Evolutionary epigenetics of modern human populations

Epigenetic variability is a new mechanism for the study of human microevolution, because it creates both phenotypic diversity within an individual and within population. This mechanism constitutes an important reservoir for adaptation in response to new stimuli and recent studies have demonstrated that selective pressures shape not only the genetic code but also DNA methylation profiles. The aim of this thesis is the study of the role of DNA methylation changes in human adaptive processes, considering the Italian peninsula and macro-geographical areas. A whole-genome analysis of DNA methylation profile across the Italian penisula identified some genes whose methylation levels differ between individuals of different Italian districts (South, Centre and North of Italy). These genes are involved in nitrogen compound metabolism and genes involved in pathogens response. Considering individuals with different macro-geographical origins (individuals of Asians, European and African ancestry) more significant DMRs (differentially methylated regions) were identified and are located in genes involved in glucoronidation, in immune response as well as in cell comunication processes. A "profile" of each ancestry (African, Asian and European) was described. Moreover a deepen analysis of three candidate genes (KRTCAP3, MAD1L and BRSK2) in a cohort of individuals of different countries (Morocco, Nigeria, China and Philippines) living in Bologna, was performed in order to explore genetic and epigenetic diversity. Moreover this thesis have paved the way for the application of DNA methylation for the study of hystorical remains and in particular for the age-estimation of individuals starting from biological samples (such as teeth or blood). Noteworthy, a mathematical model that considered methylation values of DNA extracted from cementum and pulp of living individuals can estimate chronological age with high accuracy (median absolute difference between age estimated from DNA methylation and chronological age was 1.2 years).

Etablierung eines high content imaging-basierten in vitro Testsystems zur Evaluierung genotoxischer Substanzen

