New computational biology tools for the systematic analysis of the structure and expression of human genes

From the late 1980s, the automation of sequencing techniques and the computer spread gave rise to a flourishing number of new molecular structures and sequences and to proliferation of new databases in which to store them. Here are presented three computational approaches able to analyse the massive amount of publicly avalilable data in order to answer to important biological questions. The first strategy studies the incorrect assignment of the first AUG codon in a messenger RNA (mRNA), due to the incomplete determination of its 5' end sequence. An extension of the mRNA 5' coding region was identified in 477 in human loci, out of all human known mRNAs analysed, using an automated expressed sequence tag (EST)-based approach. Proof-of-concept confirmation was obtained by in vitro cloning and sequencing for GNB2L1, QARS and TDP2 and the consequences for the functional studies are discussed. The second approach analyses the codon bias, the phenomenon in which distinct synonymous codons are used with different frequencies, and, following integration with a gene expression profile, estimates the total number of codons present across all the expressed mRNAs (named here "codonome value") in a given biological condition. Systematic analyses across different pathological and normal human tissues and multiple species shows a surprisingly tight correlation between the codon bias and the codonome bias. The third approach is useful to studies the expression of human autism spectrum disorder (ASD) implicated genes. ASD implicated genes sharing microRNA response elements (MREs) for the same microRNA are co-expressed in brain samples from healthy and ASD affected individuals. The different expression of a recently identified long non coding RNA which have four MREs for the same microRNA could disrupt the equilibrium in this network, but further analyses and experiments are needed.

Populationsgenetik kupfer- und bronzezeitlicher Bevölkerungen der osteuropäischen Steppe

Mit der vorliegenden Arbeit wurden erstmals prähistorische Bevölkerungsstrukturen in der osteuropäischen Steppe von der Oberthrakischen Tiefebene bis zur Wolga populationsgenetisch untersucht. Mit Multiplex-PCR und 454-Sequencing wurden von 65 kupfer- und bronzezeitlichen Individuen die Hypervariable Region I und 30 Abschnitte der coding region der mitochondrialen DNA analysiert. Außerdem wurden bis zu 20 putativ selektierte autosomale SNPs und ein geschlechtsspezifischer Locus genotypsiert. Zu Vergleichszwecken wurden veröffentlichte prähistorische DNA-Daten aus Westeurasien und moderne DNA-Sequenzen herangezogen. Die Ergebnisse stützen die Annahme, dass frühneolithische Bauern aus Südosteuropa durch demische Diffusion an der Etablierung der Viehwirtschaft in der Steppe beteiligt waren. Die durchweg niedrigen FST-Werte zwischen der frühbronzezeitlichen Jamnaja-Kultur in der Steppe und den aufeinanderfolgenden neolithischen Kulturen Mitteleuropas sprechen für regelmäßige Kontakte. Die der Jamnaja-Kultur nachfolgende Katakombengrabkultur ist von einem hohen Anteil der in nord- und osteuropäischen Jäger/Sammler-Populationen verbreiteten Haplogruppe U4 geprägt. Niedrige FST-Werte zwischen den prähistorischen Steppenpopulationen und der heutigen Bevölkerung Mittel- und Osteuropas weisen auf genetische Kontinuität hin. Die nukleären Genotypenfrequenzen bestätigt dies. Der moderne europäische Genpool lässt sich nach aktuellem Kenntnisstand auf drei Wurzeln zurückführen: indigene Mesolithiker, frühe Bauern aus dem Nahen Osten und eine nordeurasische Komponente jungpalaeolithischen Ursprungs. Letztere könnte vielleicht über die nordpontische Population in das Erbgut spätneolithischer Europäer gelangt sein.

