Modellorganismen Fragen-Tiere:
Fragen zu 10. Drosophila
welche Eigenschaften Drosophila als Modellorganismus für die biologische Forschung ausweisen
• Schnelle Entwicklung + Kurzer Lebenszyklus -> tempabhängig -> 10 Tage bei 25 Grad,
Labornutzung: 18 für Aufbewahrung, 25 und mehr -> schnelle Entwicklung + Verfügbarkeit
• Jedes Weibchen legt 400-500 Eier + kleine Adulte Form
• Einfache Haltung und Manipulation (günstig) -> Geeignet für genetische Manipulation
• Großes Set an genetischen Tools verfügbar -> Mutanten bestellbar -> gute Datenbank
• Einfacher Karyotyp: 4 Chromosomenpaare
• 60% Gensequenz konserviert zu Mensch -> Homologe für mind. 75% menschl. Krankheitsgene
➔ Biologische Relevanz zum Mensch
• Genom vollständig sequenziert + Genomgröße gut handhabbar: 175 Mb (Human: 3,3 Gb)
• Weniger genetische Redundanz im Vgl zu Säugetieren
• Wenig ethische Bedenken
• Keimbahn Untersuchung, Gewebe Untersuchungen
• Genetic modifier screen -> gutes Krebsmodell
welche Gengruppen die Ausbildung der Längsachse und die Segmentierung bei Drosophila steuern
• Verschiedene maternale Gene, die im Ei spezifisch angelegt werden als mRNA oder Proteine -> sind
Transkriptionsfaktoren -> Regulieren Expressionsmuster von Eve-Gen + anderen Pair-Rule Genen
• Im Ei Gradienten der versch. Transkriptionsfaktoren -> je nach Konzentration dieser bekommt man spez.
Expression von Eve und anderen Pair-Rule Genen -> zB. hoher Hunchback, etwas Bicoid, kein Krüppel, kein
Giant bildet Eve Streifen 2
• Spezifische Promotorregionen des even-skipped (eve) Gens kontrollieren die spezifischen
Transkriptionsbanden (Streifen/Segmente) innerhalb des Embryos -> Eve Gen hat viele Promotorregionen,
an die versch. TF binden können -> je nachdem welcher Promotor aktiviert wird, wird spezifischer Streifen
gebildet -> beginnt ab 13. Teilungszyklus
welche Funktion homeotische Selektorgene in der Embryonaletwicklung ausüben und welche
Gemeinsamekeiten und Unterschiede sie im Vergleich zu den Säugern aufweisen.
• Hox-Gene legen die Identität der schon angelegten Segmente (Streifen) fest
• Aktivität der Hox-Gene wird durch die vorangehende Aktivität der Pair-Rule Gene gesteuert -> Segmente
müssen erst angelegt sein, bevor sie Identität bekommen können
• Homologe Hox-Gen Cluster in Drosophila und Maus -> Hox Gen Cluster genau 1 mal in Fliege -> bei Maus
(Mensch) komplexer, mehrere Gencluster -> redundant (teilweise Kopien)
➔ Aber gleiche lineare Aufteilung der Hox-Gencluster -> homolog
den Unterschied zwischen „maternalen Genen“ und „zygotischen Genen“ erklären können. Sie sollten
beschreiben können, welche Schritte der Embryonalentwickung durch welche Gene gesteuert werden.
