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Gibt es eine Methode, die Hälfte der Chromosomen einer Zelle zu isolieren?

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Jede Zelle hat 2N Chromosomen, ich frage mich, ob es derzeit eine Technik gibt, die die Isolierung von N Chromosomen ermöglicht?


Schnelle Isolierung genomischer Hefe-DNA: Bust n' Grab

Die Mutagenese von künstlichen Hefe-Chromosomen (YACs) erfordert oft die Analyse einer großen Anzahl von Hefeklonen, um richtig gezielte Mutanten zu erhalten. Herkömmliche Wege zur Isolierung genomischer Hefe-DNA verwenden entweder Glaskügelchen oder enzymatischen Verdau, um die Hefezellwand zu zerstören. Die Verwendung kleiner Glaskügelchen ist umständlich, während der enzymatische Aufschluss der Zellen teuer ist, wenn viele Proben analysiert werden müssen. Unser Ziel war es, ein einfacheres und schnelleres Protokoll als die bestehenden Methoden zur Gewinnung genomischer Hefe-DNA aus Flüssigkulturen oder Kolonien auf Platten zu entwickeln.

Ergebnisse

Wiederholtes Einfrieren und Auftauen von Zellen in einem Lysepuffer wurde verwendet, um die Zellen aufzubrechen und genomische DNA freizusetzen. Auf die Zelllyse folgte eine Extraktion mit Chloroform und eine Ethanolfällung der DNA. 200 ng – 3 µg genomische DNA konnten aus einer 1,5 ml Übernacht-Flüssigkultur oder aus einer großen Kolonie isoliert werden. Proben wurden entweder direkt in einem Restriktionsenzym/RNase-Coctail-Gemisch für die Southern-Blot-Hybridisierung resuspendiert oder für mehrere PCR-Reaktionen verwendet. Wir demonstrierten die Nützlichkeit dieses Verfahrens, indem wir eine Analyse von Hefeklonen zeigten, die einen mutagenisierten menschlichen β-Globin-Locus YAC enthalten.

Abschluss

Es wurde eine effiziente und kostengünstige Methode zur Gewinnung genomischer Hefe-DNA aus Flüssigkulturen oder direkt aus Kolonien entwickelt. Dieses Protokoll umgeht die Verwendung von Enzymen oder Glaskügelchen und ist daher billiger und einfacher durchzuführen, wenn eine große Anzahl von Proben verarbeitet wird.


Isolierung von Nukleinsäuren

Um Nukleinsäuren zu untersuchen oder zu manipulieren, muss zunächst die DNA aus Zellen extrahiert werden. Verschiedene Techniken werden verwendet, um verschiedene Arten von DNA zu extrahieren (Figur 2). Die meisten Nukleinsäureextraktionstechniken umfassen Schritte zum Aufbrechen der Zelle und dann die Verwendung enzymatischer Reaktionen, um alle unerwünschten Makromoleküle zu zerstören. Die Zellen werden unter Verwendung einer Detergenslösung, die Pufferverbindungen enthält, aufgebrochen. Um Abbau und Kontamination zu verhindern, werden Makromoleküle wie Proteine ​​und RNA mit Hilfe von Enzymen inaktiviert. Anschließend wird die DNA mit Alkohol aus der Lösung gebracht. Die resultierende DNA bildet, da sie aus langen Polymeren besteht, eine gallertartige Masse. Dieses Verfahren extrahiert alle Nukleinsäuren innerhalb einer Zelle. Das beinhaltet genomische DNA (die gesamte DNA im Genom) sowie RNA. Wenn diese DNA für weitere Untersuchungen verwendet werden sollte, würde die RNA oft mit einem Enzym verdaut, um sie zu entfernen.

RNA wird untersucht, um Genexpressionsmuster in Zellen zu verstehen. RNA ist von Natur aus sehr instabil, da in der Natur häufig Enzyme vorhanden sind, die RNA abbauen. Einige werden sogar von unserer eigenen Haut abgesondert und sind sehr schwer zu inaktivieren. Ähnlich der DNA-Extraktion beinhaltet die RNA-Extraktion die Verwendung verschiedener Puffer und Enzyme, um andere Makromoleküle zu inaktivieren und nur die RNA zu erhalten.


Genetische Kartenvariation zwischen Individuen: eine Motivation für personalisierte genetische Karten

Genetische Karten sind Bevölkerungsdurchschnitte und würden sich, wenn sie personalisiert sind, zwischen zwei beliebigen Individuen unterscheiden. Diese Unterschiede können auf zwei Gründe zurückgeführt werden, die beide schwer zu untersuchen sind: (1) es gibt strukturelle Unterschiede zwischen ihren Chromosomen und (2) die Crossover-Verteilungen in ihren Gameten unterscheiden sich aufgrund der genetischen Regulation.

Crossover-Hotspot-Lokalisierung

Die Verteilung der Überkreuzungen ist über die Chromosomen hinweg nicht homogen, auch wenn man einen Chromosomenarm betrachtet oder sich auf eine Skala von Hunderten von Nukleotiden konzentriert. Die Erforschung der Heterogenität von Crossover-Verteilungen führte zu den bemerkenswerten unabhängigen Entdeckungen von PRDM9 als Hauptdeterminante von Crossover-Hotspots bei Mensch und Maus. Verschiedene Allele von PRDM9, und das 13-mer, an das es bindet, um die meiotische Rekombination zu initiieren, können einen erheblichen Teil erklären (

40%) der Crossover-Hotspot-Lokalisierung im Genom beim Vergleich zwischen Populationen [11,12,13,14,15,16,17]. Weitere Studien haben die Variation der Crossover-Verteilungen bis auf die Ebene der zwischenmenschlichen Heterogenität weiter analysiert [17,18,19,20,21].

Heterochiasmie

Unterschiede in der Crossover-Verteilung bestehen auch zwischen Männchen und Weibchen [12, 22, 23] und sogar zwischen männlichen und weiblichen Organen zwittriger Pflanzen [24]. Darüber hinaus wurden Cluster von geschlechtsspezifischen Rekombinations-Hotspots in verschiedenen Regionen des menschlichen Genoms gefunden [12, 21, 25, 26]. Männliche Rekombination tritt häufiger in Exons von Genen und Telomerregionen auf, während bei Frauen ein höherer Anteil an Crossovers zwischen Genen und in Promotorregionen auftritt [12, 21]. Darüber hinaus spielen andere Faktoren eine Rolle, wie etwa der Survivor Bias. Zum Beispiel haben Kinder von älteren Müttern höhere Crossover-Raten im Vergleich zu denen von jüngeren Müttern, im Einklang mit der Idee, dass „zusätzliche“ Crossovers die Beibehaltung von Bivalenten fördern und wiederum vor Nicht-Disjunktion schützen [27]. Dies ist ein Forschungsbereich, der von verbesserten Instrumenten zur Untersuchung interindividueller Crossover-Variationen profitieren würde.

Genomische strukturelle Variation

Strukturelle Variation (SV) ist per Definition eine Variation in der Markerordnung einer genetischen und physikalischen Karte ( 1c ). SVs sind genomische Veränderungen, die von Veränderungen auf der Chromosomenskala bis hin zu kleineren Inversionen, Duplikationen, Insertionen, Deletionen und Translokationen reichen können. Historisch gesehen wurden SVs auf chromosomaler Skala mit zytogenetischen Ansätzen nachgewiesen und können immer noch nur bei einer Größe von mehreren Megabasen visualisiert werden. Ein orthogonaler Ansatz zum Nachweis von SV, wie Inversionen, durch Messen von Übergängen ist möglich, indem Veränderungen in der Markerverknüpfung beobachtet werden, die nur durch eine Neuordnung von Markern aufgelöst werden können. Fortschritte bei der Hochdurchsatz-Sequenzierung und Computermethoden verbessern jedoch die Detektion und die Auflösung von Breakpoints [28].

Die minimale Größe eines SV ist willkürlich, manchmal bezogen auf Veränderungen > 50 bp, aber SVs sind zwischen zwei beliebigen Individuen im Größenbereich von Hunderten von Basenpaaren bis hin zur Multi-Megabasen-Skala vorherrschend [29,30,31,32,33]. Eine der umfassendsten derzeit verfügbaren Listen von SVs, die bei gesunden Menschen identifiziert wurden, wurde durch die Kombination mehrerer moderner Sequenzierungstechnologien zur Phasenzusammenfügung menschlicher Genome de novo erhalten, wobei > 27.000 SVs und > 150 Inversionen pro Genom identifiziert wurden [34].

Selbst mit aktuellen Short- und Long-Read-Sequenzierungstechnologien ist die SV-Detektion über 100 kb eine Herausforderung [34, 35]. Zum Beispiel bleiben Inversionen schwer zu identifizieren, da Inversionsbruchpunkte typischerweise in großen repetitiven Regionen liegen und Übergänge unterdrücken, die für ihre Erkennung benötigt werden [34].

Unterschiedliche Technologien erzeugen Datensätze, die unterschiedliche Vorteile bei der SV-Erkennung bieten. Short-Read-Sequenzierung hat eine hohe Einzelnukleotid-Genauigkeit, aber eine geringere Sensitivität und eine höhere Falsch-Positiv-Rate beim Nachweis von SVs aufgrund der PCR-Amplifikation und eine geringe Kartierbarkeit auf große repetitive Sequenzen aufgrund kürzerer Read-Längen [34, 36]. Long-Read-Technologien können die Unzulänglichkeiten der Untersuchung von SVs mit Short-Read-Sequenzierung teilweise überwinden, da sie viel längere Sequenzen (bis zu 2 Mb) umfassen können [37, 38]. Die höhere Nukleotidfehlerrate im Vergleich zu Short-Read-Plattformen war ein Hindernis für die Einführung von Long-Read-Plattformen für bestimmte Anwendungen, aber die jüngsten Verbesserungen der Genauigkeit legen eine herausragende Rolle der Long-Read-Sequenzierung beim Aufrufen von SVs in die Zukunft nahe [38, 39,40,41].

Das Verständnis der Muster und Verteilung der strukturellen Variation kann die angemessene Interpretation klinischer diagnostischer Testdaten für klinische Anwendungen erleichtern und allgemein die Kartierung von Krankheitsgenen verbessern. Wir spekulieren, dass haplotyp-aufgelöste individuelle oder „personalisierte“ Genome klinisch relevanter und nützlicher werden, wenn die Verbindung zwischen SV und Gesundheit einen Punkt erreicht, der mit der heutigen Genfunktion und Krankheit vergleichbar ist.

Die iMap

Bei Eukaryoten ist die Anzahl der Kreuzungen pro Meiose gering, daher ist eine große Anzahl sequenzierter Gameten erforderlich, um eine genetische Karte mit hoher Dichte zu erstellen. Die Einzelzellsequenzierung ermöglicht die Analyse vieler Tausend genetisch einzigartiger Gameten einer Person, um eine individuelle genetische Karte zu erstellen, die wir als iMap bezeichnen. Die iMap überwindet die Herausforderung der Genotypisierung vieler menschlicher Familien mit wenigen Nachkommen (Abb. 2). Die potenziellen Vorteile der Erstellung einer iMap bei jeder sich sexuell fortpflanzenden Spezies sind erheblich. Für die Humanforschung wird es den Nachweis struktureller Variationen in anspruchsvollen Größenbereichen zwischen durchschnittlichen Long-Read-Längen und zytogenetischer Auflösung, z. B. 50 kb bis 3 Mbp, erleichtern. Die iMap könnte daher als ergänzendes Werkzeug zur Genomvervollständigung und Lückenschließung verwendet werden. Der Vorteil des iMap-Ansatzes kann die Fähigkeit sein, Zehntausende von Proben von einer Person zu untersuchen, und wahrscheinlich mehr, wenn die Sequenzierungskosten sinken. Daher werden genomische Regionen mit extrem niedrigen Crossover-Raten, z. B. zentromerische Regionen, immer noch eine Herausforderung beim Zusammenbau sein, aber durch die Untersuchung vieler Gameten können Forscher die Wahrscheinlichkeit erhöhen, die gewünschten Rekombinanten zu finden, die beim Schließen von Lücken helfen. Jenseits der menschlichen Forschung mit gewöhnlichen Versuchstieren sind die ethischen Implikationen positiv, da eine genetische Karte aus einem Tier statt aus Tausenden erstellt werden kann. Dieser Ansatz wird auch die Kosten für die Tierhaltung reduzieren. Darüber hinaus spekulieren wir für exotische und gefährdete Arten, dass diese Technologien letztendlich Vorteile bringen werden, wie beispielsweise die schnelle Erstellung von genetischen Karten de novo.

Stammbaum-basierte Karten und iMaps. Genetische Karten können de novo anhand von Stammbaumdaten erstellt werden. Personalisierte genetische Karten können aus Gameten-abgeleiteten Sequenzdaten abgeleitet werden

Mit zunehmender Chromosomenzahl und Ploidie steigt auch die Schwierigkeit, verknüpfte Marker für die Erstellung einer genetischen Karte zu finden. Von Gameten abgeleitete iMaps bieten eine wertvolle Komponente im Genom-Assembly-Toolkit. Ein wichtiger Machbarkeitsnachweis mit Aprikose nutzte eine Tröpfchenverkapselungstechnik, um haploide Gameten zu sequenzieren [42]. Unter Verwendung von 445 Gameten wurden SNPs unter Verwendung genetischer Kopplung phasengesteuert. Als nächstes wurden Massen-Long-Read-Sequenzen ihren übereinstimmenden Haplotypen zugeordnet. Eine Reihe orthogonaler Ansätze bestätigte, dass eine genaue de novo Genomanordnung erzeugt wurde. Wir glauben, dass ein solcher Ansatz Konsortien unterstützen sollte, die große, komplexe und wirtschaftlich wichtige Genome wie den 17-Gb-allohexaploiden Brotweizen mit 42 Chromosomen sequenzieren [43,44,45,46,47]. Schließlich wurden mit dem gleichen aprikosenhaploiden Short-Read-Datensatz auch nicht-allelische meiotische Kreuzungen bei niedrigen Frequenzen nachgewiesen, was nützliche zukünftige Anwendungen im Zusammenhang mit der Fruchtbarkeit bei Individuen aller Arten eröffnet. Short-Read-Technologien allein können das Genom von Arten mit hohen Duplikationsraten nicht genau erkennen und zusammenbauen, und daher erfordert die Genom-Zusammensetzung einen integrierten Ansatz.


