Evaluation of DNA damage and lipoperoxidation of propofol in patients undergoing elective surgery

Inhaled anaesthetics have been studied regarding their genotoxic and mutagenic potential in vivo. Propofol differs from volatile anaesthetics because it does not show mutagenic effects and it has been reported to be an antioxidant. However, there are no studies with propofol and genotoxicity in vivo. The study aimed to evaluate the hypothesis that propofol is not genotoxic and it inhibits lipid peroxidation [malondialdehyde (MDA)] in patients undergoing propofol anaesthesia. ASA physical status I patients scheduled for elective surgery, lasting at least 90 min, were enrolled in this study. Initially, the estimated plasma concentration of propofol was targeted at 4 microg ml(-1) and then maintained at 2-4 microg ml(-1) until the end of surgery. Haemodynamic data were determined at baseline (before premedication) and in conjunction with target-controlled infusion of propofol: after tracheal intubation, 30, 60 and 90 min after anaesthesia induction and at the end of the surgery. Venous blood samples were collected at baseline, after tracheal intubation, at the end of the surgery and on the postoperative first day for evaluating DNA damage in white blood cells (WBCs), by comet assay, and MDA levels. Haemodynamic data did not differ among times. No statistically significant differences were observed for the levels of DNA damage in WBCs, nor in plasma MDA, among the four times. Propofol does not induce DNA damage in WBCs and does not alter MDA in plasma of patients.

The Gracilariaceae Germplasm Bank of the University of So Paulo, Brazil-a DNA barcoding approach

The University of So Paulo Gracilariaceae Germplasm Bank has 50 strains collected mostly in Brazil, but also elsewhere in the world. This bank has been used as a source of material for research developed locally and abroad. With over 200 species, some of which have high economic value, the family Gracilariaceae has been extensively studied. Nonetheless, taxonomic problems still persist by the existence of cryptic species, phenotypic plasticity, and broad geographic distribution. In the case of algae kept in culture for long periods of time, the identification is even more problematic as a consequence of considerable morphological modification. Thus, the use of molecular markers has been shown to be an efficient tool to elucidate taxonomic issues in the group. In this work, we sequenced the 5'-end of the cox1 gene for 41 strains and the universal plastid amplicon (UPA) plastid region for 45 strains, covering all 50 strains in the bank. In addition, the rbcL for representatives of the cox1/UPA clusters was sequenced for 14 strains. The original species identification based on morphology was compared with the molecular data obtained in this work, resulting in the identification of 13 different species. Our analyses indicate that cox1 and UPA are suitable markers for the delineation of species of Gracilariales in the germplasm bank. The addition of DNA barcode tags to the samples in the Gracilariaceae germplasm bank and the molecular identification of the species will make this bank even more useful for future research as the species can be easily traced and confirmed.

Identification of DNA motifs within the 5’UTR of the ornithine decarboxylase gene (GiODC) in the red seaweed Grateloupia imbricata

[ES]El desarrollo de las estructuras reproductoras (cistocarpos) en macroalgas rojas se ve afectado por factores abióticos (fotoperiodo, salinidad…) y endógenos (reguladores del desarrollo como el etileno o las poliaminas (PAs)); siendo estas últimas las principales responsables de la inducción del cistocarpo. Las PAs son moléculas ubícuas sintetizadas a través de una reacción enzimática mediada por la enzima ODC; por lo que conocer los mecanismos reguladores a nivel transcripcional del gen ODC es clave para el conocimiento del proceso reproductivo. Así, en el presente estudio se han identificado in silico diversos motivos conservados en la región 5 'UTR del gen ODC en la macroalga roja Grateloupia imbricata (GiODC) y se discute brevemente su presencia y posible implicación en diversos procesos metabólicos.