Charakterisierung und funktionelle Analyse verschiedener Isoformen von Clusterin (Apolipoprotein J)

Clusterin (CLU), auch bekannt unter dem Namen Apolipoprotein J (ApoJ), wird von Zellen als hetreodimeres Glykoprotein exprimiert und in den extrazellulären Raum sezerniert. Es wird daher auch als sezerniertes CLU (sCLU) bezeichnet. Neben sCLU sind auch nicht-sezernierte Isoformen von CLU bekannt, die in der vorliegenden Arbeit erforscht wurden. Ziel dabei war es, die Expression, die Biogenese, sowie die Funktion dieser Proteine zu ergründen. Nicht-sezernierte CLU-Formen werden ausschließlich von Zellen exprimiert, die zuvor einer Stresssituation ausgesetzt wurden. Dies konnte insbesondere durch Kultur verschiedener Zelllinien bei erhöhter Temperatur oder durch Behandlung mit dem Proteasominhibitor MG 132 demonstriert werden, worauf neben sCLU auch 50 kDa bzw. 45 kDa große, nicht-sezernierte CLU-Proteine in geringen Mengen exprimiert wurden. Bezüglich der Biogenese dieser Proteine wurden mehrere Hypothesen bzw. Mechanismen diskutiert und in dieser Arbeit untersucht: alternative Translationsstartpunkte auf verschiedenen mRNAs, alternatives Splicing einzelner mRNAs sowie Retrotranslokation oder Mistranslokation von sCLU-Vorläuferproteinen. Um die Hypothesen eruieren zu können, musste zuerst eine Expressionsanalyse der bekannten CLU-mRNAs durchgeführt werden. Über 5’-RACE, semi-quantitative und quantitative PCRs wurde die Expression von vier CLU-mRNAs sowie deren Induktion auf Zellstress hin festgestellt. Variante 1 (BP211675) ist die dominante CLU-mRNA und macht über 99,5 % an CLU-mRNA in unbehandelten sowie in gestressten Zellen aus. Des Weiteren sind geringste Mengen der mRNA-Varianten 2 und 3 (NR_038335.1 und NR_045494.1) detektiert worden, deren Sequenzen sich lediglich in ihrem alternativen Exon 1 von Variante 1 unterscheiden. Schließlich konnte die Expression von Variante 1 [Δex2] festgestellt werden, welcher durch alternatives Splicing, i.e. Exon-skipping, das Exon 2 mit der ER-Signalsequenz-codierenden Region (SSCR) fehlt. HEK 293-Zellen, die transient mit je einer der rekombinanten CLU-mRNAs in Form rekombinanter cDNA transfiziert wurden, exprimierten neben großen Mengen sCLU auch geringe Mengen an den nicht-sezernierten CLU-Isoformen. Die anschließend durchgeführten in vitro Mutagenesen belegen, dass alle Isoformen ausgehend von distinkten Translationsstartpunkten aus synthetisiert werden. CLU1-449 (50 kDa) wird als prä-Proprotein von sCLU ausgehend von einem Startcodon auf Exon 2 unmittelbar vor der SSCR translatiert. Unter Zellstress-Bedingungen kann es zu einer Mistranslokation während der co-translationalen Translokation kommen, sodass Teile von CLU1-449 im Cytosol akkumulieren. CLU21-449 (50 kDa) wird ausgehend von einem CUG-Startcodon downstream der SSCR über interne Translationsinitiation gebildet. Analoges gilt für CLU34-449 (45 kDa), welches von einem AUG-Startcodon auf Exon 3 translatiert wird. CLU34-449 ist außerdem die einzige CLU-Form die von Variante 1 [Δex2] codiert wird. Somit konnten drei der in der Literatur postulierten Mechanismen zur Ent-stehung nicht-sezernierter CLU-Isoformen in gestressten Zellen verifiziert werden. Die Mistranslokation von sCLU-Vorläuferproteinen, welche entscheidend zum Auftreten der nicht-sezernierten CLU-Formen beiträgt, die Alternative Translationsinitiation an distinkten Startcodons sowie das alternative Splicing von CLU-mRNA-Variante 1. Weiterführende Experimente bestätigten, dass alle nicht-sezernierten CLU-Isoformen im Cytosol der Zellen lokalisiert sind und keine Glykosylierungen tragen. Somit konnte ein weiterer, in der Literatur kontrovers diskutierter Punkt bezüglich dieser Proteine geklärt werden. Abschließend wurde die physiologische Funktion der einzelnen CLU-Isoformen analysiert. Dabei zeigte sich, dass ausschließlich sCLU eine Chaperonaktivität zukommt, die es ermöglicht, durch Hitze denaturierte Zielproteine in Lösung zu halten. Diese Funktion konnte nicht für die cytosolischen Iso¬formen bestätigt werden. Weiterhin konnte keine Auswirkung einzelner CLU-Formen auf die intrinsische Apoptose oder auf den NF κB-vermittelten Signaltransduktionsweg festgestellt werden, obgleich entsprechende Einflüsse von anderen Arbeitsgruppen postuliert wurden. Die hier gemachten Beobachtungen werfen daher die Frage auf, ob den nicht-sezernierten, cytosolischen CLU-Isoformen überhaupt eine physiologische Funktion zukommt und stellen aktuelle Hypothesen bezüglich der Rolle von CLU bei pathophysiologischen Prozessen infrage.