→ maternale Gene: Gene, die während der Oogenese (und damit entsprechend dem Genom der Mutter)
exprimiert werden
→ zygotische Gene: Gene, die in der frühen Embryonalentwicklung exprimiert werden
• In früher Embryonalentwicklung = nuclear cycles (1-13), nur Mitose und Replikation -> muss nichts
hergestellt werden -> mRNA + Proteine sind schon da (durch maternale Gene) -> keine Gap-Phase nötig
• Verschiedene maternale Gene, die im Ei spezifisch angelegt werden als mRNA oder Proteine -> sind
Transkriptionsfaktoren
• Ab postblastodermen Zyklus (14-16) kommt G2-Phase dazu -> zygotische Gene werden exprimiert -> Eve-
Gen und andere Pair rule Gene -> Transkriptionsfaktoren regulieren je nach Konzentration
Expressionsmuster von Eve-Gen + anderen Pair-Rule Genen
• Spezifische Promotorregionen des even-skipped (eve) Gens kontrollieren die spezifischen
Transkriptionsbanden (Streifen/Segmente) innerhalb des Embryos -> Eve Gen hat viele Promotorregionen,
, an die versch. TF binden können -> je nachdem welcher Promotor aktiviert wird, wird spezifischer Streifen
gebildet -> beginnt ab 13. Teilungszyklus
die grundlegenden bei Drosophila angewendeten molekularbiologischen Tools beschreiben können und daraus
die Anwendungen ableiten können (Balancer Chromosomen, P-Elemente, Gal4-UAS, …)
Balancer Chromosom:
1. Dominanter Marker (zb CurlyO)
2. Rezessives letales Gen (sodass wenn Balancer 2 mal vorliegt -> tot)
3. Multiple Inversionen, die genetischen Austausch zwischen Balancer und seinem nicht-balancer homolog
während Mitose verhindern
Balancer Chromosom = Chromosom, das designt wurde um letale Mutationen nicht im Fliegenstock zu
verlieren
• Reinkreuzung in Fliege: Fliege 1 Balancerchr. + 1 WT-Chromosom, mit letaler Mutation
• 2 mal Balancer -> tot
• 2 mal WT mit let. Gen -> tot
• Mit Balancer und WT Chromosom mit letaler Mutation lebt -> wichtig um letale Mutationen zu erhalten +
untersuchen zu können -> mit Balancer lässt sich gute Genetik betreiben, man weiß immer bei
Kreuzungen, wo ist mein Balancer hinvererbt worden und damit auch wenn Fliege wo die letale Mutation
ist -> gut erkennbar durch dom. Marker auf Balancer
P-Elemente:
• P-Elemente inserieren sich mittels Transposase ins Genom -> man braucht dafür nur die Enden = inverted
repeats -> mittlerer Bereich (Transposontranskript) egal, hier kann Transgen und Marker drin sein
• Klassischer Transformationsplasmid = pCasper Vektor: enthät white + (rote Augen) und Gen der Interesse
(Transgen, kann auch GFP tagged sein)
• pCasper + Helperplasmid (enthält Transposase Gen) wird in M-Stamm (w-) Embryo injiziert -> kann
Transposition nicht unterdrücken -> Gamete mit transformierter DNA im Genom entsteht = weiße Augen >
Transposase erst in Keimbahn der Fliege aktiv -> nach Kreuzung erhält man rote Augen -> daran erkennt
man transgene Fliege
-> Herstellung transgener Fliegen und Reporterkonstrukte
GAL4-UAS
• UAS Konstrukte = sehr wichtiges Tool
• transgene Fliege: Gal 4 aus Hefe zwischen P-Elementenden, -> steht unter Kontrolle eines gewebespez.
Enhancer (GMR-GAL4 -> zB. augenspezifisch)
• andere transgene Fliege besitzt zwischen P-Elementenden Gen of Interest + UAS -> Gen steht unter
Kontrolle von UAS
• Nach Kreuzung beider Fliegen, wird Gal4 gewebespezifischen produziert = Transkriptionsfaktor -> bindet
an UAS -> Gen of Interest wird exprimiert -> aber nur gewebespezifisch
• Oft als tool eingesetzt für Screens -> um Überexpression eines Gens in best. Bereich/Gewebe zu erhalten
=> Genetic modifier screen -> Nachkommen aus Kreuzung (mit GAL4 und UAS Konstrukt auf Chromosom +
Balancer Chromosom) eingesetzt für weitere Kreuzungen -> weitere Mutationen werden reingekreuzt und
man schaut wird gewebespez. Effekt stärker, supprimiert oder kein Effekt
RNAi:
• in P-Element: UAS, cDNA = kleine Abschnitte des Gens of interest, aber invertiert
• cDNA Transkription steht unter Kontrolle von UAS -> dh es wird erst induziert wenn GAL4 an UAS bindet
und es aktiviert -> gewebespezifisch
• wenn aktiviert wird cDNA transkibiert -> RNA-Transkript -> bildet Hairpin RNA
• hpRNA wird von RNAi erkannt und geschnitten (Dicer) + in RNAi Komplex (RISC) eingebaut und damit
mRNA abgerastert
• Ziel mRNA wird geschnitten + degradiert -> Gen-Knockout
• Auch hier ganzes wieder gewebespezifisch (kann auch zell oder stagespez. gemacht werden) über
Promotor der vor GAL4 geschaltet ist -> so hat man Knockout nur in gewünschtem Gewebe
, ein Vorgehen entwickeln können, mit dem man Drosophila als Modellorganismus zur Untersuchung von
Krankheiten des Menschen nutzen kann.