Transcriptional functions of DNA Topoisomerases at a genome-wide scale and a single gene levels

The DNA topology is an important modifier of DNA functions. Torsional stress is generated when right handed DNA is either over- or underwound, producing structural deformations which drive or are driven by processes such as replication, transcription, recombination and repair. DNA topoisomerases are molecular machines that regulate the topological state of the DNA in the cell. These enzymes accomplish this task by either passing one strand of the DNA through a break in the opposing strand or by passing a region of the duplex from the same or a different molecule through a double-stranded cut generated in the DNA. Because of their ability to cut one or two strands of DNA they are also target for some of the most successful anticancer drugs used in standard combination therapies of human cancers. An effective anticancer drug is Camptothecin (CPT) that specifically targets DNA topoisomerase 1 (TOP 1). The research project of the present thesis has been focused on the role of human TOP 1 during transcription and on the transcriptional consequences associated with TOP 1 inhibition by CPT in human cell lines. Previous findings demonstrate that TOP 1 inhibition by CPT perturbs RNA polymerase (RNAP II) density at promoters and along transcribed genes suggesting an involvement of TOP 1 in RNAP II promoter proximal pausing site. Within the transcription cycle, promoter pausing is a fundamental step the importance of which has been well established as a means of coupling elongation to RNA maturation. By measuring nascent RNA transcripts bound to chromatin, we demonstrated that TOP 1 inhibition by CPT can enhance RNAP II escape from promoter proximal pausing site of the human Hypoxia Inducible Factor 1 (HIF-1) and c-MYC genes in a dose dependent manner. This effect is dependent from Cdk7/Cdk9 activities since it can be reversed by the kinases inhibitor DRB. Since CPT affects RNAP II by promoting the hyperphosphorylation of its Rpb1 subunit the findings suggest that TOP 1inhibition by CPT may increase the activity of Cdks which in turn phosphorylate the Rpb1 subunit of RNAP II enhancing its escape from pausing. Interestingly, the transcriptional consequences of CPT induced topological stress are wider than expected. CPT increased co-transcriptional splicing of exon1 and 2 and markedly affected alternative splicing at exon 11. Surprisingly despite its well-established transcription inhibitory activity, CPT can trigger the production of a novel long RNA (5’aHIF-1) antisense to the human HIF-1 mRNA and a known antisense RNA at the 3’ end of the gene, while decreasing mRNA levels. The effects require TOP 1 and are independent from CPT induced DNA damage. Thus, when the supercoiling imbalance promoted by CPT occurs at promoter, it may trigger deregulation of the RNAP II pausing, increased chromatin accessibility and activation/derepression of antisense transcripts in a Cdks dependent manner. A changed balance of antisense transcripts and mRNAs may regulate the activity of HIF-1 and contribute to the control of tumor progression After focusing our TOP 1 investigations at a single gene level, we have extended the study to the whole genome by developing the “Topo-Seq” approach which generates a map of genome-wide distribution of sites of TOP 1 activity sites in human cells. The preliminary data revealed that TOP 1 preferentially localizes at intragenic regions and in particular at 5’ and 3’ ends of genes. Surprisingly upon TOP 1 downregulation, which impairs protein expression by 80%, TOP 1 molecules are mostly localized around 3’ ends of genes, thus suggesting that its activity is essential at these regions and can be compensate at 5’ ends. The developed procedure is a pioneer tool for the detection of TOP 1 cleavage sites across the genome and can open the way to further investigations of the enzyme roles in different nuclear processes.

Surface plasmon fluorescence spectroscopy and microscopy studies for biomolecular interaction studies

ABSTARCT Biotechnology has enabled the modification of agricultural materials in a very precise way. Crops have been modified through the insertion of new traits or the inhibition of existing gene functions, named Genetically Modified Organism (GMO), and resulted in improved tolerance of herbicide and/or increased resistance against pests, viruses and fungi. Commercial cultivation of GMO started in 1996 and increased rapidly in 2003 according to a recently released report by the International Service for the Acquisition of Agri-Biotech Applications (ISAAA), depicted continuing consumer resistance in Europe and other part of the world. Upon these developments, the European Union regulations mandated labeling of GMOs containing food and as a consequence, the labeling of GMO containing product in the case of exceeding the1% threshold of alien DNA is required. The aim of the study is to be able to detect and quantify the GMO from the mixture of natural food components. The surface plasmon resonance (SPR) technique combined with fluorescence was used for this purpose. During the presented studies, two key issues are addressed and tried to solve; what is the best strategy to design and built an interfacial architecture of a probe oligonucletide layer either on a two dimensional surface or on an array platform; and what is the best detection method allowing for a sensitive monitoring of the hybridisation events. The study includes two parts: first part includes characterization of different PNAs on a 2D planar surface by defining affinity constants using the very well established optical method “Surface Plasmon Fluorescence Spectroscopy”(SPFS) and on the array platform by “Surface Plasmon Fluorescence Microscopy” (SPFM), and at the end comparison of the sensitivity of these two techniques. The second part is composed of detection of alien DNA in food components by using DNA and PNA catcher probes on the array platform in real-time by SPFM.