Populationsgenetik eisenzeitlicher Reiternomaden der Eurasischen Steppe

Vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Populationsgenetik eisenzeitlicher Bevölkerungen der Eurasischen Steppe, die mit der skythischen Kultur assoziiert werden. Für die Analysen wurden 30 Fragmente der kodierenden Region und die HVR1 (16040–16400) des mitochondrialen Genoms, sowie 20 phänotypische Marker untersucht. Die Marker wurden durch Multiplex-PCRs angereichert, mit einem probenspezifischen barcode versehen und einer parallelen Sequenzanalyse mit dem 454 GS FLX Sequenzierer unterzogen. 97 Individuen wurden erfolgreich analysiert, von denen 19 aus dem Westen der Eurasischen Steppe und 78 aus dem Bereich des Altai-Gebirges stammen. Die populationsgenetischen Analysen ergaben geringe genetische Distanzen zwischen den skythischen Populationen aus dem Bereich des Altai-Gebirges, die sich vom 9. bis zum 3. Jahrhundert vor Christus erstrecken, was für eine kontinuierliche Bevölkerungsentwicklung sprechen könnte. Weiterhin finden sich geringe genetische Distanzen zwischen den Gruppen im Osten und Westen der Eurasischen Steppe, was auf eine gemeinsame Ursprungspopulation, oder zumindest Genfluss hinweisen kann. Die Ergebnisse aus dem Vergleich mit neolithischen und bronzezeitlichen Referenzpopulationen aus Zentralasien und den angrenzenden Gebieten weisen auf die Möglichkeit eines gemeinsamen zentral-asiatischen Ursprungs hin, zeigen aber auch, dass die östlichen und westlichen Gruppen der Eisenzeit jeweils zusätzlich lokalem Genfluss ausgesetzt waren. Die Allelfrequenzen der phänotypischen Marker deuten auf einen größeren europäischen Einfluss auf das östliche Zentralasien in der Eisenzeit hin, oder ansteigenden Genfluss aus Ostasien nach der Eisenzeit.

Molecular genetic investigation of the Neolithic population history in the western Carpathian Basin

