ENSKILDA ARBETEN, MOLEKYLÄRBIOLOGI 1, HT ­01

 

Välj en uppgift nedan eller hitta på en egen uppgift. Tag reda på så mycket du kan om ämnesområdet genom att titta i läroböcker, läsa reviews, originaluppsatser och genom att studera diverse andra källor tex via internet. Fokusera uppgiften kring något tema som du är speciellt intresserad av. Uppgiften är individuell, men samordning med andra personer som valt samma ämne är önskvärd. I ett sådant fall belyses lämpligtvis .ämnesområdet från olika synvinklar.  I princip skall ni lösa uppgiften på egen hand, men ni kör fast eller behöver tips, kontakta den ansvarige handledaren som kommer att utses för respektive uppgift.

 

Redovisningen sker dels skriftligt, där på ca 700-800 ord ämnesområdet bör introduceras, aktuella forskningsfronten inom området presenteras och lite framtidsvisioner ges. Ett par figurer bör också tas med för att klargöra området ytterliggare. Redovisningen sker också muntligt i form av en ca 15 min lång Power Point presentation. Denna skiljer sig från den skriftliga redogörelsen på så sätt att den innehåller mindre text och fler figurer. Alla muntliga redovisningar kommer att ske under tre förmiddagar (8 ­ 10/10) i form av ett symposium. Alla skall vara närvarande vid samtliga dessa tre tillfällen.

 

Förslag på uppgifter

 

1. p53

Genen för proteinet p53 har omväxlande karakteriserats som onc-gen och tumörsuppressorgen. Den är en av de gener som vanligast är muterade i humana tumörer. Man förstår nu en del av dess normala funktion. GB

 

2. Homeoboxgener

Homeoboxgener kodar för proteiner med sk homeodomäner. Dessa proteiner har viktiga roller i formbildningen hos metazoer och växter. Deras expression följer också i vissa fall ett karakteristiskt rumsligt mönster. PC

 

3. Transkriptionskopplad DNA-reparation

I däggdjursceller reparareras skador i DNA snabbare i transkriberade regioner. Dessutom finns en preferens för DNA-reparation av den transkriberade strängen. Man tror att denna sker i sambande med transkriptionen, eventuellt av transkriptions- och reparationsenzym i samma proteinkomplex. PS

 

4. Ataxia telangiectasia

Detta är den enda kända humana genetiska sjukdomen med en defekt i checkpointkontroll i cellcykeln. Sjukdomen karakteriseras av förhöjd frekvens av vissa cancerformer, vilket är lättförklarligt för denna defekt, men också av neurologiska avvikelser. Nyligen har man funnit den gen som svarar för åtminstone majoriteten av fallen av Ataxia telangiectasia. Genen kodar för ett protein med stora sekvenslikheter med PI-3-kinaser, men biokemiska data tyder på att det i stället är ett okonventionellt proteinkinas. PS

 

5. Repetitivt DNA i protein-kodande sekvens

Majoriteten av repetitiva DNA-element i genomet hos högre eukaryoter befinner sig i icke-kodande DNA. I vissa fall har dock dessa mobila element inserterats i exoner i protein-kodande gener och uttrycks till funktionellt protein. Därigenom bidrar de till den totala komplexiteten i en organisms proteinuppsättning. OO

 

6. Trinukleotidexpansion

Flera monogena ärftliga sjukdomar uppvisar ett varierande antal repetitioner av en trinukleotid (t.ex. kodande för glutamin). Antalet repetitioner verkar samvariera både med hutr tidigt sjukdomen bryter ut och hur kraftigt dess förlopp blir. En föreslagen mekanism för trinukleotidexpansion tros vara att DNA-replikationsmaskineriet "glider" över de repeterade sekvenserna. PS

 

7. Reglering av transkriptionsfaktorer genom fosforylering

Man har identifierat flera exempel på denna regleringsmekanism, bl.a. vad gäller cellcykelspecifik transkription. PC