Identification of the N-Linked Glycosylation Sites of the Transcription Factor Rest and Effect of Glycosylation on DNA Binding and Transcriptional Activity

REST is a zinc-finger transcription factor implicated in several processes such as maintenance of embryonic stem cell pluripotency and regulation of mitotic fidelity in non-neuronal cells [Chong et al., 1995]. The gene encodes for a 116-kDa protein that acts as a molecular platform for co-repressors recruitment and promotes modifications of DNA and histones [Ballas, 2005]. REST showed different apparent molecular weights, consistent with the possible presence of post-translational modifications [Lee et al., 2000]. Among these the most common is glycosylation, the covalent attachment of carbohydrates during or after protein synthesis [Apweiler et al., 1999] My thesis has ascertained, for the first time, the presence of glycan chians in the transcription factor REST. Through enzymatic deglycosylation and MS, oligosaccharide composition of glycan chains was evaluated: a complex mixture of glycans, composed of N-acetylgalactosamine, galactose and mannose, was observed thus confirming the presence of O- and N-linked glycan chains. Glycosylation site mapping was done using a 18O-labeling method and MS/MS and twelve potential N-glycosylation sites were identified. The most probable glycosylation target residues were mutated through site-directed mutagenesis and REST mutants were expressed in different cell lines. Variations in the protein molecular weight and mutant REST ability to bind the RE-1 sequence were analyzed. Gene reporter assays showed that, altogether, removal of N-linked glycan chains causes loss of transcriptional repressor function, except for mutant N59 which showed a slight residual repressor activity in presence of IGF-I. Taken togheter these results demonstrate the presence of complex glycan chians in the transcription factor REST: I have depicted their composition, started defining their position on the protein backbone and identified their possible role in the transcription factor functioning. Considering the crucial role of glycosylation and transcription factors activity in the aetiology of many diseases, any further knowledge could find important and interesting pharmacological application.

Untersuchung der DNA-bindenden Eigenschaften neuer Nukleobasen-gekoppelter Pyrrolcarboxamide, Combilexine und Hetaren[a]carbazol-Derivate: Validierung und Etablierung von in-vitro- und in-silico-Methoden