Angelika Amon, Zellbiologin, Pionierin der Erforschung des Chromosomen-Ungleichgewichts, stirbt im Alter von 53

Angelika Amon, Professorin für Biologie und Mitglied des Koch-Instituts für integrative Krebsforschung, starb am 29. Oktober im Alter von 53 Jahren nach zweieinhalbjährigem Kampf gegen Eierstockkrebs.

„Professorin Amon ist bekannt für ihre durchdringenden wissenschaftlichen Erkenntnisse und ihre ansteckende Begeisterung für die tiefsten Fragen der Wissenschaft und hat eine außergewöhnliche Karriere aufgebaut – und dabei eine hingebungsvolle Gemeinschaft von Kollegen, Studenten und Freunden“, schrieb MIT-Präsident L. Rafael Reif in einem Brief an die MIT-Community.

„Angelika war eine Naturgewalt und ein hochgeschätztes Mitglied unserer Gemeinschaft“, sagt Tyler Jacks, David H. Koch Professor für Biologie am MIT und Direktor des Koch-Instituts. „Ihr Intellekt und ihr Witz waren gleichermaßen scharf, und sie brachte unübertroffene Leidenschaft in alles, was sie tat. Durch ihre bahnbrechende Forschung, ihre Mentorenschaft für so viele, ihre Lehre und eine Vielzahl anderer Beiträge hat Angelika einen unglaublichen Einfluss auf die Welt ausgeübt – einen, der noch lange anhalten wird.“

Ein Pionier der Zellbiologie

Von den frühesten Stadien ihrer Karriere an hat Amon tiefgreifende Beiträge zu unserem Verständnis der grundlegenden Biologie der Zelle geleistet, indem sie die regulatorischen Netzwerke entschlüsselt, die die Zellteilung und -proliferation in Hefen, Mäusen und Säugetier-Organoiden steuern, und die Ursachen von Chromosomen beleuchtet Fehlsegregation und ihre Folgen für menschliche Krankheiten.

Menschliche Zellen haben 23 Chromosomenpaare, aber wenn sie sich teilen, können sie Fehler machen, die zu zu vielen oder zu wenigen Chromosomen führen, was zu Aneuploidie führt. Amons akribische und rigorose Experimente, zuerst in Hefe- und dann in Säugerzellen, halfen dabei, die biologischen Folgen von zu vielen Chromosomen aufzudecken. Ihre Studien ergaben, dass zusätzliche Chromosomen die Zusammensetzung der Zelle erheblich beeinflussen, Stress bei wichtigen Prozessen wie der Proteinfaltung und dem Stoffwechsel verursachen und zu zusätzlichen Fehlern führen, die Krebs auslösen können. Obwohl Stress aufgrund von Aneuploidie die Überlebens- und Vermehrungsfähigkeit der Zellen beeinträchtigt, können Krebszellen – die fast überall aneuploid sind – unkontrolliert wachsen. Amon zeigte, dass Aneuploidie die üblichen Fehlerreparatursysteme der Zellen stört, wodurch sich genetische Mutationen schnell ansammeln können.

Aneuploidie ist normalerweise tödlich, aber in einigen Fällen können zusätzliche Kopien bestimmter Chromosomen zu Erkrankungen wie dem Down-Syndrom und Entwicklungsstörungen führen, einschließlich derjenigen, die als Patau- und Edwards-Syndrom bekannt sind. Dies veranlasste Amon, zu verstehen, wie diese negativen Auswirkungen zu einigen der Gesundheitsprobleme führen, die speziell mit dem Down-Syndrom verbunden sind, wie z. B. akuter lymphatischer Leukämie. Ihre Expertise in diesem Bereich führte sie zur Ernennung zur Co-Direktorin des kürzlich gegründeten Alana Down Syndrome Center am MIT.

„Angelikas Intellekt und Forschung waren ebenso erstaunlich wie ihr Mut und ihr Geist. Die grundlegende Arbeit ihres Labors zur Aneuploidie war ein wesentlicher Bestandteil unserer Einrichtung des Zentrums“, sagt Li-Huei Tsai, Picower Professor für Neurowissenschaften und Co-Direktor des Alana Down Syndrome Center. „Ihre Erforschung der unzähligen Folgen der Aneuploidie für die menschliche Gesundheit war von entscheidender Bedeutung und wird auch weiterhin die wissenschaftliche und medizinische Forschung leiten.“

Ein weiterer Schwerpunkt der Forschung im Amon-Labor war die Beziehung zwischen dem Wachstum, der Teilung und dem Alter von Zellen. Diese Arbeit hat unter anderem gezeigt, dass Zellen, sobald sie eine bestimmte Größe erreicht haben, die Fähigkeit zur Proliferation verlieren und nicht mehr in den Zellzyklus eintreten können. Darüber hinaus trägt dieses Wachstum zur Seneszenz, einem irreversiblen Zellzyklusarrest und der Gewebealterung bei. In verwandten Arbeiten hat Amon die Zusammenhänge zwischen Stammzellgröße, Stammzellfunktion und Gewebealter untersucht. Die Studien ihres Labors haben ergeben, dass bei hämatopoetischen Stammzellen eine geringe Größe für die Funktionsfähigkeit und Vermehrung der Zellen wichtig ist – tatsächlich veröffentlichte sie Anfang dieser Woche aktuelle Ergebnisse zu bioRxiv – und untersuchte die gleichen Fragen auch bei Epithelzellen.

Die Laborexperimente von Amon vertieften sich tief in die Mechanik der Biologie und versuchten, die Mechanismen hinter ihren Beobachtungen zu verstehen. Um diese Arbeit zu unterstützen, etablierte sie Forschungskooperationen, um Ansätze und Technologien zu nutzen, die von ihren Kollegen am Koch-Institut entwickelt wurden, darunter ausgeklügelte Organoid- und Mausmodelle des Darms, die vom Yilmaz Laboratory entwickelt wurden, und ein mikrofluidisches Gerät, das vom Manalis Laboratory entwickelt wurde, um physikalische Eigenschaften von einzelne Zellen.

Der Nervenkitzel des Entdeckens

Amon wurde 1967 geboren und wuchs in Wien, Österreich, in einer sechsköpfigen Familie auf. Mit ihren drei jüngeren Geschwistern spielte sie den ganzen Tag draußen und entwickelte eine frühe Liebe zur Biologie und zu Tieren. Sie konnte sich an keine Zeit erinnern, in der sie sich nicht für Biologie interessierte und ursprünglich Zoologin werden wollte. Aber in der High School sah sie einen alten Schwarz-Weiß-Film aus den 1950er Jahren über die Chromosomensegregation und fand den Moment, in dem sich die Schwesterchromatiden aufspalteten, atemberaubend. Da wusste sie, dass sie das Innenleben der Zelle studieren wollte und beschloss, sich an der Universität Wien in Österreich auf die Genetik zu konzentrieren.

Nach ihrem BS promovierte Amon dort bei Professor Kim Nasmyth am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie und promovierte 1993. Von Anfang an leistete sie wichtige Beiträge auf dem Gebiet der Zellzyklusdynamik. Ihre Arbeit über Hefegenetik im Nasmyth-Labor führte zu wichtigen Entdeckungen darüber, wie sich eine Phase des Zellzyklus für die nächste aufbaut, und enthüllte, dass Cycline, Proteine, die sich in Zellen beim Eintritt in die Mitose ansammeln, abgebaut werden müssen, bevor die Zellen die Mitose verlassen bis G1, eine Periode des Zellwachstums.

Gegen Ende ihrer Promotion interessierte sich Amon für Fruchtfliegengenetik und las die Arbeiten von Ruth Lehmann, damals Fakultätsmitglied am MIT und Mitglied des Whitehead Institute. Beeindruckt von der Eleganz von Lehmanns genetischem Ansatz bewarb sie sich und wurde in ihr Labor aufgenommen. 1994 kam Amon in die Vereinigten Staaten an, ohne zu wissen, dass es ihr ständiger Wohnsitz werden würde oder dass sie schließlich Professorin werden würde.

Während Amons Liebesaffäre mit der Fruchtfliegengenetik sich als kurz erweisen würde, war ihr Versprechen für Lehmann, jetzt Direktor des Whitehead Institute, sofort offensichtlich. „Ich werde nie vergessen, Angelika vom Flughafen abgeholt zu haben, als sie aus Wien in mein Labor einflog. Trotz der langen Reise war sie so voller Energie, bereit, über Wissenschaft zu sprechen“, sagt Lehmann. "Sie hatte alle Papiere auf dem neuen Gebiet gelesen und die Ergebnisse durchgeschnitten, um die wichtigsten Punkte gleichermaßen zu treffen."

Aber wie Amon gerne sagte: „Hefe wird dich verderben“. Lehmann erklärt: „Weil sie so schnell wachsen und es so viele Werkzeuge gibt, ist ‚Ihr Gehirn die einzige Einschränkung‘. Ich habe versucht, sie von der Schönheit und den Vorteilen meines langsamer wachsenden Lieblingsorganismus zu überzeugen. Aber am Ende hat Hefe gewonnen und Angelika hat ein bemerkenswertes Werk geschaffen, angefangen mit ihren vielen Beiträgen zur Zellteilung bis hin zur Entdeckung eines zellulären Aneuploidie-Programms.“

Im Jahr 1996, nachdem Lehmann zum Skirball Institute der New York University gegangen war, wurde Amon eingeladen, ein Whitehead Fellow zu werden, ein renommiertes Programm, das jungen Doktoranden Ressourcen und Mentoring für ihre eigenen Untersuchungen bietet. Ihre Arbeit an der Frage, wie Hefezellen den Zellzyklus durchlaufen und ihre Chromosomen aufteilen, sollte sie als eine der weltweit führenden Genetikerinnen etablieren.Während ihres Aufenthalts in Whitehead machte ihr Labor wichtige Erkenntnisse über die Rolle eines Enzyms namens Cdc14 bei der Anregung von Zellen, die Mitose zu verlassen, einschließlich der Tatsache, dass das Enzym in einem Zellkompartiment namens Nukleolus eingeschlossen ist und freigesetzt werden muss, bevor die Zelle austreten kann.

„Ich war eine von denen, die gesegnet waren, mit ihr einen ‚Heureka-Moment‘ zu teilen, wie sie es nennen würde“, sagt Rosella Visintin, zum Zeitpunkt der Entdeckung Postdoc in Amons Labor und jetzt Assistenzprofessorin an der European School of Molecular Medizin in Mailand. „Sie hatte so viele. Die meisten von uns haben das Glück, nur einen zu bekommen, und ich war einer der Glücklichen. Ich werde ihr Lächeln und Schreien nie vergessen – auch nicht das gesamte Whitehead Institute – als sie zum ersten Mal die Cdc14-Lokalisierung sah: „Du hast es geschafft, du hast es geschafft, du hast es herausgefunden!“ Leidenschaft, Aufregung, Freude – alles war in diesem Schrei.“

1999 brachte Amons Arbeit als Whitehead Fellow ihr eine Fakultätsstelle am MIT Department of Biology und am MIT Center for Cancer Research, dem Vorgänger des Koch-Instituts, ein. Seit 2007 ist sie ordentliche Professorin, Kathleen and Curtis Marble Professor in Cancer Research, Associate Director des Paul F. Glenn Center for Biology of Aging Research am MIT, Mitglied des Ludwig Center for Molecular Oncology am MIT und an Ermittler des Howard Hughes Medical Institute.

Ihre bahnbrechende Forschung wurde mit mehreren Preisen und Ehrungen ausgezeichnet, darunter dem Alan T. Waterman Award der National Science Foundation 2003, dem Paul Marks Prize for Cancer Research 2007, dem 2008 National Academy of Sciences (NAS) Award in Molecular Biology und dem 2013 Ernst Jung-Preis für Medizin. 2019 gewann sie den Breakthrough Prize in Life Sciences und den Vilcek Prize in Biomedical Science und wurde in die jährliche Liste der Great Immigrants, Great Americans der Carnegie Corporation of New York aufgenommen. In diesem Jahr wurde ihr der Nakasone Award des Human Frontier Science Program verliehen. Sie war auch Mitglied der NAS und der American Academy of Arts and Sciences.

Den Weg nach vorne beleuchten

Amons Beharrlichkeit, tiefe Neugier und Entdeckerfreude haben ihr in ihrer Rolle als Lehrerin, Mentorin und Kollegin gute Dienste geleistet. Sie hat mit vielen Labors auf der ganzen Welt zusammengearbeitet und ein tiefes Netzwerk wissenschaftlicher Zusammenarbeit und Freundschaften aufgebaut. Sie war eine gefragte Referentin für Seminare und die vielen Konferenzen, an denen sie teilnahm. In über 20 Jahren als Professorin am MIT hat sie mehr als 80 Postdocs, Doktoranden und Studenten betreut und den Lehrpreis der School of Science erhalten.

„Angelika war eine erstaunliche, energische, leidenschaftliche und kreative Wissenschaftlerin, eine hervorragende Mentorin für viele und eine ausgezeichnete Lehrerin“, sagt Alan Grossman, Praecis-Professor für Biologie und Leiter der Abteilung für Biologie des MIT. "Ihr Einfluss und ihr Vermächtnis werden weiterleben und von all denen, die sie berührt hat, verewigt werden."

„Angelika existierte in einer eigenen Liga“, erklärt Kristin Knouse, eine von Amons ehemaligen Doktoranden und derzeitige Whitehead Fellow. „Sie hatte die Energie und Aufregung von jemandem, der zum ersten Mal eine Pipette in die Hand nahm, aber die Brillanz und Weisheit von jemandem, der es seit Jahrzehnten tut. Ihre ansteckende Energie und ihr brillanter Verstand wurden von einem grenzenlosen Herzen und hartnäckigem Mut übertroffen. Sie konnte einen Blick auf alle Daten werfen und sofort einen scharfen Einblick liefern, der keinem anderen in den Sinn gekommen wäre. Ihre positiven Eigenschaften waren ansteckend, und jede Interaktion mit ihr, egal wie vergänglich, hat dazu geführt, dass Sie sich und Ihre Wissenschaft besser fühlen.“

Mit großer Freude daran, jungen Wissenschaftlern zu helfen, ihre eigenen „Heureka-Momente“ zu finden, setzte sich Amon unerschrocken für die Wissenschaft und die Rechte von Frauen und Minderheiten ein und inspirierte auch andere zum Kampf. Sie hatte keine Angst, sich für die Forschung und Anliegen einzusetzen, an die sie fest glaubte. Sie war ein Vorbild für junge Wissenschaftlerinnen und verbrachte unzählige Stunden damit, sie in einem von Männern dominierten Bereich zu betreuen und zu führen. Sie nahm Auszeichnungen für Frauen in der Wissenschaft dankend entgegen, darunter den Vanderbilt-Preis und den Women in Cell Biology Senior Award, stellte jedoch den Wert von Preisen in Frage, die sich auf Frauen als Frauen konzentrieren und nicht auf ihre wissenschaftlichen Beiträge.