Der Fokus dieser Dissertation ist die populationsgenetische Analyse der neolithischen Bevölkerungswechsel in den 6.-5. Jahrtausende vor Christus, die im westlichen Karpatenbecken stattfanden. Die Zielsetzung der Studie war, mittels der Analyse von mitochondrialer und Y-chromosomaler aDNA, den Genpool der sechs neolithischen und kupferzeitlichen Populationen zu untersuchen und die daraus resultierenden Ergebnisse mit anderen prähistorischen und modernen genetischen Daten zu vergleichen.rnInsgesamt wurden 323 Individuen aus 32 ungarischen, kroatischen und slowakischen Fundplätzen beprobt und bearbeitet in den archäogenetischen Laboren der Johannes Gutenberg-Universität in Mainz. Die DNA Ergebnisse wurden mit verschiedenen populationsgenetischen Methoden ausgewertet. Vergleichsdaten von prähistorischen und modernen eurasiatischen Populationen wurden dazu gesammelt.rnDie HVS-I Region der mitochondrialen DNA konnten bei 256 Individuen reproduziert und authentifiziert werden (mit einer Erfolgsrate von 85.9%). Die Typisierung der HVS-II Region war in 80 Fällen erfolgreich. Testend alle gut erhaltene Proben, die Y-chromosomale Haplogruppe konnte in 33 männlichen Individuen typisiert werden.rnDie neolithischen, mitochondrialen Haplogruppen deuten auf eine hohe Variabilität des maternalen Genpools hin. Sowohl die mitochondrialen als auch die Y-chromosomalen Daten lassen Rückschlüsse auf eine nah-östliche bzw. südwestasiatische Herkunft der frühen Bauern zu. Die Starčevo- und linearbandkermaischen-Populationen in westlichem Karpatenbecken (letztere abgekürzt als LBKT) und die linearbandkermaischen-Population in Mitteleuropa (LBK) haben so starke genetische Ähnlichkeit, dass die Verbreitung der LBK nach Mitteleuropa mit vorangegangenen Wanderungsereignissen zu erklären ist. Die Transdanubische aDNA Daten zeigen hohe Affinität zu den publizierten prähistorischen aDNA Datensätzen von Mitteleuropa aus den 6.-4. Jahrtausende vor Chr. Die maternal-genetische Variabilität der Starčevo-Population konnte auch innerhalb der nachfolgenden Populationen Transdanubiens festgestellt werden. Nur kleinere Infiltrationen und Immigrationsereignissen konnten während der Vinča-, LBKT-, Sopot- und Balaton-Lasinja-Kultur in Transdanubien identifiziert werden. Zwischen den transdanubischen Regionen konnten mögliche genetische Unterschiede nur in der LBKT und in der Lengyel-Periode beobachtet werden, als sich die nördlichen Gruppen von den südlichen Populationen trennten. rnDie festgestellte Heterogenität der mtDNA in Zusammenhang mit der Y-chromosomalen Homogenität in den Starčevo- und LBK-Populationen, weisen auf patrilokale Residenzregeln und patrilineare Abstammungsregeln in den ersten Bauergemeinschaften hin. rnObwohl die hier präsentierten Daten einen großen Fortschritt in der Forschung von aDNA und Neolithikum des Karpatenbeckens und Mitteleuropas bedeuten, werfen sie auch mehrere Fragen auf, deren Beantwortung durch zukünftige Genomforschungen erbracht werden könnte.

Bone morphogenetic protein receptor 2 in patients with idiopathic portal hypertension

In idiopathic portal hypertension (IPH) typical vascular lesions are present in the branches of the portal vein or in the perisinusoidal area of the liver. Similar histological alterations have been reported in the pulmonary vasculature of patients with idiopathic pulmonary artery hypertension (IPAH). As IPAH is associated with mutations of the bone morphogenetic protein receptor 2 (BMPR2) gene, the aim of this study was to investigate whether this association might also be found in patients with IPH. Twenty-three samples belonging to 21 unrelated caucasian patients with IPH followed in the hepatic haemodynamic laboratory of the Hospital Clinic in Barcelona were included in the study. All patients were studied for the entire open reading frame and splice site of the BMPR2 gene by direct sequencing and multiple ligation probe amplification (MLPA) in order to detect large deletions/duplications. None of the 23 patients had pulmonary artery hypertension. Four patients presented one single nucleotide polymorphism (SNP) in intron 5, four patients had a SNP in exon 12 and a SNP in exon 1 was found in two cases. Two patients had both intron 5 and exon 12 polymorphisms. All SNPs were previously described. Except for these three SNPs, neither mutations nor rearrangements have been identified in the BMPR2 gene in this population. We did not detect mutations or rearrangements in the coding region of the BMPR2 gene in our patients with IPH. These findings suggest that, in contrast to IPAH, mutations in BMPR2 are not involved in the pathogenesis of IPH.

Estimating the net contribution of interleukin-28B variation to spontaneous hepatitis C virus clearance