Da maligne Neoplasien durch Mutationen in Proto-Onko- und/oder Tumorsuppressorgenen ausgelöst werden, stellt die DNA eines der wichtigsten Targets für die Entwicklung neuer Zytostatika dar. Auch bei den im Arbeitskreis Pindur designten und synthetisier-ten Verbindungen der Nukleobasen-gekoppelten Pyrrolcarboxamid-, der Hetaren[a]carbazol- und der Combilexin-Reihe handelt es sich um DNA-Liganden mit potentiell antitumoraktiven Eigenschaf-ten. Die einen dualen Bindemodus aufweisenden Combilexine bestehen aus einem Interkalator (u. a. Naphthalimid, Acridon), der über einen Linker variabler Kettenlänge mit einer rinnenbin-denden, von Netropsin abgeleiteten Bispyrrol-, oder einer bioisosteren Imidazol-, Thiazol- oder Thiophen-pyrrolcarboxamid-struktur verknüpft ist. Das N-terminale Ende der Combilexine wird von einer N,N-Dimethylaminopropyl- oder -ethyl-Seitenkette gebildet. Die DNA-Affinitäten der Liganden wurden mittels Tm-Wert-Messung-en bestimmt. Diese Denaturierungsexperimente wurden sowohl mit poly(dAdT)2- als auch mit Thymus-DNA (~42% GC-Anteil) durchge-führt, um Aussagen zur Stärke und zur Sequenzselektivität der DNA-Bindung machen zu können. Des Weiteren wurden die Bindekon-stanten einiger ausgewählter Vertreter mit Hilfe des Ethidium-bromid-Verdrängungsassays ermittelt; einige Testverbindungen wurden zudem auf potentiell vorhandene, TOPO I-inhibierende Eigenschaften untersucht. Diese biochemischen und biophysika-lischen Tests wurden durch Molecular Modelling-Studien ergänzt, die die Berechnung von molekularen Eigenschaften, die Durch-führung von Konformerenanalysen und die Simulation von DNA-Ligand-Komplexen (Docking) umfassten. Durch Korrelation der in vitro-Befunde mit den in silico-Daten gelang es, vor allem für die Substanzklasse der Combilexine einige richtungweisende Struktur-Wirkungsbeziehungen aufzustellen. So konnte gezeigt werden, dass die Einführung eines Imidazol-Rings in die rinnen-bindende Hetaren-pyrrolcarboxamid-Struktur der Combilexine aufgrund der H-Brücken-Akzeptor-Funktion des sp2-hybridisierten N-Atoms eine Verschiebung der Sequenzselektivität der DNA-Bindung von AT- zu GC-reichen Arealen der DNA bedingt. Zudem erwies sich ein C3-Linker für die Verknüpfung des Naphthalimids mit dem rinnenbindenden Strukturelement als am besten geeignet, während bei den Acridon-Derivaten die Verbindungen mit einem N-terminalen Buttersäure-Linker die höchste DNA-Affinität aufwiesen. Dies ist sehr wahrscheinlich auf die im Vergleich zum Naphthalimid-Molekül geringere y-Achsen-Ausdehnung (bzgl. eines x/y-Koordinatensystems) des Acridons zurückzuführen. Die ermittelten Struktur-Wirkungsbeziehungen können dazu herangezogen werden, das rationale Design neuer DNA-Liganden mit potentiell stärkerer DNA-Bindung zu optimieren.

DNA-Polymer-Hybride als molekulare Bausteine

Die DNA hat sich durch die herausstechende Eigenschaft zur Selbstorganisation in den Naturwissenschaften zu einem beliebten Werkzeug entwickelt. In dieser Arbeit wurde die Oligonukleotidselbsterkennung zum Aufbau komplexer Multiblockcopolymere genutzt. Dabei dienten komplementäre einzelsträngige Oligonukleotidsequenzen (ssDNA) als adressierbare Verbindungsstücke zwischen synthetischen Blöcken. Als Bausteine wurden asymmetrische Dreiblockcopolymere der Form DNA1-Polymer-DNA2 aus einer flexiblen Polymereinheit (PEO bzw. PPO) die an beiden Enden mit unterschiedlichen Oligonukleotidsequenzen „funktionalisiert“ ist, verwendet. Diese Bausteine konnten durch die Kombination von Festphasensynthese der Oligonukleotide und Blockkopplung dargestellt werden. Die Oligonukleotidsequenzen wurden so gewählt, dass deren Hybridisierung zu einer bei Raumtemperatur stabilen Verbindung führt. Durch die Verwendung dieser Bausteine erhält man ein modulares System, dass sich durch seine hohe Flexibilität auszeichnet. Aus den dargestellten Dreiblockcopolymeren konnten verschiedene alternierende Multiblockcopolymere aufgebaut werden, wobei die Anzahl der Blöcke (von 11 bis 15) und das PEO / PPO- Verhältnis variiert wurden. Derartige Strukturen sind auf der Grundlage chemischer Synthesen unerreichbar. Die Flexibilität dieses modularen Systems konnte gezeigt werden, indem einzelne Blockbausteine zur Strukturaufklärung einfach ausgetauscht oder weggelassen werden konnten. Durch geeignete Wahl der DNA-Sequenzen konnte zusätzlich das Polymerisationsverhalten dieser Bauelemente untersucht werden. Die Integration längerer kettensteifer DNA-Abschnitte in die Multiblockstrukturen erfolgte durch die Verwendung teilkomplementärer Oligonukleotide. Diese bieten den Vorteil, dass bis zu einer Größe von etwa 150 bp sowohl die Länge als auch die Sequenz der Doppelstrangabschnitte und sticky-ends frei variiert werden können. Die biosynthetischen Dreiblockcopolymere dienten hier als Linkermoleküle zwischen den einzelnen dsDNA-Blöcken. Nach diesem Konzept wurde ein Nonamer als Modellsystem eines mehrfach gebrochenen Stäbchens synthetisiert. Außerdem wurden mit Hilfe der Polymerase Kettenreaktion (PCR) semiflexible DNA Abschnitte erzeugt. Durch die Wahl des Synthesewegs konnte sowohl die Länge der semiflexiblen Einheit als auch die Länge und die Sequenz des sticky-ends variiert werden. Anhand dieser Modellverbindungen wurde dann das Hybridisierungsverhalten in Abhängigkeit der Linker- und Segmentlängen untersucht.