„Angelika Amon war eine inspirierende Führungspersönlichkeit“, bemerkt Lehmann, „nicht nur durch ihre bahnbrechende Wissenschaft, sondern auch durch ihre Furchtlosigkeit, Sexismus und andere -ismen in unserer Gemeinschaft hervorzurufen. Ihr fesselndes Lachen und ihre unerschütterliche Betreuung und Anleitung werden von Studenten und Dozenten gleichermaßen vermisst. Das MIT und die Wissenschaftsgemeinschaft haben einen beispielhaften Führer, Mentor, Freund und Menschen verloren.“

Amons breitgefächerte Neugier führte dazu, dass sie über neue Ideen jenseits ihres eigenen Fachgebiets nachdachte. In den letzten Jahren hat sie eine Vorliebe für Dinosaurier und Fossilien entwickelt und erwähnte oft, dass sie Terraforming studieren möchte, was ihrer Meinung nach für den menschlichen Erfolg des Lebens auf anderen Planeten unerlässlich ist.

„Es war immer toll, mit Angelika über Wissenschaft zu sprechen, weil ihre Interessen so tief und breit angelegt, ihr Intellekt so scharf und ihre Begeisterung so ansteckend war“, erinnert sich Vivian Siegel, Dozentin am Fachbereich Biologie und seit Amons Postdoktorand befreundet Tage. „Neben ihrer eigenen Arbeit im Labor war sie von so vielen Dingen fasziniert, darunter Dinosaurier – sie träumten davon, ihre Töchter auf Ausgrabungen mitzunehmen – Flechten und sogar das Leben auf dem Mars.“

„Angelika war brillant, sie hat Wissenschaft und Wissenschaftler beleuchtet“, sagt Frank Solomon, Professor für Biologie und Mitglied des Koch-Instituts. "Und sie war intensiv, sie wärmte die Menschen um sie herum und erweiterte, was es bedeutet, eine Freundin zu sein."

Amon hinterlässt ihren Ehemann Johannes Weis und ihre Töchter Theresa und Clara Weis sowie ihre drei Geschwister und deren Familien.


Jahrestag der Entdeckung/Isolierung des Hefezentromers durch Clarke und Carbon

Das erste Zentromer wurde vor 35 Jahren von Louise Clarke und John Carbon aus knospender Hefe isoliert. Sie begannen ihre Reise mit rudimentären molekularen Werkzeugen (nach heutigen Maßstäben) und wenig Wissen über die Struktur eines Chromosoms, geschweige denn über die Natur eines Zentromers. Ihre Entdeckung eröffnete ein neues Feld, da nun Zentromere aus Pilzen und zahlreichen Pflanzen und Tieren, einschließlich Säugetieren, isoliert wurden. Knospungshefe und mehrere andere Pilze haben kleine Zentromere mit kurzen, gut definierten Sequenzen, die als Punktzentromere bekannt sind, während regionale Zentromere mehrere Kilobasen bis hin zu Megabasen umfassen und keine DNA-Sequenzspezifität zu haben scheinen. Zentromere sind das Herzstück künstlicher Chromosomen, und wir haben die Geburt synthetischer Zentromere in knospenden und spaltenden Hefen und Säugetieren erlebt. Die Diversität der Zentromere in der gesamten Phylogenie täuscht über konservierte Funktionen hinweg, die erst am Anfang verstanden werden.

Vor 35 Jahren wurde Zentromer-DNA erstmals von Louise Clarke und John Carbon entdeckt, die an der University of California, Santa Barbara, arbeiteten (Clarke and Carbon, 1980, 1985). Um den bahnbrechenden Aspekt dieser Arbeit zu würdigen, ist es wichtig, die damaligen Fragen zu berücksichtigen und insbesondere das Verständnis davon, was ein Chromosom ausmacht. Chromosomen waren in gefärbten Präparaten sichtbar (daher „Chromosom“ für „farbige Körper“), aber der physikalische Beweis, dass ein Chromosom ein lineares DNA-Molekül ist, wurde erst durch die Trennung von intakter chromosomaler DNA durch Pulsfeld-Gradienten-Gelelektrophorese (Schwartz und Kantor, 1984). Die damalige Alternativhypothese war, dass jedes Chromosom wie ein Kabel aufgebaut ist, mit vielen Strängen umeinander gewickelt. Clarke und Carbon basierten ihr Projekt auf der Kinetik der DNase-Spaltung (Gall, 1963) und der Kinetik der Nukleinsäure-Reassoziation (Britten und Kohne, 1968, Wetmur und Davidson, 1968). Gall hatte Lampenbürstenchromosomen untersucht, deren Schleifen von einer Hauptachse ausgingen. In einer klassischen quantitativen Studie verwendete Gall die Geschwindigkeit des DNase-Verdaus und einen visuellen Bruchtest, um abzuleiten, dass jedes Chromatid eine sehr lange DNA-Doppelhelix enthielt. Britten und Davidson waren damit beschäftigt, die Architektur des Genoms abzuleiten (Anteil von Single-Copy-Genen und mittleren repetitiven und stark repetitiven Sequenzen) und konnten aus der Größe des Genoms auf die Menge an DNA/Chromosom schließen. Bakterielle Genome lagen im Bereich von mehreren Millionen Basenpaaren und bei Escherichia coli, waren in einem einzigen ringförmigen Molekül enthalten. Clarke und Carbon argumentierten, dass, wenn das eukaryotische Chromosom ein einzelnes, kontinuierliches Molekül wäre, man in der Lage sein sollte, Zellen mit Zentromer-verknüpften Mutationen zu transformieren, das Gen durch Komplementation zu identifizieren und Nukleinsäure-Reassoziation (Hybridisierung) zu verwenden, um von einer Seite des Zentromer zum anderen.

Die molekulare Klonierung steckte noch in den Kinderschuhen, erst einige Jahre zuvor wurden Komplementation und Hefetransformation etabliert (Hinnen et al., 1978). Es gab keine Shuttle-Vektoren für die Plasmidamplifikation in Eukaryoten, keine PCR, keine Genomsequenzen und keine Software für die DNA-Datenanalyse. Am wichtigsten war, dass es keinen Bioassay für das Zentromer gab. Wie würden sie es wissen, wenn sie dort ankamen?

Unbeeindruckt von dem, was im aktuellen Finanzierungsklima schwer zu rechtfertigen wäre, isolierten Clarke und Carbon Gene auf beiden Seiten des Zentromers auf dem Hefechromosom III (LEU2 und PGK1). Eine der beherrschbaren Eigenschaften von Hefe ist, dass alle Produkte der meiotischen Zellteilung in einem einzigen Sack, dem Ascus, enthalten sind. Homologe Chromosomen segregieren in der Meiose I, was bedeutet, dass Zentromer-gebundene Gene auf Nicht-Schwesterchromatiden in der Meiose I segregieren. Dies führt zu einer charakteristischen Anordnung der Gene im Ascus und einer Methode zur Kartierung des Zentromers und folglich der Zentromer-gebundenen Gene. LEU2 wurde nicht durch Komplementierung der Hefe isoliert leu2 Mutation, da diese 1978 der Etablierung der Hefetransformation vorausging. Stattdessen argumentierten Ratzkin und Carbon (1977), dass gemeinsame Biosynthesewege in prokaryotischen und eukaryotischen Zellen gemeinsame Enzyme und daher gemeinsame Gene aufweisen. Die Hefe LEU2 Gen wurde durch Komplementation einer auxotrophen Mutante in isoliert E coli (leuB Ratzkin und Carbon, 1977). Als Beweis des Prinzips identifizierten sie auch die Hefe HIS2 Gen durch Komplementierung von hisB E. coli Mutanten. Auf der anderen Seite des Zentromers auf Chromosom III liegt PGK1. PGK1 katalysiert einen Schritt im glykolytischen Stoffwechselweg und wird in knospenden Hefen stark exprimiert. Kohlenstoff et al. (1978) hatte eine immunologische Strategie entwickelt, um rekombinante E coli Klone, die verschiedene Hefeenzyme exprimieren, und Hitzeman et al. (1980) nutzten dies, um die PGK1 Gen.

Der Spaziergang beginnt mit der radioaktiven Markierung jedes Gens und der Hybridisierung der markierten Sonden, um zu identifizieren E coli Kolonien, die einige oder alle von jedem Fragment enthalten. Die Bibliothek wird mit zufällig gescherten Fragmenten der genomischen DNA erstellt, und daher enthält im Durchschnitt jede Kolonie unterschiedliche Stücke derselben DNA-Region. Sobald eine Kolonie identifiziert ist, wird die Plasmid-DNA isoliert, unter Verwendung von Restriktionsenzymen kartiert und selbst radioaktiv markiert, um den nächsten Schritt durchzuführen. Jeder Schritt kann in beide Richtungen gehen, und somit ist der Fortschritt zum Zentromer doppelt so anstrengend wie beim Gehen. Eines der genomischen Landmarken, die bei diesem Spaziergang entdeckt wurden, war das Retrotransposon (Hefe TY2 Kingsman et al., 1981). Transposable Elemente waren gerade entdeckt und im gesamten Genom verteilt gefunden worden (Cameron et al., 1979). Darüber hinaus sind >100 „Delta“-Sequenzen, die sich an den Enden von TY-Elementen wiederholen, ebenfalls im Genom verstreut, Fußspuren der Transposition. Wiederholte DNA ist der Fluch der Überlappungshybridisierungsstrategen. Sobald eine wiederholte Region angetroffen wird, „leuchten“ viele Kolonien auf, und es gibt wenig Hoffnung, dass man mit den Werkzeugen in der Hand die Wiederholung „überqueren“ kann.

Glücklicherweise waren viele im Feld an den Fortschritten von John und Louise interessiert. John telefonierte mit Lee Hartwell (University of Washington, Seattle, WA) und diskutierte über Zentromere. Lee erwähnte, dass eine der Mutanten des Zellteilungszyklus (CDC Mutanten Hartwell et al., 1973), CDC10, war eng mit dem Zentromer auf Chromosom III verbunden. Clarke isolierte einen Klon, der die temperaturempfindliche cdc10-Mutation komplementiert. Dieser Klon enthielt ein 8-kb-Fragment, das mit Klonen im Labor aus dem LEU2 Region. Die Jagd war im Gange. CDC10 ist so nah am Zentromer, dass es aus genetischen Crossing-Over-Daten schwer zu unterscheiden war, ob es auf der Seite des Zentromers war LEU2 oder die andere Seite. Möglicherweise enthielt dieser Klon das begehrte Zentromer.

Tatsächlich wurden Plasmide, die diese Sequenzen enthielten, nach vielen Generationen von nichtselektivem Wachstum in der Mitose und Mendelscher Segregation in der Meiose stabil aufrechterhalten. Diese bleiben die Markenzeichen für die Zentromerfunktion. Die mitotische Stabilität wurde von Hsiao und Carbon (1981) für die direkte Isolierung zusätzlicher Zentromere ausgenutzt. Sie transformierten eine Hefe-DNA-Bibliothek in Zellen und züchteten einfach die transformierten Zellen ohne genetische Selektion auf das komplementierende Gen auf dem Plasmid. Das wäre noch vor 2 Jahren ketzerisch gewesen. Nach vielen Runden nichtselektiven Wachstums wurden die Zellen auf selektiven Medien ausplattiert. Auf diese Weise werden zwei der bekannten Zentromere (CEN3 und CEN11) und mehrere andere wurden ohne Chromosomenwandern, Subklonieren oder Überlappungshybridisierung identifiziert. Studenten der Mitose sind Clarke und Carbons kühnen Experiment und Craig Chinault, einem frühen Chromosomenwandler, für immer zu Dank verpflichtet (Chinault und Carbon, 1979).

Die Isolierung von Zentromeren aus knospenden Hefen markierte die Geburt mehrerer Felder. Clarke identifizierte die Zentromer-DNA aus Schizosaccharomyces pombe und definierte regionale Zentromere. Carbon interessierte sich für die Funktion von Zentromeren und isolierte DNA-bindende Proteine ​​von Zentromeren. Auch hier muss man den Umfang des Problems einschätzen. Es gibt 16 Chromosomen mit jeweils einem einzigen Zentromer. Da ein Überschuss an Zentromeren zu genetischer Instabilität führt (McClintock, 1938, 1953), gab es allen Grund zu der Annahme, dass Zentromer-bindende Proteine ​​in extrem geringer Häufigkeit vorliegen (1 Satz Proteine/Zentromer, 16 pro Zelle). Ein Durchbruch bei der biochemischen Isolierung des DNA-Bindungskomplexes gelang J. Lechner, als J. Lechner herausfand, dass ein Chaperon-Protein (Casein) erforderlich war, um die sequenzspezifische Bindung des Komplexes an Zentromer-DNA zu erleichtern, und veröffentlichte die Isolierung eines 240-kDa-Komplexes, bezeichnet mit CBF3 für die drei Proteine ​​im Komplex (Lechner und Carbon, 1991). Zwei Jahre später wurde das Gen für die große Untereinheit (NDC10, 110 kDa) des Komplexes wurde gleichzeitig von Jiang . identifiziert et al. (1993a) und Goh und Kilmartin (1993).

Als Pionier isolierte Carbon einen zweiten Centromer-bindenden Komplex, CBF5, die ihn mehrere Jahre lang (1993–1999) beschäftigt hatte. CBF5 katalysiert die Umwandlung von Uridin in Pseudouridin in rRNA und tRNA und ist Teil der H/ACA kleinen nukleolären Ribonukleoproteine. Es gab mehrere genetische Hinweise, dass CBF5 Zentromerfunktion hatte. Überexpression von CBF5 unterdrückt temperaturempfindliche Mutanten von ndc10-1 (Jiang et al., 1993b), und es gibt eine Erhaltungsdomäne in CBF5 die Mikrotubuli in vitro bindet. Es hat Jahrzehnte gedauert, um zu verknüpfen CBF5 zurück zum Zentromer – passenderweise durch tRNAs und ihre Gene, Johns erste Liebe (ca. 1960er bis 1970er Jahre).