The identification of associations between interleukin-28B (IL-28B) variants and the spontaneous clearance of hepatitis C virus (HCV) raises the issues of causality and the net contribution of host genetics to the trait. To estimate more precisely the net effect of IL-28B genetic variation on HCV clearance, we optimized genotyping and compared the host contributions in multiple- and single-source cohorts to control for viral and demographic effects. The analysis included individuals with chronic or spontaneously cleared HCV infections from a multiple-source cohort (n = 389) and a single-source cohort (n = 71). We performed detailed genotyping in the coding region of IL-28B and searched for copy number variations to identify the genetic variant or haplotype carrying the strongest association with viral clearance. This analysis was used to compare the effects of IL-28B variation in the two cohorts. Haplotypes characterized by carriage of the major alleles at IL-28B single-nucleotide polymorphisms (SNPs) were highly overrepresented in individuals with spontaneous clearance versus those with chronic HCV infections (66.1% versus 38.6%, P = 6 × 10(-9) ). The odds ratios for clearance were 2.1 [95% confidence interval (CI) = 1.6-3.0] and 3.9 (95% CI = 1.5-10.2) in the multiple- and single-source cohorts, respectively. Protective haplotypes were in perfect linkage (r(2) = 1.0) with a nonsynonymous coding variant (rs8103142). Copy number variants were not detected. CONCLUSION: We identified IL-28B haplotypes highly predictive of spontaneous HCV clearance. The high linkage disequilibrium between IL-28B SNPs indicates that association studies need to be complemented by functional experiments to identify single causal variants. The point estimate for the genetic effect was higher in the single-source cohort, which was used to effectively control for viral diversity, sex, and coinfections and, therefore, offered a precise estimate of the net host genetic contribution.

An unusual splice defect in the mitofusin 2 gene (MFN2) is associated with degenerative axonopathy in Tyrolean Grey cattle

Tyrolean Grey cattle represent a local breed with a population size of approximately 5000 registered cows. In 2003, a previously unknown neurological disorder was recognized in Tyrolean Grey cattle. The clinical signs of the disorder are similar to those of bovine progressive degenerative myeloencephalopathy (weaver syndrome) in Brown Swiss cattle but occur much earlier in life. The neuropathological investigation of an affected calf showed axonal degeneration in the central nervous system (CNS) and femoral nerve. The pedigrees of the affected calves suggested a monogenic autosomal recessive inheritance. We localized the responsible mutation to a 1.9 Mb interval on chromosome 16 by genome-wide association and haplotype mapping. The MFN2 gene located in this interval encodes mitofusin 2, a mitochondrial membrane protein. A heritable human axonal neuropathy, Charcot-Marie-Tooth disease-2A2 (CMT2A2), is caused by MFN2 mutations. Therefore, we considered MFN2 a positional and functional candidate gene and performed mutation analysis in affected and control Tyrolean Grey cattle. We did not find any non-synonymous variants. However, we identified a perfectly associated silent SNP in the coding region of exon 20 of the MFN2 gene. This SNP is located within a putative exonic splice enhancer (ESE) and the variant allele leads to partial retention of the entire intron 19 and a premature stop codon in the aberrant MFN2 transcript. Thus we have identified a highly unusual splicing defect, where an exonic single base exchange leads to the retention of the preceding intron. This splicing defect represents a potential explanation for the observed degenerative axonopathy. Marker assisted selection can now be used to eliminate degenerative axonopathy from Tyrolean Grey cattle.

The bovine aristaless-like homeobox 4 (ALX4) as a candidate gene for syndactyly

The ALX4 (aristaless-like homeobox 4) gene encodes a paired-type homeodomain transcriptional activator and plays a major role in anterior-posterior pattern formation during limb development. Here, the cloning, genomic structure and expression of the bovine ortholog of the ALX4 gene are reported. The bovine ALX4 gene consists of four exons and is located on BTA15q28-->q29 in a region syntenic to HSA11p11.2. The transcribed ALX4 mRNA encodes a 397-amino-acid protein showing a paired-type homeodomain and a C-terminal stretch of amino acids known as the OAR- or aristaless domain. The predicted protein shares 92.5% identity to human and mouse ALX4 proteins and all three species share almost complete identity in the conserved domains. ALX4 expression was detected by reverse transcriptase polymerase chain reaction in bovine fetal limb bones. The ALX4 gene was evaluated as a candidate gene for bovine syndactyly which has been mapped on the telomeric region of cattle chromosome 15. Sequencing of the four exons with flanking sequences of the bovine ALX4 gene from a panel of 14 affected animals belonging to German Holstein, German Fleckvieh and crossbreds, and 27 unaffected individuals from German Holstein revealed five silent SNPs within the coding region out of eleven SNPs in total. Four SNPs were polymorphic in the affected animals, but in comparison to the genotyped unaffected individuals the genotype distribution showed no evidence for an association to the phenotype. Therefore our data indicate that the ALX4 gene can probably be excluded as candidate gene for bovine syndactyly in the examined animals.

