im Grad der Zahl von sich wiederholenden Sequenzen (repetitive Sequenzen; die Ursache des Polymorphismus von Restriktionsfragmentlängen, genutzt z.B. beim Vaterschaftsnachweis). Auch auf der Ebene des einzelnen Nukleotides gibt es die Möglichkeit von Variationen. Diese können „stumm“ (synonym) sein, wenn sie keine Abweichung der Aminosäuresequenz hervorrufen (s. Mehrdeutigkeit des genetischen Kodes). Sie können auch zu einer Änderung der Aminosäuresequenz führen, wobei das Ausmaß der Abweichung von der Position des Nukleotides im Triplett abhängt (nicht synonym; bitte testen Sie diese Aussage an einer Darstellung des genetischen Kodes). Diese Abweichungen werden „single nucleotide polymorphisms“ (SNPs) genannt. Sie können auch in nicht-translatierten Bereichen des Genoms auftreten, so z.B. die Transkriptionsfrequenz modulieren (in Promotersequenzen) oder Spleißstellen verändern. Sehr ähnlich klingt die Abkürzung „snrp“: was ist dies (s. WS Stoff)?

Das Auftreten von SNPs wird in Datenbanken archiviert und zunehmend mit klinisch relevanten Parametern korreliert, so der Metabolisierung von Arzneistoffen (Pharmakokinetik und -dynamik; z.B. für Cytochrom P450 Proteine, CYP). Das CYP2D6 Genprodukt greift in den Stoffwechsel vieler Medikamente wie β-Blocker (Metroprolol), Neuroleptika (Haloperidol) oder Tamoxifen (Anti-Östrogen) ein. Personen mit verzögerter Metabolisierung (Biotransformation der Phasen I/II besprechen wir im Juni) weisen häufig solche SNPs auf, gleiches gilt für CYP2C19 (z.B. Diazepam und Warfarin Metabolisierung: wofür werden diese Medikamente eingesetzt? Auch eine Beurteilung von Risiken für Pathogenese wird mit SNPs in Beziehung gebracht, die auch zu „peronalized medicine“ führen kann (bitte Begriff ausarbeiten).

Wie detektiere ich SNPs?

Biochips sind die Werkzeuge der Medizin des 21. Jahrhunderts. Das Synonym „Mikroarray besagt, daß (Gen)tests im Mikrometer (Micro) angeordnet (arrayed) sind. Testung erfolgt nicht mehr einzeln und hintereinander sondern automatisiert parallel.

Technisch wird pro Einkerbung auf einer Siliziumplatte (Chip) Oligonukleotid einer bestimmten Sequenz kovalent an die Oberfläche gebunden. Patienten DNA komplementärer Sequenz kann in der betreffenden Einkerbung zur Doppelstrangbildung führen, die aufgrund der Fluoreszenzmarkierung der Patienten DNA meßtechnisch erfaßt wird. Signal bedeutet damit Sequenzkomplementarität. Testung von Patienten DNA mit einem DNA Chip bestimmt somit den Genotyp.

Werden nicht DNA sondern cDNA (nach Umschreibung von mRNA) eingesetzt und in den Einkerbungen genspezifische Sequenzen verwendet, kann man das Genexpressions(Transkriptions)muster quantitativ erfassen.

Die Chiptechnologie läßt sich beliebig auf weiteres „molecular pairing“ anwenden, z.B. Lektin-Glykan Bindung. Beim Genchip zu beachten ist das Fehlen einer verläßlich linearen Beziehung von mRNA Nachweis zur Proteinverfügbarkeit im Gewebe (welche Faktoren sind hierfür verantwortlich).

Vom Profil der Genexpression zum Protein

Im Prinzip sind Quantifizierung und Lokalisation von Proteinen mit Antikörpern möglich (Begriffserklärung „polyklonal, monoklonal“), also in Western Blots, ELISAs und der Immunzyto- und -histochemie.

Monoklonale Antikörper sind das Produkt eines unsterblich gemachten B-Zellklons. Hierzu wird eine Zellfusion der B-Zellen einer iummunisierten Maus mit Tumorzellen (multiples Myelom) durchgeführt (keine eigene Antikörperproduktion). Es entstehen Zellhybride, weshalb man auch von Hybridomtechnologie spricht. Um Selektion zu ermöglichen, ist die Tumorzelle bezüglich eines Enzyms defekt (HGPRT: salvage pathway; Stoff des WS):

Wenn also die Neusynthese von Nukleotiden blockiert wird, so sind Zellen vom „salvage pathway“ abhängig, in diesem Aspekt defekte Zellen werden sterben. Im Experiment werden demnach Tumorzellen sterben, Milzzellen (B Zellen) sind zeitlich nur begrenzt lebensfähig (nicht unsterblich; ausschließlich Hybride (unsterblich wie Tumorzelle, HGPRT positiv wie B Zelle) werden überleben. Klonierung bedeutet Verdünnung der Zellsuspension und Hochzucht von Zellen aus einer Einzelzelle (in Mikrotiterplatten).

Zur Blockierung der Nukeotidbiosynthese setzen Sie einen Inhibitor der Tetrahydrofolatfunktion ein.

• Welche beiden Substanzen müssen Sie dem Medium ferner zusetzen, um die Lebensfähigkeit zu garantieren? 
• Warum ist die Synthese von T betroffen? 
• Methotrexat wird in der Tumortherapie eingesetzt: welche drei Wege führen zur Resistenzentwicklung?

Bezüglich der o.g. Metabolisierung von Arzneimitteln bitte Struktur und Funktion von Cytochromen durchsehen (Kursteil Biolog. Oxidation).

• Gibt es eine Analogie zur Synthese mit Aminosäure und einem CoA-Thioester als Ausgangsstoffe? 
• Wenn ja, welche Substanzklasse entsteht (ein Hinweis: Lipide)? 
• Wie entsteht Tyr aus Phe? 
• Welche Krankheit ist mit einem Defekt in der Synthese verbunden? 
• Wie behandeln Sie? 

Die Anwendung dieser Aspekte der Biotechnologie führt also zu klinisch relevanten Informationen: SNP Vorkommen, Genexpressionsdaten und Proteinvorkommen.

Haben Sie Fragen?

Wenn ja, gehen Sie hierfür auf die sli.do Internetseite: https://app.sli.do/event/u8b3pzuq

Der Code für Biochemie Fragen im SS 2021 lautet: # 955466