Zur Registrierung von Pharmazeutika ist eine umfassende Analyse ihres genotoxischen Potentials von Nöten. Aufgrund der Vielzahl genotoxischer Mechanismen und deren resultierenden Schäden wird ein gestaffeltes Testdesign durch die ICH-Richtlinie S2(R1) „Guidance on genotoxicity testing and data interpretation for pharmaceuticals intended for human use S2(R1)“ definiert, um alle genotoxischen Substanzen zu identifizieren. Die Standardtestbatterie ist in der frühen Phase der Arzneimittelentwicklung aufgrund des geringen Durchsatzes und des Mangels an verfügbarer Substanzmenge vermindert anwendbar. Darüber hinaus verfügen in vitro Genotoxizitätstests in Säugerzellen über eine relativ geringe Spezifität. Für eine vollständige Sicherheitsbeurteilung wird eine in vivo Testung auf Kanzerogenität benötigt. Allerdings sind diese Testsysteme kosten- und zeitintensiv. Aufgrund dessen zielen neue Forschungsansätze auf die Verbesserung der Prädiktivität und die Erfassung des genotoxischen Potentials bereits in der frühen Phase der Arzneimittelentwicklung ab. Die high content imaging (HCI)-Technologie offeriert einen Ansatz zur Verbesserung des Durchsatzes verglichen mit der Standardtestbatterie. Zusätzlich hat ein Zell-basiertes Modell den Vorteil Daten relativ schnell bei gleichzeitig geringem Bedarf an Substanzmenge zu generieren. Demzufolge ermöglichen HCI-basierte Testsysteme eine Prüfung in der frühen Phase der pharmazeutischen Arzneimittelentwicklung. Das Ziel dieser Studie ist die Entwicklung eines neuen, spezifischen und sensitiven HCI-basierten Testsytems für Genotoxine und Progenotoxine in vitro unter Verwendung von HepG2-Zellen gewesen. Aufgrund ihrer begrenzten metabolischen Kapazität wurde ein kombiniertes System bestehend aus HepG2-Zellen und einem metabolischen Aktivierungssystem zur Testung progenotoxischer Substanzen etabliert. Basierend auf einer vorherigen Genomexpressionsprofilierung (Boehme et al., 2011) und einer Literaturrecherche wurden die folgenden neun unterschiedlichen Proteine der DNA-Schadensantwort als putative Marker der Substanz-induzierten Genotoxizität ausgewählt: p-p53 (Ser15), p21, p-H2AX (Ser139), p-Chk1 (Ser345) p-ATM (Ser1981), p-ATR (Ser428), p-CDC2 (Thr14/Tyr15), GADD45A und p-Chk2 (Thr68). Die Expression bzw. Aktivierung dieser Proteine wurde 48 h nach Behandlung mit den (pro-) genotoxischen Substanzen (Cyclophosphamid, 7,12-Dimethylbenz[a]anthracen, Aflatoxin B1, 2-Acetylaminofluoren, Methylmethansulfonat, Actinomycin D, Etoposid) und den nicht-genotoxischen Substanzen (D-Mannitol, Phenforminhydrochlorid, Progesteron) unter Verwendung der HCI-Technologie ermittelt. Die beste Klassifizierung wurde bei Verwendung der folgenden fünf der ursprünglichen neun putativen Markerproteine erreicht: p-p53 (Ser15), p21, p-H2AX (Ser139), p-Chk1 (Ser345) und p-ATM (Ser1981). In einem zweiten Teil dieser Arbeit wurden die fünf ausgewählten Proteine mit Substanzen, welche von dem European Centre for the Validation of Alternative Methods (ECVAM) zur Beurteilung der Leistung neuer oder modifizierter in vitro Genotoxizitätstests empfohlen sind, getestet. Dieses neue Testsystem erzielte eine Sensitivität von 80 % und eine Spezifität von 86 %, was in einer Prädiktivität von 84 % resultierte. Der synergetische Effekt dieser fünf Proteine ermöglicht die Identifizierung von genotoxischen Substanzen, welche DNA-Schädigungen durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Mechanismen induzieren, mit einem hohen Erfolg. Zusammenfassend konnte ein hochprädiktives Prüfungssystem mit metabolischer Aktivierung für ein breites Spektrum potenziell genotoxischer Substanzen generiert werden, welches sich aufgrund des hohen Durchsatzes, des geringen Zeitaufwandes und der geringen Menge benötigter Substanz zur Substanzpriorisierung und -selektion in der Phase der Leitstrukturoptimierung eignet und darüber hinaus mechanistische Hinweise auf die genotoxische Wirkung der Testsubstanz liefert.

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.

Veränderungen der DNA-Methylierung in Patienten mit AHCY-Defizienz

Die S-adenosyl-L-Homocysteinhydrolase (AHCY)-Defizienz ist eine seltene autosomal rezessive Erbkrankheit, bei der Mutationen im AHCY-Gen die Funktionsfähigkeit des kodierten Enzyms beeinträchtigen. Diese Krankheit führt zu Symptomen wie Entwicklungsverzögerungen, mentaler Retardierung und Myopathie. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der AHCY-Defizienz auf die Methylierung der DNA in Blutproben und Fibroblasten von Patienten mit AHCY-Defizienz, sowie in HEK293- und HepG2-Zelllinien mit AHCY-Knockdown untersucht. Der gesamtgenomische Methylierungsstatus wurde mit Hilfe des MethylFlash ™ Methylated DNA Quantification Kit (Epigentek) bei drei Patienten-Blutproben festgestellt. In den Blutproben von sieben Patienten und Fibroblasten von einem Patienten wurde die Methylierung von DMRs sieben geprägter Gene (GTL2, H19, LIT1, MEST, NESPAS, PEG3, SNRPN) und zwei repetitiver Elemente (Alu, LINE1) mittels Bisulfit-Pyrosequenzierung quantifiziert und durch High Resolution Melting-Analyse bestätigt. Zusätzlich wurde eine genomweite Methylierungsanalyse mit dem Infinium® HumanMethylation450 BeadChip (Illumina) für vier Patientenproben durchgeführt und die Expression von AHCY in Fibroblasten mittels Expressions-qPCR und QUASEP-Analyse untersucht. Die Methylierungsanalysen ergaben eine Hypermethylierung der gesamtgenomischen DNA und stochastische Hypermethylierungen von DMRs geprägter Gene bei einigen Patienten. Die HEK293- und HepG2-Zelllinien wiesen dagegen hauptsächlich stochastische Hypomethylierungen an einigen DMRs geprägter Gene und LINE1-Elementen auf. Die genomweite Methylierungsarray-Analyse konnte die Ergebnisse der Bisulfit-Pyrosequenzierung nicht bestätigen. Die Expressionsanalysen der AHCY-defizienten Fibroblasten zeigten eine verminderte Expression von AHCY, wobei beide Allele etwa gleich stark transkribiert wurden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die AHCY-Defizienz eine gute Modellerkrankung für die Untersuchung biologischer Konsequenzen von Methylierungsstörungen im Rahmen der Epigenetik-Forschung sein könnte. Sie ist unseres Wissens die erste monogene Erkrankung mit symptomaler DNA-Hypermethylierung beim Menschen.