Genetic modifier screen -> für Krebs:
1. Drosophila Auge als in vivo Reagenzglas für die Identifizierung krebsbedingter Gene + Wege
• Rough Eye Phänotyp durch Expression von humanen Krebsgenen bspw. erzeugt
• Gleicher Phänotyp wie bei augenspez. Überexpression CID kann auch so erzeugt werden
• Dann weitere Mutationen oder chemische Verbindungen zugegeben und getestet was wirkt auf die
Mutation
2. Gehirnzellen:
• Kreuzung der Nachkommen (Yeast-Gal-UAS) = GFP-Linie (Gehirnzellen GFP-getagged) in verschiedene
genetische Hintergründe, von denen man ausgeht, dass sie in Krebsentwicklung Rolle spielen
• Man erhält GFP-positive Hirnzellen mit dem zugehörigen genetischen Hintergrund -> diese Zellen werden
in Hostfliege implantiert -> dann schaut man sich an ob Fliege non-tumorigenic oder tumorigenic reagiert
-> erkennbar an Metastasen -> zB. auf einmal GFP-Zellen im Auge = Metatasierung = tumorigenic
3. Substanzen/Medikamententestung:
• Embryos fluoreszieren grün, wenn Tumorwachstum stattfindet
• Embryos werden bei Nahrung, die spez. Substanz oder Medikament enthält wachsen gelassen
• Wenn Embryo grün fluoresziert ist Substanz oder Medikament Krebs erregend
Fragen zu 10. Drosophila
welche Eigenschaften Drosophila als Modellorganismus für die biologische Forschung ausweisen
• Schnelle Entwicklung + Kurzer Lebenszyklus -> tempabhängig -> 10 Tage bei 25 Grad,
Labornutzung: 18 für Aufbewahrung, 25 und mehr -> schnelle Entwicklung + Verfügbarkeit
• Jedes Weibchen legt 400-500 Eier + kleine Adulte Form
• Einfache Haltung und Manipulation (günstig) -> Geeignet für genetische Manipulation
• Großes Set an genetischen Tools verfügbar -> Mutanten bestellbar -> gute Datenbank
• Einfacher Karyotyp: 4 Chromosomenpaare
• 60% Gensequenz konserviert zu Mensch -> Homologe für mind. 75% menschl. Krankheitsgene
➔ Biologische Relevanz zum Mensch
• Genom vollständig sequenziert + Genomgröße gut handhabbar: 175 Mb (Human: 3,3 Gb)
• Weniger genetische Redundanz im Vgl zu Säugetieren
• Wenig ethische Bedenken
• Keimbahn Untersuchung, Gewebe Untersuchungen
• Genetic modifier screen -> gutes Krebsmodell
welche Gengruppen die Ausbildung der Längsachse und die Segmentierung bei Drosophila steuern
• Verschiedene maternale Gene, die im Ei spezifisch angelegt werden als mRNA oder Proteine -> sind
Transkriptionsfaktoren -> Regulieren Expressionsmuster von Eve-Gen + anderen Pair-Rule Genen
• Im Ei Gradienten der versch. Transkriptionsfaktoren -> je nach Konzentration dieser bekommt man spez.