 

8. Biologiska klockor

Många biologiska processer hos både växter och djur uppvisar periodiciteter av olika längd. För dygnsbundna variationer hos djur finns de molekylära mekanismerna bäst kartlagda. OO

 

9. DNA-dupliceringar i evolutionen

Det finns många exempel på att DNA-segment har duplicerats, vilket ger extra kopior av en gen. Det evolutionära trycket att bibehålla genens sekvens och funktion minskar därmed, då en extra kopia finns kvar och kan utföra den ursprungliga funktionen. Denna process kan leda till pseudogener, men också till familjer av besläktade gener, vilket det finns gott om hos eukaryoter. PC

 

10. Kärnlokaliseringssignaler

Liksom för andra organeller existerar signalsekvenser i proteiner som är lokaliserade till kärnan. Det har länge varit oklart hur dessa ser ut. En del av förklaringen kan vara att flera olika transportsystem existerar för kärnlokalisation av proteiner. PC

 

11. Variegation

Mosaicism med avseende på uttryck av en gen i en organism kan uppträda i samband med en kromosomal translokation eller som resultat av förflyttning av ett rörligt genetiskt element. En modell för hur tystandet av genen går till är att den hamnar i en heterokromatisk region, varefter heterokromatinet sprider sig in i en eukromatiska regionen. PS

 

12. Proteinproduktion i transgena djur genom uttryck från bröstkörtelspecifika promotorer

Om produkten av en klonad gen kan utvinnas från bröstmjölken i stället för från serum eller något organ, skulle det medföra stora vinster, både ekonomiska och för försöksdjuret. Hittills har de flesta erfarenheterna på detta område samlats med transgena möss; eventuella tillämpningar tros kunna komma i flera djurslag, t.ex. ko eller får. GB

 

13. Genetisk screening

Ett stort och snabbt växande antal humana genetiska sjukdomar har kartlagts i det humana genomet,  och det humana genomprojektet kommer på sikt att ytterligare dramatiskt öka möjligheterna att identifiera stora och små genetiska defekter. Detta får användning bl.a. i genetisk rådgivning, men försäkringsbolag och andra företag har redan prövat möjligheterna att identifiera personer med ökad risk för vissa genetiska sjukdomar. PC

 

14. Histoner och andra "icke-sekvensspecifika" DNA-bindande proteiner i genreglering

Denna grupp proteiner har länge ansetts spela en roll endast för att ge DNA dess allmänna struktur. Det finns dock data som tyder på att t.ex. histonerna H3 och H4 kan ha en direkt betydelse för uttrycket av specifika gener. PS

 

15. "Hot spots" för rekombination

Både för meiotisk rekombination och vid integrering av vissa virus i genomet existerar det områden i DNA där rekombination är mycket mer frekvent än i kringliggande områden. Spekulationerna kring vad som utmärker sådana "hot spots" har bl.a. rört graden av transkription samt förekomsten av dubbelsträngsbrott. PS

 

16. ras som onc-gen

Denna onc-gen var den första som identifierades som muterad i humana tumörer, och den som oftast är muterad. Omfattande studier av sambandet mellan mutagena ämnen och uppkomsten av cancer har identifierat flera aktiverande mutationer i ras. GB

 

17. RNA i genomet

Idag finner man genom bestående av RNA endast hos vissa virus. Det finns dock spekulationer om att vår nuvarande "DNA-värld" har föregåtts av en "RNA-värld" där RNA även har rollen som genetiskt lagringsmedium i alla celler. RNA-virus, bl.a. retrovirus, har vissa karakteristika som konsekvens av bl.a. att replikationen av RNA har en väsentligt högre felfrekvens än DNA-replikation. GB

 