Isolierung von Essigsäure-, Propionsäure- und Buttersäure-bildenden Bakterien aus Biogasanlagen

In der vorliegenden Arbeit wurden Essigsäure-, Propionsäure und Buttersäure-bildende Bakterien aus einer thermophilen und drei mesophilen Biogasanlagen sowie aus zwei Hochdruck-Biogas-Laborfermentern isoliert. Die Fermenter waren mit dem nachwachsenden Rohstoff Maissilage, teilweise mit Rinder- oder Schweinegülle und weiteren festen Inputstoffen gefüttert. Für die Isolierung von Säure-bildenden Bakterien wurde ein Mineralsalzmedium verwendet, welchem als Kohlenstoffquelle Na-DL-Laktat, Succinat, Ethanol, Glycerin, Glucose oder eine Aminosäuremischung (Alanin, Serin, Threonin, Glutaminsäure, Methionin und Cystein) hinzugefügt wurde. Hierbei handelt es sich um Substrate, welche beim anaeroben Abbau während der Hydrolyse oder der primären Gärung entstehen können. Die erhaltenen Isolate waren in der Lage, aus diesen Substraten Essigsäure, Propionsäure oder Buttersäure zu bilden. Insgesamt wurden aus den beprobten Anlagen 49 Isolate gewonnen, welche zu den Phyla Firmicutes, Tenericutes oder Thermotogae gehörten. Mit Hilfe von 16S rDNA-Sequenzen konnten die meisten Isolate als Clostridium sporosphaeroides, Defluviitoga tunisiensis und Dendrosporobacter sp. identifiziert werden. Die Bildung von Essigsäure, Propionsäure oder Buttersäure wurde in Kulturen von Isolaten festgestellt, welche als folgende Arten identifiziert wurden: Bacillus thermoamylovorans, Clostridium aminovalericum, Clostridium cochlearium/Clostridium tetani, Clostridium sporosphaeroides, Dendrosporobacter sp., Proteiniborus sp., Selenomonas bovis und Tepidanaerobacter sp. Zwei Isolate, verwandt mit Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, konnten Buttersäure und Milchsäure bilden. In Kulturen von Defluviitoga tunisiensis wurde Essigsäurebildung festgestellt. Ein Vergleich der 16S rDNA-Sequenzen mit Datenbanken und die Ergebnisse der PCR-Amplifikationen mit Isolat-spezifischen Primerpaaren ergaben zusätzlich Hinweise, dass es sich bei einigen Isolaten um neue Arten handeln könnte (z. B. Stamm Tepidanaerobacter sp. AS34, Stamm Proteiniborus sp. ASG1.4, Stamm Dendrosporobacter sp. LG2.4, Stamm Desulfotomaculum sp. EG2.4, Stamm Gallicola sp. SG1.4B und Stamm Acholeplasma sp. ASSH51). Durch die Entwicklung Isolat-spezifischer Primerpaare, abgeleitet von 16S rDNA-Sequenzen der Isolate oder Referenzstämmen, konnten die Isolate in Biogasanlagen detektiert und mittels qPCR quantifiziert werden (hauptsächlich im Bereich zwischen 1000 bis 100000000 Kopien der 16S rDNA/g BGA-Probe). Weiterhin konnten die Isolate mit Hilfe physiologischer Versuche charakterisiert und deren Rolle in der anaeroben Abbaukette diskutiert werden. Die Art Defluviitoga tunisiensis scheint eine große Bedeutung in Biogasanlagen zu spielen. Defluviitoga tunisiensis wurde am häufigsten in Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Arbeit isoliert und konnte auch mit Hilfe des entwickelten Primerpaares in hohen Abundanzen in den beprobten Biogasanlagen detektiert werden (10000 - 100000000 Kopien der 16S rDNA/g BGA-Probe). Die manuelle Annotation des Gesamtgenoms sowie die Substratverwertungsversuche haben gezeigt, dass Defluviitoga tunisiensis ein sehr breites Substratspektrum in der Verwertung von Kohlenhydraten besitzt und dadurch möglicherweise eine wichtige Rolle bei der Verwertung von Biomasse in Biogasanlagen einnimmt. Mit Hilfe der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit konnten somit neue Einblicke in die zweite Stufe des anaeroben Abbaus, die Acidogenese, in Biogasanlagen gegeben werden. rn