John und Louise sind verantwortlich für die Definition des Punktzentromers, des kleinsten bekannten Zentromers in der Phylogenie. Da ich ihrer Mentorschaft und dem Start meiner unabhängigen Karriere für immer zu Dank verpflichtet bin, kann der Leser meine Bestürzung würdigen, als ein Kollege (J. Haber, Brandeis University, Waltham, MA) mich als jemanden vorstellte, der eine Karriere versucht hat um das Zentromer größer zu machen“ (Bloom, 2014). Die einzelnen Hefe-Zentromere sind an den Plus-Enden von 16 Kinetochor-Mikrotubuli gruppiert, die zylindrisch um die zentralen Pol-Pol-Mikrotubuli der Hefespindel angeordnet sind (Abbildung 1). Der gesamte Cluster hat einen Durchmesser von 250 nm und eine Breite von 70 nm. Schwesterzentromere sind jedoch in der Metaphase um ∼800 nm voneinander getrennt. Die physikalische Trennung zwischen Schwester-Kinetochoren ist während der gesamten Phylogenie hoch konserviert, obwohl die Zentromer-DNA mehr als vier Größenordnungen umfasst (von der Hefe bis zum Menschen). Das zentromere Heterochromatin muss zu einer sehr kompakten und organisierten Struktur gefaltet werden, die sich für die Übertragung mechanischer Kräfte eignet. Ein evolutionär konservierter Weg – der Spindelmontage-Checkpoint – überwacht den Status der Kinetochor-Mikrotubulus-Anheftungsstelle, einschließlich des Vorhandenseins oder Fehlens eines Mikrotubulus und ob Spannung zwischen Schwester-Kinetochoren erzeugt wird. Die Fehlerkorrekturmechanismen und wie die Zelle eine stabile versus instabile Mikrotubuli-Anheftung als Reaktion auf den Zustand jedes Schwester-Kinetochors fördert, sind in die Struktur des Kinetochors und des zentromeren Heterochromatins eingebettet.

ABBILDUNG 1: Links das Größenverhältnis zwischen der durch die Zentromer-Nuklease geschützten Region und einem einzelnen Mikrotubulus. Das Nukleosom ist 5 × 11 nm groß und enthält 146 Basenpaare DNA, die um einen Kern aus acht Histonmolekülen gewickelt sind. Basierend auf der Größe des Nukleosoms wurde geschätzt, dass das Kinetochor aufgrund der Zunahme der geschützten DNA (220-bp-Zentromer vs. 160-bp-Nukleosom Bloom and Carbon, 1982 Bloom .) etwas größer war et al., 1983). Rechts die Größenbeziehung zwischen zentromerischem Heterochromatin und den 16 Kinetochor-Mikrotubuli in der Halbspindel in Hefe. Die 16 Hefe-Zentromere sind an den Plus-Enden von 16 Kinetochor-Mikrotubuli geclustert. Die Schwesterkinetochore in der anderen Spindelhälfte sind nicht dargestellt. Die Zentromere aller 16 Chromosomen sind über Cohesin und Condensin vernetzt, Proteine, die in den 50 kb um jedes Zentromer angereichert sind (Stephens et al., 2011, 2013). Aus systembiologischer Sicht kann man die 50 kb von jedem der 16 Zentromere als das Äquivalent eines Säuger-Zentromers (800-kb-Hefe vs. 1- bis 5-Mb-Säuger-Zentromer) betrachten.

Wenn wir das Zentromer systemisch betrachten, finden wir die gesamte Hefespindel analog zu einem einzelnen Säugetier-Kinetochor (Bloom, 2014). Obwohl knospende Hefe keine das Zentromer flankierenden Satellitensequenzen aufweist, sind die tRNA-Gene in den das Zentromer umgebenden 50 kb ungefähr zweifach angereichert (Snider et al., 2014). Die CBF5 Pseudouridin-Synthase ist zusammen mit tRNA-Transkriptionsfaktoren (z et al., 2014). Die Bindung von Cbf5 bringt Kondensin in die Nähe der Transfer-DNA (tDNA)-Gene, was durch die Aggregation mehrerer tDNAs zur Ansammlung von Pericentromeren verschiedener Chromosomen führt.Dies führt zur Konzentration von Kondensin entlang der Spindelachse und zur mechanischen Integrität des Netzwerks. Auf diese Weise fungieren die einzelnen Zentromere in knospenden Hefen als integrierte Einheit (Stephens et al., 2013). Cbf5 ist wichtig für die Zentromerfunktion, jedoch auf der Ebene des zentromeren Heterochromatins und nicht an der Mikrotubuli-Anheftungsstelle.

Ausgehend von den unglücklichen Anfängen einer 125-bp-CEN-DNA sehen wir uns derzeit ∼1 MB zentromerischem Heterochromatin (800 kb: 16 Chromosomen mal eine 50-kb-Region um jedes Zentromer, angereichert mit tDNA-Genen, Condensin und Cohesin und proximal der Spindel) gegenüber Achse) in der Metaphase. Wir haben Methoden entwickelt, um einzelne Chromosomen und ihre Zentromere in lebenden Zellen sichtbar zu machen (Robinett et al., 1996 Gerade et al., 1996, 1997 Pearson et al., 2001), können wir die Chromosomendynamik in Raum und Zeit verfolgen und Prinzipien aus der Polymerphysik einbeziehen, um Intuition aufzubauen. Sicher ist, dass weitere Überraschungen auf uns warten, wenn wir den Clarke/Carbon-Standard für mutige Experimente anstreben, die dauerhafte Grundlagen schaffen.


EINLEITUNG

Die Kombination aus humaninduzierter pluripotenter Stammzellreprogrammierung (hiPSC) und CRISPR/Cas9-Technologie hat neue Perspektiven auf dem Gebiet der Stammzellforschung geschaffen, die die Entwicklungsbiologie bis hin zu translationalen und therapeutischen Anwendungen umfassen (Rossant & Tam, 2017 Wu & Izpisua Belmonte, 2015 Yamanaka, 2012). Die CRISPR/Cas9-basierte Genbearbeitung hat es ermöglicht, krankheitsassoziierte Mutationen in menschlichen pluripotenten Stammzellen (hPSCs) genau zu korrigieren oder einzuführen, um isogene Kontroll-/Krankheitslinien zu erzeugen, wodurch das Problem der genetischen Variabilität zwischen einzelnen hPSC-Linien überwunden wird. In ähnlicher Weise ermöglichen transgene hPSCs, die Reporter oder Expressionskassetten enthalten, die in endogene oder sichere Hafenorte klopfen, Zellverfolgungsexperimente, funktionelle Studien oder Geninduktion (Doudna & Charpentier, 2014 Hsu, Lander & Zhang, 2014). Obwohl die Kombination von hPSC- und CRISPR/Cas9-Technologien die Krankheitsmodellierung und die regenerative Medizin revolutioniert, wird der Fortschritt durch fehlende Standardisierung, Prozesse mit niedrigem Durchsatz und unzureichende Robustheit behindert.

Eine der größten Herausforderungen im Genome Editing-Prozess für hPSCs ist die Isolierung einzelner Zellen und die Ableitung klonaler Zellpopulationen mit den gewünschten genetischen Modifikationen. Dieser Engpass beim Klonen einzelner Zellen tritt auf, weil hPSCs empfindlich auf Umweltveränderungen wie pH, Osmolarität und Nährstoffversorgung, mechanischen Stress/Scherkräfte und vor allem den Verlust des Zell-Zell- und Zell-Extrazelluläre Matrix (ECM)-Kontakts reagieren. Unter herkömmlichen 2D-Kulturbedingungen wachsen hPSC typischerweise in dicht gepackten Kolonien auf Oberflächen, die mit verschiedenen ECM-Komponenten beschichtet sind. Wenn diese Zell-Zell- und Zell-ECM-Kontakte gestört sind, wird ein apoptotisches Programm, bekannt als Anoikis, induziert, was zu einer signifikanten Verringerung der Überlebensrate einzelner Zellen führt (Chen, Hou, Gulbranson & Thomson, 2010). Ein einzelner Zellisolierungsprozess in Kombination mit Überlebens- und Proliferationsverbesserung unter Verwendung kleiner Moleküle und optimierter Kulturbedingungen ist entscheidend für die erfolgreiche Selektion und Expansion genomeditierter hPSCs. Ansätze wie das manuelle Pflücken einzelner ausgewachsener Kolonien und/oder die Begrenzung der Verdünnung sind nicht optimal, da sie arbeitsintensiv und ineffizient sind. Außerdem beweisen diese Verfahren nicht mit Sicherheit ein erfolgreiches Einzelzell-Klon-Wachstumsereignis nach dem Isolierungsverfahren. Darüber hinaus setzen Protokolle zur Gen-Editierung Stammzellen normalerweise harten Bedingungen aus, die weiter zu einem schlechten Überleben führen (z. Eine weitere Herausforderung, die es zu bewältigen gilt, ist die Länge des Prozesses – ein typischer Arbeitsablauf zur Genbearbeitung dauert 2 bis 4 Monate, und ein Großteil der Zeit wird für die Isolierung, Genotypisierung, Selektion und Expansion von hPSC-Subklonen aufgewendet. Daher wären automatisierte Systeme, die eine schnellere und präzisere Isolierung von hPSCs mit erhöhtem Einzelzellüberleben bieten, für Forschung und kommerzielle Anwendungen sehr wünschenswert. Eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Einzelzellabgabe wurden entwickelt und sind derzeit im Handel erhältlich.

Die Autoren dieses Artikels haben drei Plattformen mit unterschiedlichen Arbeitsprinzipien getestet, die innerhalb eines vollständigen hPSC-Subklonierungs-Workflows angewendet werden können, einschließlich Isolierung, klonaler Expansion und weiterer Charakterisierung. Das hier beschriebene Basic Protocol ist an die iotaScience IsoCell-Plattform gekoppelt, ein Gerät mit geringem Platzbedarf, das Miniaturisierung und damit Kostensenkung ermöglicht (https://www.iotasciences.com/). Wir bieten in alternativen Protokollen zwei zusätzliche Plattformen an: CellenONE X1/F1 (https://www.cellenion.com/ siehe Alternate Protocol 1) und Cytena c.sight/f.sight (https://www.cytena .com/ siehe Alternativprotokoll 2) Einzelzellenspender. Alle drei Plattformen wurden entwickelt, um eine hohe Zelllebensfähigkeit und geringe Kontaminationsraten zu gewährleisten und das Vertrauen in die monoklonale Effizienz zu erhöhen. Wir beschreiben die relevanten Zellkulturmethoden und spezifischen Geräteprotokolle, die eine robuste und effiziente automatisierte Subklonierung von hPSCs für eine Vielzahl von Anwendungen ermöglichen. Schließlich stellen wir Beispieldaten zur Verfügung und heben die karyotypische Stabilität und die aufrechterhaltene Pluripotenz hervor, um den Workflow für jedes Gerätesystem zu validieren.


Niedrige Sauerstoffwerte verhindern die Inaktivierung des X-Chromosoms in menschlichen embryonalen Stammzellen

Laut Forschern des Whitehead Institute kann der Sauerstoffgehalt im Labor menschliche embryonale Stammzellen (ES) dauerhaft verändern und insbesondere die Inaktivierung des X-Chromosoms in weiblichen Zellen induzieren. Humane ES-Zellen wurden routinemäßig erzeugt und auf einem atmosphärischen Sauerstoffgehalt von etwa 20 % gehalten. Zellen im Körper sind normalerweise nur 1-9% Sauerstoff ausgesetzt.

„Wenn menschliche ES-Zellen bei 20 % Sauerstoff isoliert werden, werden sie gestresst und inaktivieren ein X-Chromosom in weiblichen Zellen“, sagt Whitehead-Gründungsmitglied Rudolf Jaenisch. „Dies argumentiert, dass der konventionelle Weg, menschliche ES-Zellen herzustellen, nicht optimal ist. Wir sagen nicht, dass unsere Methode der einzige oder der bestmögliche Weg ist, aber sie ist besser als die konventionelle Methode.“

Diese Ergebnisse werden in der dieswöchigen Online-Ausgabe von . veröffentlicht Zelle.

Wissenschaftler interessieren sich für menschliche ES-Zellen, weil sie die Fähigkeit haben, zu fast jedem Zelltyp im Körper zu reifen, eine Eigenschaft, die als Pluripotenz bekannt ist. Theoretisch könnte dieses Potenzial zur Behandlung von Krankheiten oder Verletzungen genutzt werden.

„Außerdem sind menschliche ES-Zellen das einzige Werkzeug, das wir haben, um den Beginn der menschlichen Entwicklung zu untersuchen“, sagt Maisam Mitalipova, Direktorin der Whitehead Human Stem Cell Facility und Designerin der Studie, über die in . berichtet wird Zelle.

Aber menschliche ES-Zellen, selbst aus denselben Zelllinien, haben in Experimenten unterschiedliche Ergebnisse geliefert. Inkonsistente Ergebnisse können die Methoden oder Schlussfolgerungen eines Experiments in Frage stellen.

„Die enormen Unterschiede von Labor zu Labor bei der Kultivierung und Isolierung von ES-Zellen sind eines der großen Probleme auf diesem Gebiet“, sagt Christopher Lengner, Erstautor der Zelle Paper und Postdoc im Labor Jaenisch. „Allein aufgrund ihrer Wachstumsbedingungen können die Zellen völlig unterschiedlich sein. Also wollten wir zu den Grundlagen zurückkehren und wirklich einen Grundzustand dafür schaffen, wie wir diese Zellen isolieren und wie wir sie am besten erhalten.“ möglich."

Humane ES-Zellen werden normalerweise aus befruchteten Eizellen gewonnen, die von Patienten in Kliniken für In-vitro-Fertilisation (IVF) für die Forschung bestimmt waren. Nachdem ein Embryo zu einer Kugel von etwa 100 Zellen herangewachsen ist, entfernen die Forscher die ES-Zellen. Traditionell wurde all diese Arbeit, von der Herstellung der befruchteten Eizellen in der IVF-Klinik bis zur Isolierung und Pflege der menschlichen ES-Zellen im Labor, bei atmosphärischem Sauerstoff durchgeführt. Die resultierenden menschlichen ES-Zellen weisen mehrere Unterschiede in ihren Genomen auf, was darauf hinweist, dass sie sich in einem etwas weniger flexiblen und pluripotenten Zustand befinden als Maus-ES-Zellen.