Characterization of the canine CLCN3 gene and evaluation as candidate for late-onset NCL

BACKGROUND: The neuronal ceroid lipofuscinoses (NCL) are a heterogenous group of inherited progressive neurodegenerative diseases in different mammalian species. Tibetan Terrier and Polish Owczarek Nizinny (PON) dogs show rare late-onset NCL variants with autosomal recessive inheritance, which can not be explained by mutations of known human NCL genes. These dog breeds represent animal models for human late-onset NCL. In mice the chloride channel 3 gene (Clcn3) encoding an intracellular chloride channel was described to cause a phenotype similar to NCL. RESULTS: Two full-length cDNA splice variants of the canine CLCN3 gene are reported. The current canine whole genome sequence assembly was used for gene structure analyses and revealed 13 coding CLCN3 exons in 52 kb of genomic sequence. Sequence analysis of the coding exons and flanking intron regions of CLCN3 using six NCL-affected Tibetan terrier dogs and an NCL-affected Polish Owczarek Nizinny (PON) dog, as well as eight healthy Tibetan terrier dogs revealed 13 SNPs. No consistent CLCN3 haplotype was associated with NCL. CONCLUSION: For the examined animals we excluded the complete coding region and adjacent intronic regions of canine CLCN3 to harbor disease-causing mutations. Therefore it seems to be unlikely that a mutation in this gene is responsible for the late-onset NCL phenotype in these two dog breeds.

Linkage mapping of ovine microphthalmia to chromosome 23, the sheep orthologue of human chromosome 18

PURPOSE: To characterize the phenotype and map the locus responsible for autosomal recessive inherited ovine microphthalmia (OMO) in sheep. METHODS: Microphthalmia-affected lambs and their available relatives were collected in a field, and experimental matings were performed to obtain affected and normal lambs for detailed necropsy and histologic examinations. The matings resulted in 18 sheep families with 48 cases of microphthalmia. A comparative candidate gene approach was used to map the disease locus within the sheep genome. Initially, 27 loci responsible for the microphthalmia-anophthalmia phenotypes in humans or mice were selected to test for comparative linkage. Fifty flanking markers that were predicted from comparative genomic analysis to be closely linked to these genes were tested for linkage to the disease locus. After observation of statistical evidence for linkage, a confirmatory fine mapping strategy was applied by further genotyping of 43 microsatellites. RESULTS: The clinical and pathologic examinations showed slightly variable expressivity of isolated bilateral microphthalmia. The anterior eye chamber was small or absent, and a white mass admixed with cystic spaces extended from the papilla to the anterior eye chamber, while no recognizable vitreous body or lens was found within the affected eyes. Significant linkage to a single candidate region was identified at sheep chromosome 23. Fine mapping and haplotype analysis assigned the candidate region to a critical interval of 12.4 cM. This ovine chromosome segment encompasses an ancestral chromosomal breakpoint corresponding to two orthologue segments of human chromosomes 18, short and long arms. For the examined animals, we excluded the complete coding region and adjacent intronic regions of ovine TGIF1 to harbor disease-causing mutations. CONCLUSIONS: This is the first genetic localization for hereditary ovine isolated microphthalmia. It seems unlikely that a mutation in the TGIF1 gene is responsible for this disorder. The studied sheep represent a valuable large animal model for similar human ocular phenotypes.

PRNP promoter polymorphisms are associated with BSE susceptibility in Swiss and German cattle

BACKGROUND: Non-synonymous polymorphisms within the prion protein gene (PRNP) influence the susceptibility and incubation time for transmissible spongiform encephalopathies (TSE) in some species such as sheep and humans. In cattle, none of the known polymorphisms within the PRNP coding region has a major influence on susceptibility to bovine spongiform encephalopathy (BSE). Recently, however, we demonstrated an association between susceptibility to BSE and a 23 bp insertion/deletion (indel) polymorphism and a 12 bp indel polymorphism within the putative PRNP promoter region using 43 German BSE cases and 48 German control cattle. The objective of this study was to extend this work by including a larger number of BSE cases and control cattle of German and Swiss origin. RESULTS: Allele, genotype and haplotype frequencies of the two indel polymorphisms were determined in 449 BSE cattle and 431 unaffected cattle from Switzerland and Germany including all 43 German BSE and 16 German control animals from the original study. When breeds with similar allele and genotype distributions were compared, the 23 bp indel polymorphism again showed a significant association with susceptibility to BSE. However, some additional breed-specific allele and genotype distributions were identified, mainly related to the Brown breeds. CONCLUSION: Our study corroborated earlier findings that polymorphisms in the PRNP promoter region have an influence on susceptibility to BSE. However, breed-specific differences exist that need to be accounted for when analyzing such data.