DNA-Reparatur und Zelltod nach gentoxischem Stress in Monozyten, dendritischen Zellen und Makrophagen

Monozyten wie auch dendritische Zellen (DCs) und Makrophagen sind ein wichtiger Bestandteil des angeborenenen unspezifischen Immunsystems. Ein Kennzeichen dieser Zellen ist die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) zur Abtötung von Pathogenen. Im Fall von chronischen Entzündungen oder Infekten kann es zu einer explosionsartigen Freisetzung freier Radikale kommen ('Oxidative Burst'). Aus vorangegangenen Untersuchungen war bekannt, dass die Expression der beiden Basen Exziosions Reparatur (BER)-Proteine XRCC1 und Ligase III während der Ausreifung humaner Monozyten zu DCs induziert wird (Briegert and Kaina, 2007). Dies lies vermuten, dass Monozyten aufgrund einer defekten BER eine hohe Sensitivität gegenüber ROS aufweisen. Um diese Hypothese zu überprüfen, wurde die Wirkung von ROS auf humane Monozyten und daraus abgeleiteten DCs und Makrophagen untersucht. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass Monozyten eine hohe Sensitivität gegenüber oxidativem Stress aufweisen, was auf eine höhere Einzelstrangbruch-Rate zurückzuführen war. Ursache hierfür ist das Fehlen der BER-Proteine XRCC1, Ligase III und PARP-1. Die fehlende Expression dieser Proteine resultierte letztendlich in Monozyten in einem Defekt der BER und DNA-Einzelstrangbruchreparatur. rnDie Proteine XRCC1, Ligase III und PARP-1 sind auch Bestandteil des Apparats des B-NHEJ ('backup-non homologous end joining'), was auf eine Beeinträchtigung der Monozyten hinsichtlich der Prozessierung von Doppelstrangbrüchen (DSBs) schließen lässt. Zur Untersuchung dieser Vermutung, wurde die Wirkung von Ionisierender Strahlung ('ionizing radiation'; IR) auf Monozyten, DCs und Makrophagen bestimmt. Monozyten zeigten eine signifikant höhere Sensitivität gegenüber IR als DCs und Makrophagen, was auf eine erhöhte DSB-Rate in den Monozyten nach IR zurückzuführen war. Expressionsanalysen und ein DNA-PK-Aktivitäts-Assay zeigten zusätzlich, dass Monozyten keine DNA-PKcs, ein bedeutender Faktor des C-NHEJ, exprimieren. Somit haben Monozyten sowohl einen Defekt im B-NHEJ als auch im C-NHEJ und sind demnach nicht in der Lage, DSBs zu reparieren.rnAuch gegenüber dem Alkylanz und Chemotherapeutikum Temozolomid bewirken die Reparaturdefekte eine hohe Sensitivität der Monozyten. Zur Therapie von Hirntumoren werden neben der Operation, die Bestrahlung und Chemotherapie mit Temozolomid angewendet. Die hohe Sensitivität von Monozyten gegenüber IR und Temozolomid könnte eine Erklärung für die starke Immunsuppression bei einer derartigen Therapie sein.rn