Zum Beispiel haben weibliche menschliche ES-Zellen nach einer frühen zufälligen Inaktivierung immer das gleiche X-Chromosom inaktiviert, während Maus-ES-Zellen zwei aktive X-Chromosomen aufweisen, bis die Zellen mit der Differenzierung beginnen, wenn eines der X-Chromosomen in jeder Zelle zufällig inaktiviert wird. Die X-Inaktivierung ist für die richtige Entwicklung in einer weiblichen Zelle von entscheidender Bedeutung. Wenn beide X-Chromosomen in einer erwachsenen Zelle aktiv bleiben, wird die Zelle die doppelte Expression der X-Chromosom-Gene aufweisen, was tödlich ist.

Um zu testen, wie sich der Sauerstoffgehalt während der Isolierung und Kultur auf menschliche ES-Zellen auswirkt, hat Mitalipova sechs neue menschliche ES-Zelllinien entwickelt – zwei männliche und vier weibliche. Die Hälfte der von jedem Embryo isolierten Zellen wurde in 20% Sauerstoff kultiviert, während die andere Hälfte erzeugt und bei 5% Sauerstoff gehalten wurde. Anschließend untersuchten die Forscher nicht nur alle in diesen Zellen exprimierten Gene, sondern auch ihren epigenetischen Zustand.

„Wenn man die menschlichen ES-Zellen nur wenige Tage dem Luftsauerstoff aussetzt, spielt das gesamte Genom verrückt – es gibt massive Veränderungen der Genexpression“, sagt Lengner.

Aber nach einiger Zeit passen sich die menschlichen ES-Zellen an den Luftsauerstoff an und fast alle diese Veränderungen normalisierten sich wieder, bis auf das X-Inaktivierungsgen XIST, das stark eingeschaltet blieb. Als Alexander Gimelbrant, Assistant Professor am Dana Farber Cancer Institute und Co-Erstautor des Artikels, nachsah, war bei den weiblichen menschlichen ES-Zellen, die 20% Sauerstoff ausgesetzt waren, ein X-Chromosom dauerhaft inaktiviert. Allerdings zeigten die mit 5% Sauerstoff gewonnenen humanen ES-Zellen nicht die starke Aktivierung des XIST-Gens, und beide X-Chromosomen in den weiblichen Zellen blieben aktiv – ein Hinweis darauf, dass diese Zellen sich in einem entwicklungstechnisch unberührteren Zustand befanden als ihre kultivierten Gegenstücke im Luftsauerstoff.

Obwohl sich diese Arbeit auf die Auswirkungen des Sauerstoffgehalts in der Umgebung konzentrierte, können andere Faktoren ähnliche negative Auswirkungen auf menschliche ES-Zellen haben.

„Es scheint, dass Stress im Allgemeinen, wie das ineffiziente Einfrieren von Zellen im Labor oder Embryonen in der IVF-Klinik oder die starke Manipulation der Zellen, dazu führen kann, dass die Zellen ein X-Chromosom inaktivieren und etwas Pluripotenz verlieren“, sagt Mitalipova.

Selbst wenn diese Stressoren, einschließlich eines hohen Sauerstoffgehalts, eliminiert werden, sind die menschlichen ES-Zellen immer noch nicht so pluripotent wie die ES-Zellen der Maus.

In einem Papier, das Anfang dieses Monats in der Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) beschreibt Jacob Hanna vom Jaenisch-Labor zwei Ansätze, um bestehende und neu etablierte humane ES-Zellen in den pluripotenten Zustand zu bringen, der in Maus-ES-Zellen zu sehen ist. Hannas Methoden beruhen entweder auf Genen, die in die DNA der ES-Zellen eingefügt werden, oder auf Medikamenten, die dem die Zellen umgebenden Kulturmedium zugesetzt werden, was menschliche ES-Zellen im pluripotenten Zustand zu halten scheint.

Diese Forschung wurde von Hillel und Liliana Bachrach und Susan Whitehead unterstützt.

Quelle der Geschichte:

Materialien zur Verfügung gestellt von Whitehead Institute for Biomedical Research. Original geschrieben von Nicole Giese. Hinweis: Der Inhalt kann hinsichtlich Stil und Länge bearbeitet werden.


EINLEITUNG

Jüngste Forschungsfortschritte bei genomischen Störungen haben die Sammlung großer Mengen qualitativ hochwertiger DNA erforderlich gemacht, die aus verschiedenen Probenquellen gewonnen werden muss. Die DNA-Typisierung ist derzeit die am besten validierte Methode zur persönlichen Identifizierung von menschlichen Körperflüssigkeitsflecken, die an Tatorten gefunden wurden. In einer Vielzahl von genetischen Studien besteht das häufig verwendete Verfahren darin, genomische DNA aus kernhaltigen Zellen des peripheren Blutes zu gewinnen. Aufgrund der Invasivität dieses Ansatzes kann es schwierig sein, Proben von den Studienteilnehmern zu erhalten. 1 , 2 Die Isolationsschemata waren langwierig, und die Gesamtanalysezeiten waren auch ziemlich lang. Andere alternative Quellen für die DNA-Isolierung sind Wangenzellen, Haare mit Follikel und Urin, die auf nichtinvasive Weise leichter zu gewinnen sind als durch eine invasive Blutentnahme. 2 Die bukkale Zellsammlung kann leicht durch einen Wangenabstrich mit einem Wattestäbchen oder durch ein Mundspülverfahren durchgeführt werden. 3 Die DNA-Isolierung mit Wangenabstrichen bietet viele Vorteile wie kostengünstige Verarbeitung, geringerer Probenbedarf, Langzeitarchivierung und Eignung zur Selbstentnahme. Für den Patienten ist es angenehmer und die Wangenabstriche liefern ausreichend DNA für die PCRs, da sie nur wenige Nanogramm DNA benötigen. 3

Menschliches Haar ist eines der gebräuchlichsten biologischen Materialien im Zusammenhang mit juristischen Ermittlungen und wurde für die statistikbasierte Bevölkerungsarbeit und DNA-basierte Analyse in der Kriminologie verwendet. 4 Die wertvollste Methode des DNA-Tests ist die kurze Tandem-Repeat-Analyse der nukleären DNA. 5 Dies ist möglich, wenn der Wurzelanteil des Haares und/oder anhaftendes Gewebe vorhanden ist. Telogenhaare (ausgefallene Haare), die oft mit einem Tatort in Verbindung gebracht werden, dürfen jedoch kein nukleares Material enthalten. 5 Zelluläre Mitochondrien und mitochondriale DNA (mtDNA) bleiben immer noch intakt 5 , 6 während der Zellkern abgebaut wird, wenn der Haarschaft während der Keratinisierung verhärtet und eine mtDNA-Analyse aus dem keratinisierten Haar möglich ist. Leider erfordert die proteinreiche Natur von Haarproben zusätzliche Schritte, um den Schaft aufzubrechen und die DNA freizusetzen (wie die Fragmentierung mit einer mikroskopischen Glasmühle, gefolgt von einer Extraktion mit organischen Lösungsmitteln) 7 – 9 erhöhte Kontaminationsgefahr. Die forensische Untersuchung menschlicher Urinflecken ist von großer Bedeutung, um den genauen Tatort und die Art des Todes zu ermitteln. 10 Humanurin ist eine geeignete Probe für die toxikologische Analyse bei Doping- und Drogenscreeningtests. 11

Aufgrund praktischer Schwierigkeiten und methodischer Gründe ist es jedoch wesentlich, die Bedingungen zu optimieren, um die Ausbeute und Reinheit der DNA zu maximieren, die aus verschiedenen Arten von Proben mit verschiedenen Methoden erhalten wurde. Eine vereinfachte Methode zur DNA-Extraktion aus Haarschäften, die in der vorliegenden Studie demonstriert wird, die unnötige Schritte reduziert, eliminiert praktisch die Kontamination der DNA und spart auch die Zeitdauer der Analyse erheblich ein, was sowohl für die forensische Gemeinschaft als auch für die die bevölkerungsbezogene Forschungsgemeinschaft. Darüber hinaus ermöglicht das Erfordernis eines geringeren Probenvolumens in Verbindung mit einer nicht-invasiven Probennahme eine pädiatrische Probenahme, die sich leicht in einer breiteren Studienrekrutierung in bevölkerungsbezogenen Fallstudien manifestiert. Darüber hinaus kann in Betracht gezogen werden, diese vereinfachte Methode zu entwickeln, da sie als medizinisches Diagnosewerkzeug mit DNA-Analyse verwendet werden kann, die in einem angemessen kurzen Zeitraum (𢏈 h) durchgeführt werden kann, um Krankheitszustände zu erkennen, die die gegenwärtige medizinische Diagnostik Feld sehnsüchtig wünscht.


Bibliotheken

Eine "Bibliothek" ist ein bequemer Speichermechanismus für genetische Information.

  • Sie sind typischerweise entweder "genomische" oder "cDNA" (d. h. mRNA in DNA-Form) genetische Information.
  • Abgeleitete genetische Sequenzen aus entsprechenden Polypeptidinformationen können verwendet werden, um spezifische genetische Informationen innerhalb einer Bibliothek zu identifizieren.

Aufbau einer cDNA-Bibliothek

Das dafür verantwortliche Enzym ist eine RNA-abhängige DNA-Polymerase namens umgekehrte Transkriptase.

  • Reverse Transkriptasen wurden traditionell aus isoliert Viren dessen Genom tatsächlich in einer RNA-Form vorliegt und in Duplex-DNA umgewandelt werden muss.
  • Diese Viren tragen typischerweise eine funktionelle reverse Transkriptase zusammen mit ihrer genetischen mRNA-Komponente, wenn sie Zellen infizieren.
  • Eine der gängigsten kommerziell erhältlichen reversen Transkriptasen ist das Moloney-Mäuse-Leukämie-Virus (MMLV).
  • Dies RNA-abhängige DNA-Polymerase (wie alle Polymerasen) fügen Nukleotide zu einem neuen Polynukleotid in der 5'-zu-3'-Richtung hinzu, wobei RNA als Vorlage . Es enthält keine 3'->5'-Exonuklease-(Korrektur-)Aktivität.

MMLV verwendet mRNA als Matrize, erfordert aber a Grundierung (es kann einen DNA-Primer verlängern, aber keinen synthetisieren).

  • Eines der wirklich netten Dinge an eukaryotischen mRNAs ist das Vorhandensein von 3' Poly-A-Tracks.

Beachten Sie, dass wir produziert haben komplementäre DNA (oder cDNA) zum ursprünglichen mRNA-Strang.

Wenn wir "Nicks" in die RNA-Hälfte dieses DNA/RNA-Duplexes einführen können, dann wäre die Situation derjenigen sehr ähnlich, die bei der "Lagging-Strang"-Synthese von prokaryontischer genomischer DNA beobachtet wird.

  • Durch die Wirkung des Enzyms RNAse H können Nicks in die RNA-Hälfte des Moleküls eingebracht werden.
  • Dieses Enzym zeigt eine endonukleolytische Spaltung der RNA-Einheit von RNA/DNA-Hybriden sowie 5'->3'- und 3'->5'-Exoribonuklease-Aktivität.
  • Mit anderen Worten, es wird die RNA einschneiden und dann in beide Richtungen wieder verdauen:
  • Diese RNA-Fragmente können nun als Primer für die DNA-Synthese dienen, indem E coli Pol I. Dieses Enzym übersetzt auch die "Nicks", um die RNA-Primer effektiv zu entfernen:

Abbildung 3.6.3:DNA-Synthese

Beachten Sie, dass wir möglicherweise entweder eine restliche 5'-RNA-Cap-Region oder eine Lücke am 5'-Ende des ursprünglichen mRNA-Strangs haben werden.

Insertion von cDNA in Plasmid.

Um unseren Aufbau einer nützlichen cDNA-Bibliothek abzuschließen, brauchen wir einen Weg, um pflegen und verbreiten unsere cDNA.

  • Wir können dies erreichen, indem wir die cDNA in eine geeignete Plasmid.
  • Es gibt zwei klassische Möglichkeiten, dieses Kunststück zu vollbringen:
  1. Homopolymeres Tailing
  2. Linker-Addition

Homopolymeres Tailing

Terminale Transferase ist eine ungewöhnliche DNA-Polymerase, die nur in einer eukaryotischen Zelle namens a . vorkommt Prälymphozyten.

  • In Anwesenheit von a zweiwertiges Kation das Enzym katalysiert die Addition von dNTPs an die 3'-Hydroxyltermini der DNA.
  • Wenn das hinzuzufügende Nukleotid ein Purin ist, ist Mg 2+ das verwendete Kation.
  • Wenn das hinzuzufügende Nukleotid ein Pyrimidin ist, wird Co 2+ verwendet.
  • Je nach Reaktionsbedingungen werden drei bis mehrere Tausend Basen zugegeben.

Abbildung 3.6.4:Terminale Transferase-Aktivität

  • Schneiden wir unser Plasmid und behandeln es zusätzlich mit terminaler Transferase, außer jetzt fügen wir die ergänzende Basis zu der, die wir unserer cDNA hinzugefügt haben, können wir die cDNA anlagern und in das Plasmid ligieren.

Abbildung 3.6.5:cDNA in das Plasmid ligieren

  • Der Nutzen der Insertion des C-Schwanz-cDNA-Inserts in eine G-Schwanz-Pst I-Stelle im Vektor ist wie folgt:
  1. Die Pst I-Erkennungssequenz und -Schnittstelle ist
    5' C T G C A G 3'
    3' G A C G T C 5'
  2. Die Spaltung dieser Stelle durch Pst I, gefolgt von G-Tailing wird produzieren
    5' C T G C A (G)n G 3'
    3' G (G)n A C G T C 5'

Linker

Ein alternatives Verfahren zum Einfügen von cDNA-Fragmenten in einen Bibliotheksvektor besteht in der Zugabe von "Linkern".

    Linker sind kurze Oligonukleotide (

Die Schritte bei der Linker-Addition sind wie folgt:

  1. Behandlung von cDNA mit S1-Nuklease (um mögliche 5'-Cap-mRNA-Fragmente zu entfernen, die im cDNA-Duplex verbleiben
  2. Konvertieren Sie potenzielle "ragged" -Enden durch Behandlung mit Pol I in stumpfe (füllt 5'-Überhänge auf und kaut 3'-Überhänge zurück)
  3. cDNA an potenziellen internen Eco RI-Stellen durch Behandlung mit Eco RI-Methylase (plus S-Adenosylmethionin) methylieren
  4. Ligieren Sie Linker mit stumpfer, methylierter cDNA mit T4-DNA-Ligase
  5. Linker mit Eco RI Restriktionsendonuklease schneiden
  6. Entfernen Sie Linkerfragmente von cDNA-Fragmenten durch Agarosegelelektrophorese
  7. cDNA an Vektor-DNA-Fragment ligieren (geöffnet durch Eco RI-Restriktionsendonuklease

Dieses Lehrbuch wurde 1998 veröffentlicht. Das Human Genome Project wurde 2003 abgeschlossen.