18. Kärnans arkitektur

Det är inte möjligt att hänföra alla aspekter av reglering direkt till DNA-sekvens. Både transkription och replikation är dessutom beroende av  hur DNA är organiserat i kromatin, och hur detta i sin tur är organiserat i kärnan. Vissa strukturer kan urskiljas i kärnan; förutom nukleolen finns det belägg för att varje kromosom upptar en separat domän. PS

 

19. Skräddarsydda antikroppar

Antikroppar har en unik förmåga till specifik igenkänning av makromolekylstrukturer, och har en mycket vid uppsättning tillämpningar inom proteinkemi, cellbiologi, diagnostik, terapi etc. Nyligen har tekniker utvecklats för att uttrycka bibliotek av antikropparnas tunga och/eller lätta kedja i E. coli. Man kan screena biblioteken för igenkänning av ett visst antigen, och reagerande antikroppar kan därefter med rekombinantDNA-teknik modifieras för att passa vissa krav; t.ex. kan art- eller immunglobulinklass-specifika sekvenser kombineras med en önskad antigenigenkännande domän. PC

 

20. SH2- och SH3-domäner

Strukturen hos dessa proteindomäner har nyligen bestämts. SH2- och SH3-domäner finns hos ett antal molekyler i intracellulära signaleringsvägar, där de fungerar som specifika igenkänningssekvenser för protein-protein-interaktioner. Domänerna kan också utnyttjas för indirekta interaktioner med s.k. dockningsproteiner. PS

 

21. Apoptos

Apoptos eller programmerad celldöd är en nödvändig del av morfogenesen hos metazoer. Nyligen har vissa gener identifierats som ansvariga för initiering eller hämning av apoptos. Vissa teorier hävdar också att defekt apoptos, vid sidan av ohämmad celldelning, är av betydelse för tumörutveckling. GB

 

22. Prioner

Vissa degenerativa sjukdomstillstånd i centrala nervsystemet ansågs tidigare orsakade av långsamverkande virus. Det står nu klart att den infektiösa molekylen i dessa fall i stället är ett protein och inte en nukleinsyra. Detta protein kodas av en cellulär gen. Det finns belägg för att prionliknande proteinbaserad nedärvning även förekommer i jäst. PC

 

23. Genomisk imprinting

Denna term syftar på förhållandet att vissa gener uttrycks eller är tysta beroende på sitt tillstånd i den förälder de har nedärvts från. Mekanismen för detta är omstridd men metylering av DNA verkar vara en viktig komponent. PC

 

24. Telomerer och åldrande

Pga av ofullständig replikation av linjära kromosomer kortas dessa c:a 50 bp för varje celldelning. I encelliga eukaryoter kompenseras detta genom en kontinuerlig nysyntes av enzymet telomeras. I flercelliga organismer syntetiseras långa telomerer i embryonalstadiet, varefter telomerasaktiviteten försvinner och telomererna successivt förkortas. En hypotes är att korta telomerer är kopplat till cellåldrande. I vissa tumörer har man hittat telomerasaktivitet. PS

 

25. RNA-editing

Efter transkriptionen kan informationsinnehållet i mRNA ändras genom att enstaka baser förändras. Denna fenomen finns bl.a. belagd för den humana apolipoprotein B-genen samt för genen för en glutamatreceptor. Dubbelsträngat RNA kan vara en intermediär i denna process. PC

 

26. Introner i evolutionen

Det existerar två motsatta uppfattningar om när introner hamnat i eukaryota gener. Vissa hävdar att intronernas placering i gener är av gammalt ursprung och är relativt konstant; detta skulle gynna omkombinering av proteindomäner genom "exon shuffling". Andra menar att intronernas placering är varierande och slumpmässig. Vissa data tyder på att introner kan fungera som rörliga element i genomet. PC

 