Synthese und Charakterisierung zylindrischer Poly(2-oxazolin)bürsten als Nanocarrier für Drug Delivery Systeme

Inspiriert durch natürlich vorkommende Peptide, sind Poly(2-oxazoline) vielversprechende Kandidaten für Anwendungen in Bereichen des kontrollierten Wirkstoff- bzw. Gentransportes, wie die moderne Biomedizin dies fordert. Da Polyoxazoline als strukturisomere Amide von natürlichen Polypeptiden aufgefasst werden können, zeigen diese synthetischen Polymere in direktem Vergleich erhebliche Vorteile etwa hinsichtlich Zytotoxizät und Effizienz, was wesentlich dazu beitragen kann, aktuelle Hürden biomedizinischer Fragestellungen hinsichtlich Transport und Targeting zu überwinden. Darüber hinaus sollten zylindrische Polymerbürsten aufgrund ihrer molekularen, architekturbedingten Formanisotropie und jüngsten Ergebnissen insbesondere zur formabhängigen Endozytose sehr aussichtsreiche Kandidaten für den Einsatz zum Wirkstofftransport sein.rnrnDie vorliegende Arbeit widmete sich deshalb der Synthese und Charakterisierung von biokompatiblen zylindrischen Poly(2-oxazolin)bürsten als potentielle Nanotransporter von Wirkstoffen, Biomolekülen oder genetischem Material. Als Monomer wurde zunächst 2-Isopropyloxazolin gewählt, da das Polymer eine Phasenübergangstemperatur von 37 °C besitzt, was für Konjugatsynthesen wie auch diverse biomedizinische Applikationen interessant sein kann. Durch terminierende Methacrylamid Funktionalisierung der lebenden kationischen Oxazolinpolymerisation bzw. nachfolgende Endgruppen Transferreaktionen sind Makromonomere im Bereich 1000-5000 g/mol zugänglich. Erstmals gelang es so 2-Oxazolin basierte, hochmolekulare zylindrische Bürsten mit Konturlängen im Bereich von 250 nm mittels „Grafting Through“ Technik in freier radikalischer Polymerisation herzustellen.rnrnAusgehend von der entwickelten Syntheseroute konnten so neben Homo- und Blockcopolymerbürsten von 2-Ethyl-2-oxazolin und 2-Isopropyl-2-oxazolin auch Bürstenmoleküle aus statistischen Copolymeren von 2-Ethyl-2-oxazolin und unsubstituiertem 2-Oxazolin hergestellt werden. Während letztere die Einführung kationischer Gruppen durch selektivere Abspaltmethoden der Formylreste erlauben und so etwa DNA/RNA Komplexierungen ermöglichen können, bietet andererseits der in dieser Arbeit erstmalig demonstrierte Einsatz Azid-funktionalisierter Initiatoren zur kationischen Oxazolinpolymerisation unter Beibehaltung aller anderen sonstigen Reaktionsschritte auch die Möglichkeit der Synthese Azid-Endgruppen-funktionalisierter Makromonomere. Die „Grafting Through“ Methodik der freien radikalischen Makromonomer Polymerisation ist selbst bei diesen funktionalisierten Systemen von großem Vorteil, erlaubt sie auch hier den Zugang zu hochmolekularen Substraten mit einem Pfropfungs- bzw. Funktionalisierungsgrad von 100 %, da jede Seitenkette dieser zylindrischen Bürsten die aussenliegende, und damit sterisch leichter zugängliche funktionale Gruppe trägt. Dabei gelang es die Syntheseroute so zu gestalten, dass es möglich war alle vorgestellten Polymerbürsten mittels statischer und dynamischer Lichtstreuung hinsichtlich absoluter Molmasse und molekularer Dimension zu charakterisieren.rnIn weitereren Reaktionen konnten dann reaktive Fluoreszenzfarbstoffe mit Hilfe kupferfreier 1,3 dipolarerer Addition (kupferfreie „Click-Chemie“) an die Azid-funktionalisierten Polymerbürsten angebunden werden, so dass eine wesentliche Voraussetzung für die Detektion in in vivo und in vitro Experimenten erfüllt werden kann. Darüber hinaus gelingt die quantitative polymeranaloge Umsetzung der Azid- zu Aminogruppen durch eine polymeranalog geführte Reduktion nach Staudinger; damit können an diesen Systemen auch etablierte Konjugationstechniken an Aminogruppen durchgeführt werden. Zudem erlauben die Aminogruppen-haltigen Polymerbürsten durch Protonierung schon bei physiologischem pH die Komplexierung von DNA oder RNA. rnrnErste Lichtstreumessungen in Blutserum zeigen im Falle der kationischen Aminogruppen tragenden Polymerbürsten zwar Aggregation, was aber durch entsprechende Umsetzung nach Konjugation wahrscheinlich unterdrückt werden kann, zeigen doch die entsprechenden Precursorpolymerbürsten mit Azidgruppen in Serum keinerlei Aggregation.rnrnZellaufnahmestudien in dendritische Zellen zeigen nur im Falle einer Azid-funktionalisierten Poly(2-isopropyl-2-oxazolin)bürste eine unspezifische Aufnahme. Die hydrophileren Poly(2-oxazolin)bürsten weise keine unspezifische Aufnahme auf, was eine wichtige Anfoderung für die Verwendung als Polymercarrier in der Krebsimmuntherapie ist.rn