Biologie meistern - Kapitel 12

teilen sich auch dann weiter, wenn sie dicht zusammengepackt sind.

Der Rückgang der MPF-Aktivität am Ende der Mitose ist zurückzuführen auf

der Abbau von Cyclin.

In den Zellen einiger Organismen erfolgt die Mitose ohne Zytokinese. Dies führt zu

Zellen mit mehr als einem Kern.

Welches der folgenden Ereignisse tritt während der Mitose nicht auf?

Was gilt für alle Krebsarten?

Sie sind den normalen Zellzykluskontrollen entgangen.

Wie unterscheiden sich Krebszellen von normalen Zellen?

Krebszellen können unsterblich sein.

Die Zellzykluskontrollsysteme von Krebszellen unterscheiden sich von denen normaler Zellen. Wählen Sie die beste Erklärung für diese Tatsache.

Genetische Veränderungen verändern die Funktion der Proteinprodukte der Krebszelle.

Wenn sich eine eukaryontische Zelle in der G1-Phase des Zellzyklus befindet, welche Aussage über die Chromosomen der Zelle muss dann richtig sein?

Jedes Chromosom besteht aus einem Komplex von DNA und assoziierten Proteinen.

Welche Aussage beschreibt den Interphasenabschnitt des Zellzyklus am besten?

Während der Interphase ist eine Zelle metabolisch aktiv.

Eine Umweltsubstanz, von der bekannt ist, dass sie Krebs verursacht, wird als was bezeichnet?

Strahlung, die von welcher der folgenden zwei Quellen emittiert wird, ist am ähnlichsten?

Mikrowellen und Handys

Sie versuchen herauszufinden, ob das Pestizid Atrazin ein Mutagen ist. Wo suchen Sie nach Mutationen?

Welche der folgenden Aussagen ist wahr?

Krebserregende Substanzen wirken auf viele verschiedene Arten.

Welche der folgenden Aussagen fasst die aktuelle wissenschaftliche Meinung zu Mobiltelefonen und Hirntumoren am besten zusammen?

Während die meisten Studien darauf hindeuten, dass Mobiltelefone keinen Hirntumor verursachen, muss mit zunehmender Nutzung von Mobiltelefonen mehr Forschung betrieben werden.

Welcher der folgenden Codes für Proteine?

Sie entwickeln ein neues Medikament, das die Zellen schädigt, die die von einem Tumor benötigte Stützstruktur bereitstellen. Auf welchen Zelltyp zielen Sie ab?

Ein Tumor wäre nicht in der Lage, seine eigene Blutversorgung zu haben, wenn er nicht für welche der folgenden Fälle wäre?

Endothelzellen Immunsystemzellen

Welche der folgenden Aussagen scheint nach aktuellem Forschungsstand richtig zu sein?

Da die Population von Helicobacter pylori im menschlichen Körper abnimmt, nehmen die Fälle von Speiseröhrenkrebs zu.

Können Sie diese Präfixe, Suffixe und Wortwurzeln ihren Definitionen zuordnen?

single: haplo beides, double: diplo- gleich: homo- (oder homöo-) ohne, fehlt, nicht: a- (oder an-) klein: mikro- zu produzieren: -gen- Körper: -einige (oder soma- ) Chromosomen: ploid Farbe: chrom- selbst: auto- viele: mehr- endig: telo- vorher: pro- zwei: bi- eins: uni- zwischen: inter- segment, Körperteil: - bloßer Faden: Mito- Zelle: - zyte (oder zyto-) bewegend: kin- (oder kinet-)

Wie erhielten Mäuse vor dieser neuen Technik Krebstumore?

Die Tumoren wurden unter die Haut implantiert.

Sie sind Onkologe. Ein Patient stellt sich mit fortgeschrittenem Prostatakrebs vor und Sie folgen dem Standardprotokoll. Wie geht's?

Der Patient wird mit chemischer Kastration behandelt.

Sie sind Endokrinologe und untersuchen neue Behandlungsmethoden für Prostatakrebs. Sie haben einen Patienten mit einem ungewöhnlich hohen Dihydrotestosteronspiegel. Welche der folgenden Aussagen ist wahr?

Der Krebs Ihres Patienten ist gegen die Standardbehandlung resistent geworden.

Welche der folgenden Aussagen trifft auf Prostatakrebszellen zu?

Sie können bestimmte Gene aktivieren und deaktivieren.

Dein Onkel hat Prostatakrebs. Welche der folgenden Aussagen weist auf eine Verbesserung seines Zustands hin?

Eine bestimmte Zelle hat halb so viel DNA wie einige andere Zellen in einem mitotisch aktiven Gewebe. Die fragliche Zelle ist höchstwahrscheinlich in

Der Wirkstoff Cytochalasin B blockiert die Funktion von Aktin. Welcher der folgenden Aspekte des tierischen Zellzyklus würde am stärksten durch Cytochalasin B gestört?

Spaltfurchenbildung und Zytokinese

Welcher der folgenden Gründe ist der Hauptgrund für die Zunahme von Brustkrebs in Entwicklungsländern?

Welche der folgenden Aussagen ist wahr?

Brustkrebs ist weltweit die häufigste Krebserkrankung bei Frauen und die größte Krebstodesursache bei Frauen.

Sie sind Onkologe, spezialisiert auf Dickdarmkrebs. Ein Patient stellt sich Ihnen mit einer Krankheit vor, die sich auf Knochen und Leber ausgebreitet hat und für die keine Behandlung verfügbar ist. Welches Krebsstadium ist das?

Bei einer Frau in Uganda wird Brustkrebs diagnostiziert. Wenn eine Behandlung durchgeführt wird, welche ist es am wahrscheinlichsten?

Sie sind eine Brustkrebsüberlebende und Befürworterin in den USA. Warum fördern Sie bei Frauen unter 50 Jahren Brustuntersuchungen anstelle von jährlichen Mammographien?

Frauen unter 50 neigen dazu, ein dichteres Brustgewebe zu haben, wodurch Mammographien oft nicht aussagekräftig sind.

Warum verwenden einige Arten sowohl Mitose als auch Meiose, während andere Arten nur Mitose verwenden?

Sie brauchen beides, wenn sie tierische Gameten produzieren.

Eine menschliche Knochenmarkszelle in der Prophase der Mitose enthält 46 Chromosomen. Wie viele Chromatiden enthält es?

Warum ist es schwierig, einzelne Chromosomen während der Interphase mit einem Lichtmikroskop zu beobachten?

Sie haben sich zu langen, dünnen Strängen abgewickelt.

In eukaryotischen Zellen bestehen Chromosomen aus _____.

Was ist das Endergebnis der Mitose beim Menschen?

genetisch identische Körperzellen mit 46 Chromosomen

Ausgehend von einer befruchteten Eizelle (Zygote) würde eine Serie von fünf Zellteilungen einen frühen Embryo mit wie vielen Zellen hervorbringen?

Wenn eine Zelle 20 duplizierte Chromosomen enthält, wie viele Zentromere gibt es?

Wie in den meisten Bereichen der Biologie beinhaltet das Studium der Mitose und des Zellzyklus viele neue Terminologien. Um die in der Zelle ablaufenden Prozesse zu verstehen und zu beschreiben, ist es wichtig zu wissen, was die verschiedenen Begriffe bedeuten.
Ziehen Sie die Begriffe auf der linken Seite, um diese Sätze richtig zu vervollständigen. Es werden nicht alle Begriffe verwendet.

Schwesterchromatid(e) Zentromer(e) Kinetocchor(e) Interphase mitotische Spindel(n) Chromatin Zytokinese Zentrosom(e)

Der Zellzyklus repräsentiert die koordinierte Abfolge von Ereignissen im Leben einer Zelle von ihrer Entstehung bis zu ihrer Teilung in zwei Tochterzellen. Die meisten Schlüsselereignisse des Zellzyklus sind auf eine bestimmte Zeit innerhalb des Zyklus beschränkt.

In dieser Übung werden Sie feststellen, wann verschiedene Ereignisse während des Zellzyklus auftreten. Denken Sie daran, dass die Interphase aus den Subphasen G1, S und G2 besteht und dass die M-Phase aus Mitose und Zytokinese besteht.
Ziehen Sie jedes Etikett auf das entsprechende Ziel.

*Viele Organismen enthalten Zellen, die sich normalerweise nicht teilen. Diese Zellen verlassen den Zellzyklus vor dem G1-Checkpoint. Sobald eine Zelle den G1-Checkpoint passiert, schließt sie normalerweise den Zellzyklus ab, dh sie teilt sich. Der erste Schritt zur Vorbereitung der Teilung besteht darin, die DNA der Zelle in der S-Phase zu replizieren. In der G2-Phase repliziert das Zentrosom. In der frühen M-Phase entfernen sich die Zentrosomen voneinander in Richtung der Pole der Zelle und organisieren dabei die Bildung der mitotischen Spindel. Am Ende der M-Phase, wenn die Mitose abgeschlossen ist, teilt sich die Zelle (Zytokinese) und bildet zwei genetisch identische Tochterzellen.

Da die Chromosomen einer Elternzelle verdoppelt und während der Zellteilung auf die beiden Tochterzellen verteilt werden, ändert sich die Struktur der Chromosomen.
Beantworten Sie die drei Fragen für jede Phase des Zellzyklus, indem Sie die Ja- und Nein-Beschriftungen an die entsprechenden Stellen in der Tabelle ziehen.

Hinweis: Nehmen Sie an, dass sich die Elternzelle am Ende der M-Phase noch nicht in zwei Tochterzellen geteilt hat.

Schwesterchromatide bilden sich, wenn DNA in der S-Phase repliziert. Die Schwesterchromatiden werden zu einzelnen Chromosomen, sobald sie sich in der frühen Anaphase trennen. In ähnlicher Weise verdoppelt sich der zelluläre DNA-Gehalt in der S-Phase, wenn die DNA repliziert. Der DNA-Gehalt der Zelle kehrt jedoch erst nach Abschluss der Zytokinese und der Bildung von zwei Tochterzellen auf sein normales (unverdoppeltes) Niveau zurück. Der Kondensationszustand der DNA hängt nicht mit der Anwesenheit oder Abwesenheit von Schwesterchromatiden zusammen. Die DNA kondensiert in der Prophase und bleibt kondensiert, bis sich die Schwesterchromatiden trennen und sich die neuen Tochterzellen zu bilden beginnen. In der späten Telophase/Zytokinese verlagert sich der Schwerpunkt auf das Zellwachstum und die DNA-Replikation für den nächsten Zellzyklus. Damit diese Prozesse ablaufen können, muss die DNA dekondensiert werden, damit sie für die an der Transkription beteiligte zelluläre Maschinerie zugänglich ist.

Die Stadien der Mitose wurden ursprünglich durch zelluläre Merkmale definiert, die durch ein Lichtmikroskop beobachtbar waren. Die sechs mikroskopischen Aufnahmen unten zeigen Tierzellen (Lungenzellen eines Molches) während der fünf Stadien der Mitose plus Zytokinese. (Beachten Sie, dass die Interphase in diesen Aufnahmen nicht dargestellt ist.) In diesen Bildern wurden die Chromosomen blau, die Mikrotubuli grün und die Mikrofilamente rot gefärbt.
Ziehen Sie jedes Mikrobild auf das Ziel, das das Stadium der Mitose oder Zytokinese anzeigt, das es zeigt.

*Wie diese sechs mikroskopischen Aufnahmen zeigen, können zellulare Ereignisse, die durch Lichtmikroskopie beobachtbar sind, verwendet werden, um die sechs Stadien der Mitose und Zytokinese zu definieren. Es kann jedoch viel schwieriger sein, zu entschlüsseln, welches Stadium in realen Zellen welches ist, als in den Zeichnungen idealisierter Zellen, die Sie in Ihrem Lehrbuch sehen. Daher ist es wichtig, die Vollständigkeit der mitotischen Spindel und die Lage der Chromosomen sowie die Verdichtung der Chromosomen sorgfältig zu beobachten.

Die Mitose entfaltet sich über eine Abfolge von Stadien, die durch spezifische Ereignisse in der Zelle gekennzeichnet sind. Die strukturellen Veränderungen in der Zelle werden durch eine Reihe eng aufeinander abgestimmter zugrunde liegender Mechanismen bewirkt.
Sortieren Sie jeden Prozess in den entsprechenden Behälter, um das Stadium der Mitose anzugeben, in dem er auftritt. Wenn ein Prozess in mehr als einer Phase auftritt, sortieren Sie ihn nach der Phase, in der er zum ersten Mal auftritt.

*Die mikroskopischen Aufnahmen in Teil A zeigen einige der zellulären Prozesse, die während der Mitosestadien auftreten. In der Prophase beginnen sich die Mikrotubuli des Spindelapparates aus einzelnen Tubulin-Untereinheiten zusammenzusetzen. Da die identischen Chromatiden jedes Paares von Schwesterchromatiden während dieser Phase kondensieren, werden sie von Kohäsinproteinen zusammengehalten. Die Prometaphase ist gekennzeichnet durch Fragmentierung der Kernhülle, Expansion der Spindel in den Kernbereich und Anheftung einiger Spindelfasern an die Chromosomen über die Kinetochore. Die Metaphase, gekennzeichnet durch die Ausrichtung der Chromsomen entlang der Metaphasenplatte, wird durch Kinetochore bewirkt, die sich ausrichten und dann relativ zu den Polen der Zelle bewegungslos bleiben. In der Anaphase werden die Kohäsinproteine ​​gespalten und die Kinetochore bewegen sich zu den Polen der Zelle und trennen die Schwesterchromatiden. Mit fortschreitender Telophase zerlegen sich die Kinetochor-Mikrotubuli der Spindel. Wenn die Chromosomen die Pole der Zelle erreichen, bilden sich die Kernhüllen der beiden neuen Tochterkerne.