27. Kombinatoriska bibliotek

I sökandet efter substanser med en specifik biologisk aktivitet har man börjat utnyttja bibliotek av peptider med olika sekvens. Om dessa är immobiliserade kan man enkelt detektera bindning till en viss substans eller protein. Sådana bibliotek kan framställas antingen genom immobiliering av oligopeptider med degenererad sekvens eller genom kloning av oligonukleotider med degenererad sekvens i fagvektorer med vars hjälp man sedan kan uttrycka peptidsekvensen på ytan av bakterier. OO

 

28. Cdk-inhibitorer som tumörsuppressorgener

Flera proteiner som inhiberar cdk (cyclin dependent kinases), vilka krävs för att driva celldelningscykeln framåt, har nyligen upptäckts. I vissa tumörer har man upptäckt mutationer i gener som kodar för sådana inhibitorproteiner. PS

 

29. Riktad proteolys som regleringsmekanism

Förutom transkriptionell reglering och kovalent modifiering av proteinprodukten (t. ex. fosforylering) kan även proteindegradation användas som regleringsmekanism. SOS-responsen hos E. coli är ett klassiskt fall av detta, men på senare tid har man funnit väl belagda exempel på detta även hos eukaryoter; framför allt när det gäller den ubikitinberoende proteolysen. OO

 

30. T‑DNA baserad mutagenes

Detta är en metod som används i högre växter för inaktivering av gener samt identifiering av promotorer. Stora T-DNA insertionsbilbliotek kan också användas för att identifiera plantor muterade i specifika locus. OO

 

31. Stressttolerans hos växter

Abiotisk stress orsakad av köld, torka eller höga salthalter indicerar en serie molekylära responser hos den drabbade växten. Flera sådan stressinducerade signal vägar och deras interaktion med varandra har nu börjat klarna, vilket leder till att transgena växter med ökad köldtolerans nu kan börja konstrueras. OO

 

32. Växthormon-signaltransduktion

På senare år har flera av de molekylära mekanismer för hur hormonella signaler vidarebefordras i växtcellen kartlagts. Speciellt gäller detta auxiner och deras tillväxtstimulerande roll samt etylen, som är involverat bl.a. i att inducera fruktmognad. OO

 

33. Histonacetylering i genreglering

Genom att reversibelt modifiera positivt laddade aminosyror i histoner kan genaktiviteten förändras både på kort och lång sikt. Heterokromatiska områden kännetecknas bl. a. minskad acetylering i vissa positioner. Nya data tyder på att acetyleringsmönster kan vara ärftliga, och i så fall utgör en epigenetisk nedärvning förutom DNA-metylering. PS

 

34. Molekylär arkeologi och paleontologi

Med PCR kan kvarvarande DNA-fragment i (mer eller mindre fossiliserade) lämningar av människor, djur och växter amplifieras och sekvensbestämmas. Därigenom kan inte bara nu levande utan även utdöda organismer klassificeras och det evolutionära avståndet mätas. OO

 

35. Mikroarrayhybridisering

Genom att immobilisera oligonukleotider eller PCR-produkter vid filter eller "chips" bestående av kisel, glas eller plastmaterial, kan man på en liten yta representera alla gener i ett färdigsekvenserat genom. En sådan uppsättning ("mikroarray") kan användas t.e.x för att i ett försök samtidigt analysera expressionen av alla gener under vissa betingelser. PS

 

36. Växtpatogenes

Växter har utvecklat ett flertal mekanismer för att överleva i en värld full av virus, bakterier och svampar. Under senare år har en del av dessa mekanismer klarlagts på den molekylära nivån. OO

 

37. Ljusmodulerad vegetativ utveckling hos växter

Växter kan uppfatta både ljus både kvantitativt och kvalitativt, dvs känner av ljusets intensitet, våglängd, riktning och varaktighet. Denna information används kontinuerligt för att anpassa och optimera tillväxt och utveckling efter rådande förhållanden. Ett flertal olika ljusreceptorer har identifierats i växter, såväl som mekanismer får hur dessa signaler transduceras i växten. MH