Genetic evaluation of short stature

After a proper medical history, growth analysis and physical examination of a short child, followed by radiological and laboratory screening, the clinician may decide to perform genetic testing. We propose several clinical algorithms that can be used to establish the diagnosis. GH1 and GHRHR should be tested in children with severe isolated growth hormone deficiency and a positive family history. A multiple pituitary dysfunction can be caused by defects in several genes, of which PROP1 and POU1F1 are most common. GH resistance can be caused by genetic defects in GHR, STAT5B, IGF1, IGFALS, which all have their specific clinical and biochemical characteristics. IGF-I resistance is seen in heterozygous defects of the IGF1R. If besides short stature additional abnormalities are present, these should be matched with known dysmorphic syndromes. If no obvious candidate gene can be determined, a whole genome approach can be taken to check for deletions, duplications and/or uniparental disomies.

Classification of organisms previously reported as the SP and Stewart-Letscher groups, with descriptions of Necropsobacter gen. nov. and of Necropsobacter rosorum sp. nov. for organisms of the SP group

To allow classification of bacteria previously reported as the SP group and the Stewart-Letscher group, 35 isolates from rodents (21), rabbits (eight), a dog and humans (five) were phenotypically and genotypically characterized. Comparison of partial rpoB sequences showed that 34 of the isolates were closely related, demonstrating at least 97.4 % similarity. 16S rRNA gene sequence comparison of 20 selected isolates confirmed the monophyly of the SP group and revealed 98.5 %-100 % similarity between isolates. A blast search using the 16S rRNA gene sequences showed that the highest similarity outside the SP group was 95.5 % to an unclassified rat isolate. The single strain, P625, representing the Stewart-Letscher group showed the highest 16S rRNA gene similarity (94.9-95.5 %) to members of the SP group. recN gene sequence analysis of 11 representative strains resulted in similarities of 97-100 % among the SP group strains, which showed 80 % sequence similarity to the Stewart-Letscher group strain. Sequence similarity values based on the recN gene, indicative for whole genome similarity, showed the SP group being clearly separated from established genera, whereas the Stewart-Letscher group strain was associated with the SP group. A new genus, Necropsobacter gen. nov., with only one species, Necropsobacter rosorum sp. nov., is proposed to include all members of the SP group. The new genus can be separated from existing genera of the family Pasteurellaceae by at least three phenotypic characters. The most characteristic properties of the new genus are that haemolysis is not observed on bovine blood agar, positive reactions are observed in the porphyrin test, acid is produced from (+)-L-arabinose, (+)-D-xylose, dulcitol, (+)-D-galactose, (+)-D-mannose, maltose and melibiose, and negative reactions are observed for symbiotic growth, urease, ornithine decarboxylase and indole. Previous publications have documented that both ubiquinones and demethylmenaquinone were produced by the proposed type strain of the new genus, Michel A/76(T), and that the major polyamine of representative strains (type strain not included) of the genus is 1,3-diaminopropane, spermidine is present in moderate amounts and putrescine and spermine are detectable only in minor amounts. The major fatty acids of strain Michel A/76(T) are C(14 : 0), C(16 : 0), C(16:1)omega7c and summed feature C(14 : 0) 3-OH/iso-C(16 : 1) I. This fatty acid profile is typical for members of the family Pasteurellaceae. The G+C content of DNA of strain Michel A/76(T) was estimated to be 52.5 mol% in a previous investigation. The type strain is P709(T) ( = Michel A/76(T) = CCUG 28028(T) = CIP 110147(T) = CCM 7802(T)).