Die mitotische Spindel besteht aus zwei Arten von Mikrotubuli: kinetochore Mikrotubuli und nicht-kinetochore Mikrotubuli. In tierischen Zellen funktionieren diese beiden Arten von Mikrotubuli in den Stadien der Mitose unterschiedlich.
Vervollständigen Sie die Sätze, indem Sie die Beschriftungen an die entsprechenden Stellen ziehen. Etiketten können einmal, mehrmals oder gar nicht verwendet werden.

verlängern verlängern verkürzen zerlegen

Betrachten Sie drei Fragen bezüglich der Tierzelle, die mit dem Inhibitor behandelt wurde. Ziehen Sie die Beschriftungen, um die Fragen zu beantworten. Etiketten können einmal, mehrmals oder gar nicht verwendet werden.

In allen Zellen ist die Trennung der replizierten Chromosomen eine Voraussetzung für die Zellteilung. Der Mechanismus der Chromosomentrennung bei Bakterien unterscheidet sich jedoch in mehrfacher Hinsicht von dem bei Eukaryoten.
Sortieren Sie die folgenden Anweisungen in die entsprechende Bin.

*Obwohl die Prozesse der Chromosomentrennung in Bakterien und Eukaryoten einen gemeinsamen evolutionären Ursprung haben, sind die tatsächlichen Mechanismen unterschiedlich. Strukturell enthalten Bakterienzellen ein einzelnes Chromosom, das viel kürzer ist als in eukaryotischen Zellen, und Bakterienzellen haben keine mitotische Spindel. Das Bakterienchromosom kondensiert vor der Trennung nicht vollständig. Die physikalische Trennung der replizierten Bakterienchromosomen beinhaltet jedoch immer noch die Anheftung an eine Struktur in der Zelle: möglicherweise die Plasmamembran am Ursprung der Replikation.

Die Zytokinese in tierischen Zellen erfolgt durch Einschnüren der Zelle entlang der Zellteilungsebene (Bildung einer Spaltfurche). In Pflanzenzellen, die Zellwände besitzen, hat sich ein ganz anderer Mechanismus der Zytokinese entwickelt.
Welche der folgenden Aussagen trifft auf die Zytokinese in Pflanzenzellen zu? Wählen Sie die beiden zutreffenden aus.

Die Zellplatte besteht aus der Plasmamembran und der Zellwand, die schließlich die beiden Tochterzellen trennen. Vesikel aus dem Golgi-Apparat bewegen sich entlang von Mikrotubuli, koaleszieren in der Zellteilungsebene und bilden eine Zellplatte.

Pflanzen- und Tierzellen benötigen auch Zytoskelettproteine ​​für die Zytokinese, obwohl die Rollen dieser Proteine ​​bei Bakterien, Pflanzen und Tieren unterschiedlich sind.
Ziehen Sie für jedes Leerzeichen in der Tabelle die entsprechende Beschriftung, um anzugeben, ob die Aussage für jede Gruppe von Organismen richtig oder falsch ist.

wahr wahr falsch falsch falsch wahr wahr falsch wahr

Welche dieser Phasen umfasst alle Stadien der Mitose, aber keine anderen Ereignisse?

Während des _____ werden sowohl der Inhalt des Kerns als auch das Zytoplasma geteilt.

Während _____ wächst die Zelle und repliziert sowohl ihre Organellen als auch ihre Chromosomen.

Nukleolen sind während _____ vorhanden.

Zytokinese begleitet oft, aber nicht immer, _____.

Chromosomen werden während _____ sichtbar.

Zentromere teilen sich und Schwesterchromatiden werden während des _____ zu vollwertigen Chromosomen.

Spindelfasern heften sich während _____ an Kinetochoren.

Klicken Sie auf das Bild, um eine Animation zu sehen. Diese Animation veranschaulicht die Ereignisse von _____.

Klicken Sie auf das Bild, um eine Animation zu sehen. Diese Animation veranschaulicht die Ereignisse von _____.

Zytokinese, wie sie in tierischen Zellen vorkommt

Klicken Sie auf das Bild, um eine Animation zu sehen. Diese Animation veranschaulicht die Ereignisse von _____.

Klicken Sie auf das Bild, um eine Animation zu sehen. Diese Animation veranschaulicht die Ereignisse von _____.

Klicken Sie auf das Bild, um eine Animation zu sehen. Diese Animation veranschaulicht die Ereignisse von _____.

Klicken Sie auf das Bild, um eine Animation zu sehen. Diese Animation veranschaulicht die Ereignisse von _____.

Zytokinese, wie sie in Pflanzenzellen vorkommt

Klicken Sie auf das Bild, um eine Animation zu sehen. Diese Animation veranschaulicht die Ereignisse von _____.

Während der Prophase besteht ein homologes Chromosomenpaar aus _____.

zwei Chromosomen und vier Chromatiden

Welche der folgenden Aussagen trifft auf Kinetochore zu?

Sie sind Stellen, an denen sich Mikrotubuli an Chromosomen anlagern.

Welche der folgenden Aussagen stimmt richtig mit der Beschreibung einer Phase des Zellzyklus überein?

Bei einigen Organismen, wie beispielsweise bestimmten Pilzen und Algen, durchlaufen Zellen den Zellzyklus wiederholt, ohne anschließend eine Zytokinese zu durchlaufen. Was würde daraus resultieren?

große Zellen mit vielen Kernen

Welches der folgenden findet sich bei der binären Spaltung, aber nicht bei der Mitose?

Doppelte Chromosomen heften sich an die Plasmamembran.

Cytochalasin B ist eine Chemikalie, die die Mikrofilamentbildung stört. Wie würde dies die Zellteilung beeinträchtigen?

Wissenschaftler isolieren Zellen in verschiedenen Phasen des Zellzyklus. Sie finden eine Gruppe von Zellen, die 1,5-mal mehr DNA haben als Zellen der G1-Phase. Die Zellen dieser Gruppe sind _____.

in der S-Phase des Zellzyklus

Die erste Lücke im Zellzyklus (G1) entspricht _____.

normales Wachstum und Zellfunktion

Das Mikrotubuli-organisierende Zentrum in tierischen Zellen ist eine identifizierbare Struktur, die in allen Phasen des Zellzyklus vorhanden ist. Insbesondere ist es als _____ bekannt.

In menschlichen und vielen anderen eukaryontischen Zellen muss die Kernmembran verschwinden, damit _____.

die Anheftung von Mikrotubuli an Kinetochoren

Die mitotische Spindel ist eine mikrotubuläre Struktur, die an _____ beteiligt ist.

Trennung von Schwesterchromatiden

Metaphase ist gekennzeichnet durch _____.

Ausrichtung der Chromosomen am Äquator

Kinetochore-Mikrotubuli helfen bei der Spaltung von Zentromeren durch _____.

Spannung erzeugen durch Ziehen zu entgegengesetzten Polen

Manche Zellen haben mehrere Kerne pro Zelle. Wie könnten solche vielkernigen Zellen erklärt werden?

Die Zelle durchlief eine wiederholte Mitose, aber es trat keine Zytokinese auf.

Wie unterscheidet sich die Zytokinese von Pflanzenzellen von der Zytokinese von Tierzellen?

Pflanzenzellen legen Vesikel mit Zellwandbausteinen auf der Metaphaseplatte ab. Tierzellen bilden eine Spaltfurche.

FtsZ ist ein bakterielles Zytoskelettprotein, das einen kontraktilen Ring bildet, der an der bakteriellen Zytokinese beteiligt ist. Seine Funktion ist analog zu _____.

die Spaltfurche eukaryontischer Tierzellen

In welcher Phase beginnen sich die Zentriolen in tierischen Zellen auseinander zu bewegen?

Wenn sich in der Anaphase 20 Zentromere in einer Zelle befinden, wie viele Chromosomen befinden sich nach der Zytokinese in jeder Tochterzelle?

Taxol ist ein Krebsmedikament, das aus der pazifischen Eibe gewonnen wird. In tierischen Zellen unterbricht Taxol die Bildung von Mikrotubuli. Überraschenderweise stoppt dies die Mitose. Insbesondere muss Taxol _____ beeinflussen.

die Struktur der mitotischen Spindel

Welche der folgenden sind hauptsächlich für die Zytokinese in Pflanzenzellen verantwortlich, aber nicht in tierischen Zellen?

Die Bewegung der Chromosomen während der Anaphase würde am stärksten von einem Medikament beeinflusst, das _____ verhindert.

Verkürzung der Mikrotubuli

Messungen der DNA-Menge pro Kern wurden an einer großen Anzahl von Zellen eines wachsenden Pilzes vorgenommen. Die gemessenen DNA-Werte reichten von 3 bis 6 Pikogramm pro Kern. In welchem ​​Stadium des Zellzyklus enthielt der Zellkern 6 Pikogramm DNA?

Eine Gruppe von Zellen wird unmittelbar nach der Mitose auf den DNA-Gehalt untersucht und weist durchschnittlich 8 Pikogramm DNA pro Kern auf. Wie viele Picogramme würden am Ende von S und am Ende von G2 gefunden?

Der Beginn der Anaphase wird durch welche der folgenden Angaben angezeigt?

Cohesin wird enzymatisch gespalten.

In welcher Phase der Mitose werden die Chromatiden zu Chromosomen?

Eine Spaltfurche ist _____.

eine Rille in der Plasmamembran zwischen Tochterkernen

Was ist der korrekte Chromosomenzustand in der Prometaphase der Mitose?

Was ist die korrekte Chromosomenbedingung für einen Tochterkern in der Telophase der Mitose?

Wenn die Zelle, deren Kernmaterial in der nebenstehenden Abbildung dargestellt ist, bis zum Abschluss der Mitose weiterläuft, welches der folgenden Ereignisse würde als nächstes eintreten?

Bildung von Telophasenkernen

In der obigen Abbildung wird G1 durch welche nummerierten Teile des Zyklus dargestellt?

Welche Zahl in der obigen Abbildung steht für die DNA-Synthese?

In welcher der nummerierten Regionen in der obigen Abbildung würden Sie erwarten, Zellen in der Metaphase zu finden?

Die Daten wurden aus einer Untersuchung der Zeitdauer erhalten, die in jeder Phase des Zellzyklus von Zellen von drei eukaryotischen Organismen mit den Bezeichnungen Beta, Delta und Gamma verbracht wurde.

In Zellzyklusphasen verbrachte Minuten

Im Folgenden ist die beste Schlussfolgerung bezüglich des Unterschieds zwischen den S-Phasen für Beta und Gamma, dass

Gamma enthält mehr DNA als Beta

Mehrere Organismen, in erster Linie Protisten, haben eine sogenannte intermediäre mitotische Organisation.

In welchem ​​Sinne sind diese Protisten intermediär?

Sie behalten während der Teilung eine Kernhülle bei.

Was ist die wahrscheinlichste Hypothese über diese Zwischenformen der Zellteilung?

Sie zeigen einige, aber nicht alle evolutionären Schritte zur vollständigen Mitose.

Nukleotide können radioaktiv markiert werden, bevor sie in sich neu bildende DNA eingebaut werden, und können daher getestet werden, um ihren Einbau zu verfolgen. In einer Reihe von Experimenten verwendete ein studentisches Forschungsteam der Fakultät markierte T-Nukleotide und brachte diese zu bestimmten Zeitpunkten in die Kultur sich teilender menschlicher Zellen ein.

Welche der folgenden Fragen lässt sich mit der beschriebenen Methode beantworten?

Wie lang ist die S-Phase des Zellzyklus?

Das Forschungsteam nutzte seine Experimente, um den Einbau markierter Nukleotide in eine Kultur von Lymphozyten zu untersuchen und stellte fest, dass die Lymphozyten das markierte Nukleotid in einer signifikant höheren Menge einbauten, nachdem ein Krankheitserreger in die Kultur eingebracht wurde. Sie kamen zu dem Schluss, dass _____.

Infektion führt dazu, dass sich Lymphozyten schneller teilen

Durch ein Mikroskop können Sie sehen, wie sich eine Zellplatte in der Mitte einer Zelle zu entwickeln beginnt und sich auf beiden Seiten der Zellplatte Kerne bilden. Diese Zelle ist höchstwahrscheinlich _____.

eine Pflanzenzelle im Prozess der Zytokinese

Was passiert NICHT während der Mitose?

Der Wirkstoff Cytochalasin B blockiert die Funktion von Aktin. Welcher der folgenden Aspekte des Zellzyklus würde durch Cytochalasin B am stärksten gestört?

Spaltfurchenbildung und Zytokinese

Welche der folgenden Funktionen benötigen Motorproteine, um bei der Bewegung der Chromosomen zu den Polen der mitotischen Spindel zu funktionieren?

Welches davon ist NICHT krebserregend?

alle oben genannten sind krebserregend

_____ ist ein Karzinogen, das Dickdarmkrebs fördert.

Welche der folgenden Funktionen ist eine Funktion der S-Phase im Zellzyklus?

Die Synthese von Schwesterchromatiden

In welcher der folgenden Phasen des Zellzyklus findet das Kopieren von Chromosomen statt?

Bei den ersten Teilungen von frühen Froschembryonen gehen die Zellen ohne Lücken direkt von der M-Phase in die S-Phase und zurück zu M. Welche der folgenden Aussagen trifft wahrscheinlich auf sich teilende Zellen in frühen Froschembryonen zu?

Die Zellen werden mit jeder Generation kleiner.

Richtig oder falsch? Die M-Phase ist durch die Replikation und Teilung der Chromosomen einer Zelle gekennzeichnet.

Wenn ein Organismus normalerweise 34 Chromosomen hat, wie viele DNA-Moleküle sollte es in der G1-Phase des Zellzyklus geben?

Welches der folgenden Ereignisse würde den Zellzyklus zum Stillstand bringen?

Zellen teilen sich normalerweise, wenn sie an einem Kontrollpunkt in welcher Phase des Zellzyklus das richtige Signal erhalten?

Welche der folgenden Aussagen trifft auf gutartige, aber nicht auf bösartige Tumoren zu?

Sie bleiben auf ihren ursprünglichen Standort beschränkt

Als Henrietta Lacks zum ersten Mal Zellen abgenommen wurden, war sie _____.

an Gebärmutterhalskrebs leiden

Wie haben Ärzte Zellen von Henrietta Lacks geerntet und kultiviert?

Während ihrer Krebsbehandlung vor vielen Jahren wurden Zellen entnommen, und diese Zellen werden seitdem im Labor kultiviert.

Haben die Ärzte Henrietta Lacks um Erlaubnis gebeten, ihre Zellen zu nehmen, und wurde sie dafür bezahlt?