Expression von Eve und anderen Pair-Rule Genen -> zB. hoher Hunchback, etwas Bicoid, kein Krüppel, kein
Giant bildet Eve Streifen 2
• Spezifische Promotorregionen des even-skipped (eve) Gens kontrollieren die spezifischen
Transkriptionsbanden (Streifen/Segmente) innerhalb des Embryos -> Eve Gen hat viele Promotorregionen,
an die versch. TF binden können -> je nachdem welcher Promotor aktiviert wird, wird spezifischer Streifen
gebildet -> beginnt ab 13. Teilungszyklus
welche Funktion homeotische Selektorgene in der Embryonaletwicklung ausüben und welche
Gemeinsamekeiten und Unterschiede sie im Vergleich zu den Säugern aufweisen.
• Hox-Gene legen die Identität der schon angelegten Segmente (Streifen) fest
• Aktivität der Hox-Gene wird durch die vorangehende Aktivität der Pair-Rule Gene gesteuert -> Segmente
müssen erst angelegt sein, bevor sie Identität bekommen können
• Homologe Hox-Gen Cluster in Drosophila und Maus -> Hox Gen Cluster genau 1 mal in Fliege -> bei Maus
(Mensch) komplexer, mehrere Gencluster -> redundant (teilweise Kopien)
➔ Aber gleiche lineare Aufteilung der Hox-Gencluster -> homolog
den Unterschied zwischen „maternalen Genen“ und „zygotischen Genen“ erklären können. Sie sollten
beschreiben können, welche Schritte der Embryonalentwickung durch welche Gene gesteuert werden.
→ maternale Gene: Gene, die während der Oogenese (und damit entsprechend dem Genom der Mutter)
exprimiert werden
→ zygotische Gene: Gene, die in der frühen Embryonalentwicklung exprimiert werden
• In früher Embryonalentwicklung = nuclear cycles (1-13), nur Mitose und Replikation -> muss nichts
hergestellt werden -> mRNA + Proteine sind schon da (durch maternale Gene) -> keine Gap-Phase nötig
• Verschiedene maternale Gene, die im Ei spezifisch angelegt werden als mRNA oder Proteine -> sind
Transkriptionsfaktoren
• Ab postblastodermen Zyklus (14-16) kommt G2-Phase dazu -> zygotische Gene werden exprimiert -> Eve-
Gen und andere Pair rule Gene -> Transkriptionsfaktoren regulieren je nach Konzentration
Expressionsmuster von Eve-Gen + anderen Pair-Rule Genen
• Spezifische Promotorregionen des even-skipped (eve) Gens kontrollieren die spezifischen
Transkriptionsbanden (Streifen/Segmente) innerhalb des Embryos -> Eve Gen hat viele Promotorregionen,
, an die versch. TF binden können -> je nachdem welcher Promotor aktiviert wird, wird spezifischer Streifen
gebildet -> beginnt ab 13. Teilungszyklus
die grundlegenden bei Drosophila angewendeten molekularbiologischen Tools beschreiben können und daraus
die Anwendungen ableiten können (Balancer Chromosomen, P-Elemente, Gal4-UAS, …)
Balancer Chromosom:
1. Dominanter Marker (zb CurlyO)
2. Rezessives letales Gen (sodass wenn Balancer 2 mal vorliegt -> tot)
3. Multiple Inversionen, die genetischen Austausch zwischen Balancer und seinem nicht-balancer homolog
während Mitose verhindern
Balancer Chromosom = Chromosom, das designt wurde um letale Mutationen nicht im Fliegenstock zu
verlieren
• Reinkreuzung in Fliege: Fliege 1 Balancerchr. + 1 WT-Chromosom, mit letaler Mutation
• 2 mal Balancer -> tot
• 2 mal WT mit let. Gen -> tot
• Mit Balancer und WT Chromosom mit letaler Mutation lebt -> wichtig um letale Mutationen zu erhalten +
untersuchen zu können -> mit Balancer lässt sich gute Genetik betreiben, man weiß immer bei
Kreuzungen, wo ist mein Balancer hinvererbt worden und damit auch wenn Fliege wo die letale Mutation
ist -> gut erkennbar durch dom. Marker auf Balancer
P-Elemente:
• P-Elemente inserieren sich mittels Transposase ins Genom -> man braucht dafür nur die Enden = inverted
repeats -> mittlerer Bereich (Transposontranskript) egal, hier kann Transgen und Marker drin sein
• Klassischer Transformationsplasmid = pCasper Vektor: enthät white + (rote Augen) und Gen der Interesse
(Transgen, kann auch GFP tagged sein)
• pCasper + Helperplasmid (enthält Transposase Gen) wird in M-Stamm (w-) Embryo injiziert -> kann
Transposition nicht unterdrücken -> Gamete mit transformierter DNA im Genom entsteht = weiße Augen >
Transposase erst in Keimbahn der Fliege aktiv -> nach Kreuzung erhält man rote Augen -> daran erkennt
man transgene Fliege
-> Herstellung transgener Fliegen und Reporterkonstrukte
GAL4-UAS
• UAS Konstrukte = sehr wichtiges Tool
• transgene Fliege: Gal 4 aus Hefe zwischen P-Elementenden, -> steht unter Kontrolle eines gewebespez.