IgE, IgGa, IgGb and IgG(T) serum antibody levels in offspring of two sires affected with equine recurrent airway obstruction

Equine recurrent airway obstruction (RAO) is a chronic lower airway disease of the horse caused by hypersensitivity reactions to inhaled stable dust, including mould spores such as Aspergillus fumigatus. The goals of this study were to investigate whether total serum IgE levels and allergen-specific IgE and IgG subclasses are influenced by genetic factors and/or RAO and whether quantitative trait loci (QTL) could be identified for these parameters. The offspring of two RAO-affected sires (S1: n=56 and S2: n=65) were grouped by stallion and disease status, and total serum IgE levels and specific IgE, IgGa, IgGb and IgG(T) levels against recombinant Aspergillus fumigatus 7 (rAspf7) were measured by ELISA. A panel of 315 microsatellite markers covering the 31 equine autosomes were used to genotype the stallions and their offspring. A whole-genome scan using half-sib regression interval mapping was performed for each of the IgG and IgE subclasses. There was no significant effect of disease status or sire on total IgE levels, but there was a significant effect of gender and age. rAspf7-specific IgGa levels were significantly higher in RAO-affected than in healthy horses. The offspring of S1 had significantly higher rAspf7-specific IgGa and IgE levels than those of S2. Five QTLs were significant chromosome-wide (P<0.01). QTLs for rAspf7-specific IgGa and IgE were identified on ECA 1, for rAspf7-specific IgGa and IgGb on ECA 24 and for rAspf7 IgGa on ECA 26. These results provide evidence for effects of disease status and genetics on allergen-specific IgGa and IgE.

ENU-induced phenovariance in mice: inferences from 587 mutations

Background We present a compendium of N-ethyl-N-nitrosourea (ENU)-induced mouse mutations, identified in our laboratory over a period of 10 years either on the basis of phenotype or whole genome and/or whole exome sequencing, and archived in the Mutagenetix database. Our purpose is threefold: 1) to formally describe many point mutations, including those that were not previously disclosed in peer-reviewed publications; 2) to assess the characteristics of these mutations; and 3) to estimate the likelihood that a missense mutation induced by ENU will create a detectable phenotype. Findings In the context of an ENU mutagenesis program for C57BL/6J mice, a total of 185 phenotypes were tracked to mutations in 129 genes. In addition, 402 incidental mutations were identified and predicted to affect 390 genes. As previously reported, ENU shows strand asymmetry in its induction of mutations, particularly favoring T to A rather than A to T in the sense strand of coding regions and splice junctions. Some amino acid substitutions are far more likely to be damaging than others, and some are far more likely to be observed. Indeed, from among a total of 494 non-synonymous coding mutations, ENU was observed to create only 114 of the 182 possible amino acid substitutions that single base changes can achieve. Based on differences in overt null allele frequencies observed in phenotypic vs. non-phenotypic mutation sets, we infer that ENU-induced missense mutations create detectable phenotype only about 1 in 4.7 times. While the remaining mutations may not be functionally neutral, they are, on average, beneath the limits of detection of the phenotypic assays we applied. Conclusions Collectively, these mutations add to our understanding of the chemical specificity of ENU, the types of amino acid substitutions it creates, and its efficiency in causing phenovariance. Our data support the validity of computational algorithms for the prediction of damage caused by amino acid substitutions, and may lead to refined predictions as to whether specific amino acid changes are responsible for observed phenotypes. These data form the basis for closer in silico estimations of the number of genes mutated to a state of phenovariance by ENU within a population of G3 mice.