Ihr wurde nie gesagt, dass ihre Zellen genommen wurden, und weder sie noch ihre Familie wurden entschädigt.

Welche Eigenschaft von Henrietta Lacks’-Zellen war am ungewöhnlichsten, als sie im Labor gezüchtet wurden?

Sie teilen und vermehren sich nach Jahrzehnten der Kultur weiter.

Zellen von Henrietta Lacks wurden für Experimente verwendet, die zu _____ führten.

Tests der Auswirkungen von Atomstrahlung auf das Leben neue Behandlungsmethoden für Krebs die Entwicklung eines Polio-Impfstoffs

Welche Behandlung wird im Experiment mit der Kontrolle verglichen?

Die behandelten Glioblastomzellen wurden in Gegenwart eines Inhibitors aus Nabelschnurstammzellen kultiviert, aber die Kontrollzellen wurden ohne den Inhibitor kultiviert.

Die Daten werden in einem als Histogramm bezeichneten Diagrammtyp dargestellt, der Werte für eine numerische Variable auf der x-Achse in Intervalle gruppiert. Anhand eines Histogramms können Sie sehen, wie eine ganze Gruppe von Versuchspersonen (in diesem Fall Zellen) entlang einer kontinuierlichen Variablen (Fluoreszenzmenge) verteilt ist. In diesen Histogrammen sind die Balken so schmal, dass die Daten einer Kurve zu folgen scheinen, für die Sie Spitzen und Einbrüche erkennen können. Jeder Balken stellt die Anzahl der Zellen dar, bei denen in diesem Intervall ein Fluoreszenzniveau beobachtet wurde. Dies wiederum zeigt die relative DNA-Menge in diesen Zellen an.
Welche Achse zeigt indirekt die relative DNA-Menge pro Zelle? Durch welche Beziehung?

Auf der x-Achse wurde die DNA angefärbt, sodass eine positive Korrelation zwischen Fluoreszenz und DNA-Gehalt besteht.

Welche Region zeigt die Zellpopulation mit der höchsten DNA-Menge pro Zelle?

Identifizieren Sie, welche Phase des Zellzyklus durch jede Region repräsentiert wird. Die Regionen repräsentieren in beiden Histogrammen die gleichen Zellzyklusphasen.

Region A: G1 Region B: S Region C: G2

Zeigt die Population der Zellen in der S-Phase im Histogramm der Kontrollprobe einen deutlichen Peak? Warum oder warum nicht?

Nein, der DNA-Gehalt pro Zelle ändert sich mit fortschreitender S-Phase, sodass die Zellen in der S-Phase eine Reihe von Fluoreszenzniveaus aufweisen.

Welche Phase des Zellzyklus weist im Histogramm der behandelten Probe die meisten Zellen auf?

Welche Aussage beschreibt am besten den/die Unterschied(e) in der Zellverteilung in der behandelten Probe im Vergleich zur Kontrollprobe?

Die behandelten Zellen befinden sich hauptsächlich in der G1-Phase (Region A), aber in der Kontrollprobe gibt es Zellpeaks sowohl in G1 als auch in G2 (Region C).

Was sagt Ihnen der Verteilungsunterschied über die Zellen in der behandelten Probe?

Die behandelten Krebszellen werden in der G1-Phase arretiert.

Welcher Mechanismus ist die beste Erklärung dafür, wie der aus Stammzellen gewonnene Inhibitor den Krebszellzyklus im G1-Stadium anhalten könnte?

Der Inhibitor könnte die Aktivität eines Cyclins oder Signalmoleküls des G1-Checkpoints blockieren.

Die Daten wurden aus einer Untersuchung der Zeitdauer erhalten, die in jeder Phase des Zellzyklus von Zellen von drei eukaryotischen Organismen mit den Bezeichnungen Beta, Delta und Gamma verbracht wurde.

In Zellzyklusphasen verbrachte Minuten

Die beste Schlussfolgerung bezüglich Delta ist, dass die Zellen _____.

Neuronen und einige andere spezialisierte Zellen teilen sich selten, weil sie _____.

MPF ist ein Dimer bestehend aus _____.

Cyclin und eine cyclinabhängige Kinase

Cyclin-abhängige Kinase (Cdk) ist _____.

ein Enzym, das Phosphatgruppen an andere Proteine ​​bindet

Was passiert, wenn MPF ​​(Mitose-fördernder Faktor) in unreife Frosch-Oozyten eingebracht wird, die in G2 arretiert werden?

Sobald eine Zelle die Mitose abgeschlossen hat, müssen die Auslöser der molekularen Teilung ausgeschaltet werden. Was passiert mit MPF während der Mitose?

Die Cyclin-Komponente von MPF ​​wird abgebaut.

Der M-Phasen-Checkpoint stellt sicher, dass alle Chromosomen an der mitotischen Spindel befestigt sind. Geschieht dies nicht, würden Zellen höchstwahrscheinlich in _____ festgenommen.

Welche der folgenden Substanzen werden von Thrombozyten in der Nähe einer Verletzung freigesetzt?

Welches der folgenden Proteine ​​wird zu bestimmten Zeiten während des Zellzyklus synthetisiert und verbindet sich mit einer Kinase zu einem katalytisch aktiven Komplex?

Welche der folgenden Faktoren löst die Passage der Zelle am G2-Checkpoint in die Mitose aus?

Gegen Ende welcher Phase wird die Cyclin-Komponente von MPF ​​zerstört?

In der Abbildung oben erreicht MPF in dieser Phase seine höchste Konzentration.

Durch welche der folgenden Aussagen wird die dichteabhängige Hemmung erklärt?

Wenn die Zellen zahlreicher werden, kontaktieren die Zelloberflächenproteine ​​einer Zelle die angrenzenden Zellen und sie hören auf, sich zu teilen.

Was könnte außer der Fähigkeit mancher Krebszellen zur Überwucherung noch logischerweise zu einem Tumor führen?

Mangel an geeignetem Zelltod

Von welcher der folgenden Faktoren hängt die Verankerungsabhängigkeit tierischer Zellen in vitro oder in vivo ab?

Reaktion der Zellzykluskontrollen auf Signale von der Plasmamembran

Ein Forschungsteam begann eine Studie einer kultivierten Zelllinie. Ihre vorläufigen Beobachtungen zeigten ihnen, dass die Zelllinie weder eine dichteabhängige Hemmung noch eine Verankerungsabhängigkeit aufwies. Was konnten sie sofort schlussfolgern?

Die Zellen zeigen Merkmale von Tumoren.

Welches der folgenden ist am wünschenswertesten, damit ein Chemotherapeutikum für die Behandlung von Krebszellen nützlich ist?

Es stört sich schnell teilende Zellen.

Zellen von fortgeschrittenen malignen Tumoren haben oft sehr abnorme Chromosomen und eine abnorme Anzahl von Chromosomen. Was könnte den Zusammenhang zwischen malignen Tumoren und Chromosomenanomalien erklären?

Kontrollpunkte für den Zellzyklus sind nicht vorhanden, um Zellen mit Chromosomenanomalien zu stoppen.

Die Exposition von Zebrafischkernen gegenüber meiotischem Zytosol führte zur Phosphorylierung von NEP55- und L68-Proteinen durch die Cyclin-abhängige Kinase 2. NEP55 ist ein Protein der inneren Kernmembran und L68 ist ein Protein der Kernlamina. Was ist die wahrscheinlichste Rolle der Phosphorylierung dieser Proteine ​​im Prozess der Mitose?

Sie sind an der Zerlegung der Kernhülle beteiligt.

Die dichteabhängige Hemmung ist ein Phänomen, bei dem sich überfüllte Zellen bei einer optimalen Dichte und Position nicht mehr teilen. Dieses Phänomen beinhaltet die Bindung eines Zelloberflächenproteins an sein Gegenstück auf einer angrenzenden Zelloberfläche. An beide Zellen wird ein wachstumshemmendes Signal gesendet, das sie an der Teilung hindert. Bestimmte äußere physikalische Faktoren können diesen Hemmmechanismus beeinflussen.

Wählen Sie die Aussage aus, die eine korrekte Vorhersage über natürliche Phänomene macht, die während des Zellzyklus auftreten könnten, um das Zellwachstum zu verhindern.

Wenn die Zellen zahlreicher werden, wird die Menge an erforderlichen Wachstumsfaktoren und Nährstoffen pro Zelle unzureichend, um das Zellwachstum zu ermöglichen.

Die Person, die zum ersten Mal erkannt hat (in den 1860er Jahren), dass lebende Zellen nicht spontan entstehen können, sondern nur aus zuvor existierenden Zellen entstehen, ist __________.

Was ist der Unterschied zwischen einem gutartigen und einem bösartigen Tumor?

Zellen von gutartigen Tumoren metastasieren nicht die von bösartigen Tumoren.

Die Funktion des mitotischen Zellzyklus besteht darin, Tochterzellen zu produzieren, die __________.

genetisch identisch mit der Elternzelle sind (vorausgesetzt, es liegt keine Mutation vor)

Welche der folgenden Hypothesen wird am besten durch die Beobachtung von Krebszellen in einer Kultur gestützt?()

Die Krebszellen zeigen keine dichteabhängige Hemmung.

Es ist unwahrscheinlich, dass Sie sehen, welche der folgenden menschlichen Zellen sich teilen?

Können Sie die mit Krebs verbundenen Begriffe ihren Beschreibungen zuordnen?

gutartiger Tumor bösartiger Tumor Metastasenkrebs Karzinom

Bei sich sexuell fortpflanzenden vielzelligen Organismen sind die Hauptfunktionen der Mitose _____.

Wachstum und Entwicklung Gewebereparatur/Ersatz beschädigter Zellen

Welche Ereignisse treten während der Prophase auf?

Die Kernhülle bricht zusammen. Chromosomen kondensieren und werden an Spindelfasern befestigt.

beendet die Mitose, indem das Zytoplasma und die Organellen der ursprünglichen Mutterzelle in zwei separate Tochterzellen geteilt werden

Während _____ führt die Zelle ihre normalen Funktionen aus und die Chromosomen sind dünn über den Zellkern verteilt.

Wenn Sie durch ein Lichtmikroskop auf eine sich teilende Zelle schauen, sehen Sie zwei separate Chromosomengruppen an gegenüberliegenden Enden der Zelle. Um jede Gruppe herum nehmen neue Kernhüllen Gestalt an. Die Chromosomen beginnen dann zu verschwinden, während sie sich abwickeln. Du bezeugst _____.

Während der Doppelspaltung in einem Bakterium __________.

die Ursprünge der Replikation gehen auseinander

Ein Biochemiker maß die DNA-Menge in Zellen, die im Labor wuchsen, und stellte fest, dass sich die DNA-Menge in den Zellen __________ verdoppelte.

zwischen den Phasen G1 und G2

Was muss passieren, bevor eine Zelle mit der Mitose beginnen kann?

Die Chromosomen müssen dupliziert werden.

In welcher Phase der Mitose bewegen sich die Zentrosomen voneinander weg und die Kernhülle bricht auf?

In welcher Phase der Mitose richten sich die Chromosomen im Zentrum der Zelle aus?

Während welcher Phase der Mitose trennen sich die Schwesterchromatiden und bewegen sich in Richtung entgegengesetzter Pole der Zelle?

In welcher Phase der Mitose kommen die Chromosomen an den Polen an und die Kernhüllen bilden sich?

Am Ende der mitotischen (M) Phase teilt sich das Zytoplasma in einem Prozess namens _________________.

Welche der folgenden Aussagen zu Schwesterchromatiden sind FALSCH?

Beide Schwesterchromatiden landen nach der Zytokinese in derselben Tochterzelle.

Der Komplex aus DNA und Protein, aus dem ein eukaryotisches Chromosom besteht, wird richtigerweise __________ genannt.

Welcher der folgenden Faktoren ist an der binären Spaltung der meisten Bakterien beteiligt?

Verteilung einer Kopie des einzelnen Elternchromosoms an jede Tochterzelle

Der Bereich eines Chromosoms, in dem die beiden Doppelstränge der replizierten DNA zusammengehalten werden, wird als __________ bezeichnet.

Welcher der folgenden Prozesse läuft NICHT bei sich teilenden Bakterien ab?

Das Zentromer ist eine Region, in der __________.

Schwesterchromatide sind in der Prophase aneinander gebunden

Ein Zellbiologe maß sorgfältig die DNA-Menge in Heuschreckenzellen, die in Zellkulturen wachsen. Zellen, die während der G2-Phase des Zellzyklus untersucht wurden, enthielten 200 Einheiten DNA. Wie groß wäre die DNA-Menge an G1 des Zellzyklus in einer der Heuschrecken-Tochterzellen?

Wie viele mütterliche Chromosomen sind in einer menschlichen Körperzelle vorhanden, die nicht an der Zellteilung beteiligt ist?

Was passiert NICHT während der Mitose?

Replikation von Chromosomen

Gewebekulturexperimente mit PDGF zeigen, dass ohne diese Substanz __________.

Fibroblasten teilen sich nicht

Eine Zelle, die mit 32 Chromosomen in den Zellzyklus eintritt, produziert zwei Tochterzellen mit jeweils __________.

keine der aufgeführten Chromosomenzahlen

Chromatiden sind __________.

identische Kopien voneinander, wenn sie Teil desselben duplizierten Chromosoms sind

Während der Interphase ist das Erbgut einer typischen eukaryotischen Zelle __________.

im Zellkern als lange Chromatinstränge verteilt

In der Telophase der Mitose bricht die mitotische Spindel zusammen und das Chromatin entrollt sich. Dies ist im Wesentlichen das Gegenteil von dem, was in __________ passiert.

"Zytokinese" bezieht sich auf __________.

die Teilung des Zytoplasmas

Wenn eine Zelle zu Beginn der Mitose 60 Chromatiden enthält, wie viele Chromosomen werden dann am Ende des Zellzyklus in jeder Tochterzelle gefunden?

Die DNA-Replikation erfolgt in __________.

die S-Phase der Interphase

Welche der folgenden Mitosephasen ist im Wesentlichen das GEGENTEIL der Prometaphase in Bezug auf die Kernhülle?

In welcher Phase des Zellzyklus bildet sich bei der tierischen Zellmitose die Spaltfurche?

Wenn sich eine menschliche Körperzelle gerade teilt, hat sie __________ Chromatiden.


Schau das Video: Chromosome Number n u0026 Amount of DNA C After S Phase u0026 During Division (Kann 2022).