Improving gene silencing of siRNAs via tricyclo-DNA modification

;Small interfering RNAs (siRNAs) can be exploited for the selective silencing of disease-related genes via the RNA interference (RNAi) machinery and therefore raise hope for future therapeutic applications. Especially chemically modified siRNAs are of interest as they are expected to convert lead siRNA sequences into effective drugs. To study the potential of tricyclo-DNA (tc-DNA) in this context we systematically incorporated tc-DNA units at various positions in a siRNA duplex targeted to the EGFP gene that was expressed in HeLa cells. Silencing activity was measured by FACS, mRNA levels were determined by RT-PCR and the biostability of the modifed siRNAs was determined in human serum. We found that modifications in the 3'-overhangs in both the sense and antisense strands were compatible with the RNAi machinery leading to similar activities compared to wild type (wt) siRNA. Additional modifications at the 3'-end, the 5'- end and in the center of the sense (passenger) strand were also well tolerated and did not compromise activity. Extensive modifications of the 3'- and the 5'-end in the antisense (guide) strand, however, abolished RNAi activity. Interestingly, modifications in the center of the duplex on both strands, corresponding to the position of the cleavage site by AGO2, increased efficacy relative to wt by a factor of 4 at the lowest concentrations (2 nM) investigated. In all cases, reduction of EGFP fluorescence was accompanied with a reduction of the EGFP mRNA level. Serum stability analysis further showed that 3'-overhang modifications only moderately increased stability while more extensive substitution by tc-DNA residues significantly enhanced biostability.

Elimination of local abnormal ventricular activities: a new end point for substrate modification in patients with scar-related ventricular tachycardia

Catheter ablation of ventricular tachycardia (VT) is effective and particularly useful in patients with frequent defibrillator interventions. Various substrate modification techniques have been described for unmappable or hemodynamically intolerable VT. Noninducibility is the most frequently used end point but is associated with significant limitations, so the optimal end point remains unclear. We hypothesized that elimination of local abnormal ventricular activities (LAVAs) during sinus rhythm or ventricular pacing would be a useful and effective end point for substrate-based VT ablation. As an adjunct to this strategy, we used a new high-density mapping catheter and frequently used epicardial mapping.

A human-horse comparative map based on equine BAC end sequences

In an effort to increase the density of sequence-based markers for the horse genome we generated 9473 BAC end sequences (BESs) from the CHORI-241 BAC library with an average read length of 677 bp. BLASTN searches with the BESs revealed 4036 meaningful hits (E DNA. We used the BLASTN anchored BESs for an in silico prediction of the gene content and chromosome assignment of comparatively mapped equine BAC clones. As a first verification of our in silico mapping strategy we placed 19 equine BESs with matches to HSA6 onto the RH map. All markers were assigned to the predicted localizations on ECA10, ECA20, and ECA31, respectively.