Two new rapid SNP-typing methods for classifying Mycobacterium tuberculosis complex into the main phylogenetic lineages

There is increasing evidence that strain variation in Mycobacterium tuberculosis complex (MTBC) might influence the outcome of tuberculosis infection and disease. To assess genotype-phenotype associations, phylogenetically robust molecular markers and appropriate genotyping tools are required. Most current genotyping methods for MTBC are based on mobile or repetitive DNA elements. Because these elements are prone to convergent evolution, the corresponding genotyping techniques are suboptimal for phylogenetic studies and strain classification. By contrast, single nucleotide polymorphisms (SNP) are ideal markers for classifying MTBC into phylogenetic lineages, as they exhibit very low degrees of homoplasy. In this study, we developed two complementary SNP-based genotyping methods to classify strains into the six main human-associated lineages of MTBC, the "Beijing" sublineage, and the clade comprising Mycobacterium bovis and Mycobacterium caprae. Phylogenetically informative SNPs were obtained from 22 MTBC whole-genome sequences. The first assay, referred to as MOL-PCR, is a ligation-dependent PCR with signal detection by fluorescent microspheres and a Luminex flow cytometer, which simultaneously interrogates eight SNPs. The second assay is based on six individual TaqMan real-time PCR assays for singleplex SNP-typing. We compared MOL-PCR and TaqMan results in two panels of clinical MTBC isolates. Both methods agreed fully when assigning 36 well-characterized strains into the main phylogenetic lineages. The sensitivity in allele-calling was 98.6% and 98.8% for MOL-PCR and TaqMan, respectively. Typing of an additional panel of 78 unknown clinical isolates revealed 99.2% and 100% sensitivity in allele-calling, respectively, and 100% agreement in lineage assignment between both methods. While MOL-PCR and TaqMan are both highly sensitive and specific, MOL-PCR is ideal for classification of isolates with no previous information, whereas TaqMan is faster for confirmation. Furthermore, both methods are rapid, flexible and comparably inexpensive.

DCLK1 variants are associated across schizophrenia and attention deficit/hyperactivity disorder

Doublecortin and calmodulin like kinase 1 (DCLK1) is implicated in synaptic plasticity and neurodevelopment. Genetic variants in DCLK1 are associated with cognitive traits, specifically verbal memory and general cognition. We investigated the role of DCLK1 variants in three psychiatric disorders that have neuro-cognitive dysfunctions: schizophrenia (SCZ), bipolar affective disorder (BP) and attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD). We mined six genome wide association studies (GWASs) that were available publically or through collaboration; three for BP, two for SCZ and one for ADHD. We also genotyped the DCLK1 region in additional samples of cases with SCZ, BP or ADHD and controls that had not been whole-genome typed. In total, 9895 subjects were analysed, including 5308 normal controls and 4,587 patients (1,125 with SCZ, 2,496 with BP and 966 with ADHD). Several DCLK1 variants were associated with disease phenotypes in the different samples. The main effect was observed for rs7989807 in intron 3, which was strongly associated with SCZ alone and even more so when cases with SCZ and ADHD were combined (P-value = 4 × 10(-5) and 4 × 10(-6), respectively). Associations were also observed with additional markers in intron 3 (combination of SCZ, ADHD and BP), intron 19 (SCZ+BP) and the 3'UTR (SCZ+BP). Our results suggest that genetic variants in DCLK1 are associated with SCZ and, to a lesser extent, with ADHD and BP. Interestingly the association is strongest when SCZ and ADHD are considered together, suggesting common genetic susceptibility. Given that DCLK1 variants were previously found to be associated with cognitive traits, these results are consistent with the role of DCLK1 in neurodevelopment and synaptic plasticity.