Enhancer (GMR-GAL4 -> zB. augenspezifisch)
• andere transgene Fliege besitzt zwischen P-Elementenden Gen of Interest + UAS -> Gen steht unter
Kontrolle von UAS
• Nach Kreuzung beider Fliegen, wird Gal4 gewebespezifischen produziert = Transkriptionsfaktor -> bindet
an UAS -> Gen of Interest wird exprimiert -> aber nur gewebespezifisch
• Oft als tool eingesetzt für Screens -> um Überexpression eines Gens in best. Bereich/Gewebe zu erhalten
=> Genetic modifier screen -> Nachkommen aus Kreuzung (mit GAL4 und UAS Konstrukt auf Chromosom +
Balancer Chromosom) eingesetzt für weitere Kreuzungen -> weitere Mutationen werden reingekreuzt und
man schaut wird gewebespez. Effekt stärker, supprimiert oder kein Effekt
RNAi:
• in P-Element: UAS, cDNA = kleine Abschnitte des Gens of interest, aber invertiert
• cDNA Transkription steht unter Kontrolle von UAS -> dh es wird erst induziert wenn GAL4 an UAS bindet
und es aktiviert -> gewebespezifisch
• wenn aktiviert wird cDNA transkibiert -> RNA-Transkript -> bildet Hairpin RNA
• hpRNA wird von RNAi erkannt und geschnitten (Dicer) + in RNAi Komplex (RISC) eingebaut und damit
mRNA abgerastert
• Ziel mRNA wird geschnitten + degradiert -> Gen-Knockout
• Auch hier ganzes wieder gewebespezifisch (kann auch zell oder stagespez. gemacht werden) über
Promotor der vor GAL4 geschaltet ist -> so hat man Knockout nur in gewünschtem Gewebe
, ein Vorgehen entwickeln können, mit dem man Drosophila als Modellorganismus zur Untersuchung von
Krankheiten des Menschen nutzen kann.
Genetic modifier screen -> für Krebs:
1. Drosophila Auge als in vivo Reagenzglas für die Identifizierung krebsbedingter Gene + Wege
• Rough Eye Phänotyp durch Expression von humanen Krebsgenen bspw. erzeugt
• Gleicher Phänotyp wie bei augenspez. Überexpression CID kann auch so erzeugt werden
• Dann weitere Mutationen oder chemische Verbindungen zugegeben und getestet was wirkt auf die
Mutation
2. Gehirnzellen:
• Kreuzung der Nachkommen (Yeast-Gal-UAS) = GFP-Linie (Gehirnzellen GFP-getagged) in verschiedene
genetische Hintergründe, von denen man ausgeht, dass sie in Krebsentwicklung Rolle spielen
• Man erhält GFP-positive Hirnzellen mit dem zugehörigen genetischen Hintergrund -> diese Zellen werden
in Hostfliege implantiert -> dann schaut man sich an ob Fliege non-tumorigenic oder tumorigenic reagiert
-> erkennbar an Metastasen -> zB. auf einmal GFP-Zellen im Auge = Metatasierung = tumorigenic
3. Substanzen/Medikamententestung:
• Embryos fluoreszieren grün, wenn Tumorwachstum stattfindet
• Embryos werden bei Nahrung, die spez. Substanz oder Medikament enthält wachsen gelassen
• Wenn Embryo grün fluoresziert ist Substanz oder Medikament Krebs erregend