Polymorphism and chromosomal location of the MC4R (melanocortin-4 receptor) gene in the dog and red fox

The melanocortin-4 receptor (MC4R) is expressed in the hypothalamus and regulates energy intake and body weight. In silico screening of the canine chromosome 1 sequence and a comparison with the porcine MC4R sequence by BLAST were performed. The nucleotide sequence of the whole coding region and 3'- and 5'-flanking regions of the dog (1214 bp) and red fox (1177 bp) MC4R gene was established and high conservation of the nucleotide sequences was revealed (99%). Five sets of PCR primers were designed and a search for polymorphism was performed by the SSCP technique in a group of 31 dogs representing nineteen breeds and 35 farm red foxes. Sequencing of DNA fragments, representing the identified SSCP patterns, revealed three single nucleotide polymorphisms (including a missense one) in dogs and four silent SNPs in red foxes. An average SNP frequency was approx. 1/400 bp in the dog and 1/300 bp in the red fox. We mapped the MC4R gene by FISH to the canine chromosome 1 (CFA1q1.1) and to the red fox chromosome 5 (VVU5p1.2).

Identification of polymorphisms in the human 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 gene promoter: functional characterization and relevance for salt sensitivity

Reduced activity of 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (11beta-HSD2) plays a role in essential hypertension and the sensitivity of blood pressure to dietary salt. Nonconservative mutations in the coding region are extremely rare and do not explain the variable 11beta-HSD2 activity. We focused therefore on the 5'-regulatory region and identified and characterized the first promoter polymorphisms. Transfections of variants G-209A and G-126A into SW620 cells reduced promoter activity and affinity for activators nuclear factor 1 (NF1) and Sp1. Chromatin immunoprecipitation revealed Sp1, NF1, and glucocorticoid receptor (GR) binding to the HSD11B2 promoter. Dexamethasone induced expression of mRNA and activity of HSD11B2. GR and/or NF1 overexpression increased endogenous HSD11B2 mRNA and activity. GR complexes cooperated with NF1 to activate HSD11B2, an effect diminished in the presence of the G-209A variant. When compared to salt-resistant subjects (96), salt-sensitive volunteers (54) more frequently had the G-209A variant, higher occurrence of alleles A4/A7 of polymorphic microsatellite marker, and higher urinary ratios of cortisol to cortisone metabolites. First, we conclude that the mechanism of glucocorticoid-induced HSD11B2 expression is mainly mediated by cooperation between GR and NF1 on the HSD11B2 promoter and, second, that the newly identified promoter variants reduce activity and cooperation of cognate transcription factors, resulting in diminished HSD11B2 transcription, an effect favoring salt sensitivity.

High variability and non-neutral evolution of the mammalian avpr1a gene

BACKGROUND: The arginine-vasopressin 1a receptor has been identified as a key determinant for social behaviour in Microtus voles, humans and other mammals. Nevertheless, the genetic bases of complex phenotypic traits like differences in social and mating behaviour among species and individuals remain largely unknown. Contrary to previous studies focusing on differences in the promotor region of the gene, we investigate here the level of functional variation in the coding region (exon 1) of this locus. RESULTS: We detected high sequence diversity between higher mammalian taxa as well as between species of the genus Microtus. This includes length variation and radical amino acid changes, as well as the presence of distinct protein variants within individuals. Additionally, negative selection prevails on most parts of the first exon of the arginine-vasopressin receptor 1a (avpr1a) gene but it contains regions with higher rates of change that harbour positively selected sites. Synonymous and non-synonymous substitution rates in the avpr1a gene are not exceptional compared to other genes, but they exceed those found in related hormone receptors with similar functions. DISCUSSION: These results stress the importance of considering variation in the coding sequence of avpr1a in regards to associations with life history traits (e.g. social behaviour, mating system, habitat requirements) of voles, other mammals and humans in particular.