Genetic determinants of alcoholic liver disease

Alcoholic liver disease (ALD) accounts for the majority of chronic liver disease in Western countries. The spectrum of ALD includes steatosis with or without fibrosis in virtually all individuals with an alcohol consumption of >80 g/day, alcoholic steatohepatitis of variable severity in 10-35% and liver cirrhosis in approximately 15% of patients. Once cirrhosis is established, there is an annual risk for hepatocellular carcinoma of 1-2%. Environmental factors such as drinking patterns, coexisting liver disease, obesity, diet composition and comedication may modify the natural course of ALD. Twin studies have revealed a substantial contribution of genetic factors to the evolution of ALD, as demonstrated by a threefold higher disease concordance between monozygotic twins and dizygotic twins. With genotyping becoming widely available, a large number of genetic case-control studies evaluating candidate gene variants coding for proteins involved in the degradation of alcohol, mediating antioxidant defence, the evolution and counteraction of necroinflammation and formation and degradation of extracellular matrix have been published with largely unconfirmed, impeached or even disproved associations. Recently, whole genome analyses of large numbers of genetic variants in several chronic liver diseases including gallstone disease, primary sclerosing cholangitis and non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) have identified novel yet unconsidered candidate genes. Regarding the latter, a sequence variation within the gene coding for patatin-like phospholipase encoding 3 (PNPLA3, rs738409) was found to modulate steatosis, necroinflammation and fibrosis in NAFLD. Subsequently, the same variant was repeatedly confirmed as the first robust genetic risk factor for progressive ALD.

Bioinformatics tools and databases for the study of human growth hormone

Advances in novel molecular biological diagnostic methods are changing the way of diagnosis and study of metabolic disorders like growth hormone deficiency. Faster sequencing and genotyping methods require strong bioinformatics tools to make sense of the vast amount of data generated by modern laboratories. Advances in genome sequencing and computational power to analyze the whole genome sequences will guide the diagnostics of future. In this chapter, an overview of some basic bioinformatics resources that are needed to study metabolic disorders are reviewed and some examples of bioinformatics analysis of human growth hormone gene, protein and structure are provided.

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.

Fgfrl1, a fibroblast growth factor receptor-like gene, is found in the cephalochordate Branchiostoma floridae but not in the urochordate Ciona intestinalis

FGFRL1 is a novel member of the fibroblast growth factor receptor family that controls the formation of musculoskeletal tissues. Some vertebrates, including man, cow, dog, mouse, rat and chicken, possess a single copy the FGFRL1 gene. Teleostean fish have two copies, fgfrl1a and fgfrl1b, because they have undergone a whole genome duplication. Vertebrates belong to the chordates, a phylum that also includes the subphyla of the cephalochordates (e.g. Branchiostoma floridae) and urochordates (tunicates, e.g. Ciona intestinalis). We therefore investigated whether other chordates might also possess an FGFRL1 related gene. In fact, a homologous gene was found in B. floridae (amphioxus). The corresponding protein showed 60% sequence identity with the human protein and all sequence motifs identified in the vertebrate proteins were also conserved in amphioxus Fgfrl1. In contrast, the genome of the urochordate C. intestinalis and those from more distantly related invertebrates including the insect Drosophila melanogaster and the nematode Caenorhabditis elegans did not appear to contain any related sequences. Thus, the FGFRL1 gene might have evolved just before branching of the vertebrate lineage from the other chordates.