Fast DNA serotyping of Escherichia coli by use of an oligonucleotide microarray

Classical antibody-based serotyping of Escherichia coli is an important method in diagnostic microbiology for epidemiological purposes, as well as for a rough virulence assessment. However, serotyping is so tedious that its use is restricted to a few reference laboratories. To improve this situation we developed and validated a genetic approach for serotyping based on the microarray technology. The genes encoding the O-antigen flippase (wzx) and the O-antigen polymerase (wzy) were selected as target sequences for the O antigen, whereas fliC and related genes, which code for the flagellar monomer, were chosen as representatives for the H phenotype. Starting with a detailed bioinformatic analysis and oligonucleotide design, an ArrayTube-based assay was established: a fast and robust DNA extraction method was coupled with a site-specific, linear multiplex labeling procedure and hybridization analysis of the biotinylated amplicons. The microarray contained oligonucleotide DNA probes, each in duplicate, representing 24 of the epidemiologically most relevant of the over 180 known O antigens (O antigens 4, 6 to 9, 15, 26, 52, 53, 55, 79, 86, 91, 101, 103, 104, 111, 113, 114, 121, 128, 145, 157, and 172) as well as 47 of the 53 different H antigens (H antigens 1 to 12, 14 to 16, 18 to 21, 23 to 34, 37 to 43, 45, 46, 48, 49, 51 to 54, and 56). Evaluation of the microarray with a set of defined strains representing all O and H serotypes covered revealed that it has a high sensitivity and a high specificity. All of the conventionally typed 24 O groups and all of the 47 H serotypes were correctly identified. Moreover, strains which were nonmotile or nontypeable by previous serotyping assays yielded unequivocal results with the novel ArrayTube assay, which proved to be a valuable alternative to classical serotyping, allowing processing of single colonies within a single working day.

DOUBLE-STRAND BREAK REPAIR PATHWAYS IN DNA STRUCTURE-INDUCED GENETIC INSTABILITY

Genetic instability in mammalian cells can occur by many different mechanisms. In the absence of exogenous sources of DNA damage, the DNA structure itself has been implicated in genetic instability. When the canonical B-DNA helix is naturally altered to form a non-canonical DNA structure such as a Z-DNA or H-DNA, this can lead to genetic instability in the form of DNA double-strand breaks (DSBs) (1, 2). Our laboratory found that the stability of these non-B DNA structures was different in mammals versus Escherichia coli (E.coli) bacteria (1, 2). One explanation for the difference between these species may be a result of how DSBs are repaired within each species. Non-homologous end-joining (NHEJ) is primed to repair DSBs in mammalian cells, while bacteria that lack NHEJ (such as E.coli), utilize homologous recombination (HR) to repair DSBs. To investigate the role of the error-prone NHEJ repair pathway in DNA structure-induced genetic instability, E.coli cells were modified to express genes to allow for a functional NHEJ system under different HR backgrounds. The Mycobacterium tuberculosis NHEJ sufficient system is composed of Ku and Ligase D (LigD) (3). These inducible NHEJ components were expressed individually and together in E.coli cells, with or without functional HR (RecA/RecB), and the Z-DNA and H-DNA-induced mutations were characterized. The Z-DNA structure gave rise to higher mutation frequencies compared to the controls, regardless of the DSB repair pathway(s) available; however, the type of mutants produced after repair was greatly dictated on the available DSB repair system, indicated by the shift from 2% large-scale deletions in the total mutant population to 24% large-scale deletions when NHEJ was present (4). This suggests that NHEJ has a role in the large deletions induced by Z-DNA-forming sequences. H-DNA structure, however, did not exhibit an increase in mutagenesis in the newly engineered E.coli environment, suggesting the involvement of other factors in regulating H-DNA formation/stability in bacterial cells. Accurate repair by established DNA DSB repair pathways is essential to maintain the stability of eukaryotic and prokaryotic genomes and our results suggest that an error-prone NHEJ pathway was involved in non-B DNA structure-induced mutagenesis in both prokaryotes and eukaryotes.