A NEW AND THREATENED INSULAR SPECIES OF LANCEHEAD FROM SOUTHEASTERN BRAZIL

We describe a new species of Bothrops from Vitoria Island, off the coast of Sao Paulo, southeastern Brazil. The new species differs from the mainland coastal populations of B. jararaca mostly in its smaller and stouter body, number and form of scales, and hemipenial morphology. From B. insularis and B. alcatraz, both related species endemic to islands in southeastern Brazil, B. otavioi sp. nov. differs mainly in its body form and number of scales. The new species has the twist common mitochondrial haplotype for mainland populations of B. jararaca, which is also found in B. alcatraz. A mitochondrial genealogy (gene tree) shows the new species nested within the northern clade of B. jararaca. This genealogical pattern can be explained by a recent speciation event for B. otavioi sp. nov. The isolation of insular species of Bothrops from continental ancestor populations are probably related to the same vicariant process, the oscillations of sea level during the Pleistocene. The new species feeds on small hylid frogs, and attains sexual maturity at 388 mm snout-vent length (SVL; males) and 692 mm SVL (females). Bothrops facial sp. nov. is endemic to Vitoria Island, and should be listed as critically endangered because it is known from only a single area (an island), its geographic range covers less than 100 km(2), and there is a projected continuing decline in the quality of its habitat because of increasing human settlement.

Phylogeographic Structure and Karyotypic Diversity of the Brazilian Shrew Mouse (Blarinomys breviceps, Sigmodontinae) in the Atlantic Forest

Blarinomys breviceps possesses cryptic and burrowing habits with poorly documented genetics and life history traits. Due to its rarity, only a few specimens and DNA sequences have been deposited in collections worldwide. Here, we present the most comprehensive cytogenetic and molecular characterization of this rare genus. Phylogenetic analyses based on partial cytochrome b sequences were performed, attempting to establish the relationships among individuals with distinct karyotypes along the geographic distribution of the genus in the Atlantic Forest. Classical and molecular cytogenetics, using banding patterns and FISH of telomeric and whole chromosome X-specific painting probes (obtained from the Akodontini Akodon cursor) were used to characterize and compare the chromosomal complements. Molecular phylogenetic analyses recovered 2 main geographically structured clades, northeastern and southeastern with pair-wise sequence divergences among specimens varying between 4.9 and 8.4%. Eight distinct karyomorphs are described: (A) 2n = 52 (50A, XX), (B) 2n = 52 (48A, XY+2Bs), (C) 2n = 45 (42A, XY+1B), (D) 2n = 43 (37A, XX+4Bs), (E) 2n = 37 (34A, XY+1B), (F) 2n = 34 (32A, XX), (G) 2n = 31 (27A, XX+2Bs), (H) 2n = 28 (26A, XY), all with the same number of autosomal arms (FNA = 50). Variation of 0-4 supernumerary chromosomes (Bs) presenting heterogeneity in morphology and distribution of interstitial telomeric sequences (ITSs) is reported. ITSs are also found in some metacentric autosomes. The phylogeographic separation between 2 major lineages with high levels of genetic divergence, and the wide karyotypic diversity indicate that B. breviceps is a diverse group that warrants taxonomic re-evaluation. Copyright (C) 2012 S. Karger AG, Basel

Cytogenetic and molecular analyses in troglobitic and epigean species of Pimelodella (Siluriformes: Heptapteridae) from Brazil

Samples from seven different locations of the genus Pimelodella were genetically examined, two caves (exclusively subterranean, upper Tocantins River and Sao Francisco River) and five epigean (from upper Parana River basin). Cytogenetic analyses revealed the same diploid number (2n=46) for all species besides similarities in both number and location of nucleolar organizer regions and C bands. FISH with 5S rDNA probes and CMA(3) staining indicated significant differences among the studied species. Application of PCR-RFLP in ATPase 6 and 8 mitochondrial genes allowed building a minimum evolution phenogram identifying the close evolutionary relationship among groups. Both chromosomal and molecular data were useful to infer the relationships among studied Pimelodella species.

Trypanosoma cruzi mitochondrial maxicircles display species- and strain-specific variation and a conserved element in the non-coding region

Abstract Background The mitochondrial DNA of kinetoplastid flagellates is distinctive in the eukaryotic world due to its massive size, complex form and large sequence content. Comprised of catenated maxicircles that contain rRNA and protein-coding genes and thousands of heterogeneous minicircles encoding small guide RNAs, the kinetoplast network has evolved along with an extreme form of mRNA processing in the form of uridine insertion and deletion RNA editing. Many maxicircle-encoded mRNAs cannot be translated without this post-transcriptional sequence modification. Results We present the complete sequence and annotation of the Trypanosoma cruzi maxicircles for the CL Brener and Esmeraldo strains. Gene order is syntenic with Trypanosoma brucei and Leishmania tarentolae maxicircles. The non-coding components have strain-specific repetitive regions and a variable region that is unique for each strain with the exception of a conserved sequence element that may serve as an origin of replication, but shows no sequence identity with L. tarentolae or T. brucei. Alternative assemblies of the variable region demonstrate intra-strain heterogeneity of the maxicircle population. The extent of mRNA editing required for particular genes approximates that seen in T. brucei. Extensively edited genes were more divergent among the genera than non-edited and rRNA genes. Esmeraldo contains a unique 236-bp deletion that removes the 5'-ends of ND4 and CR4 and the intergenic region. Esmeraldo shows additional insertions and deletions outside of areas edited in other species in ND5, MURF1, and MURF2, while CL Brener has a distinct insertion in MURF2. Conclusion The CL Brener and Esmeraldo maxicircles represent two of three previously defined maxicircle clades and promise utility as taxonomic markers. Restoration of the disrupted reading frames might be accomplished by strain-specific RNA editing. Elements in the non-coding region may be important for replication, transcription, and anchoring of the maxicircle within the kinetoplast network.

The humankind genome: from genetic diversity to the origin of human diseases

Genome-wide association studies have failed to establish common variant risk for the majority of common human diseases. The underlying reasons for this failure are explained by recent studies of resequencing and comparison of over 1200 human genomes and 10 000 exomes, together with the delineation of DNA methylation patterns (epigenome) and full characterization of coding and noncoding RNAs (transcriptome) being transcribed. These studies have provided the most comprehensive catalogues of functional elements and genetic variants that are now available for global integrative analysis and experimental validation in prospective cohort studies. With these datasets, researchers will have unparalleled opportunities for the alignment, mining, and testing of hypotheses for the roles of specific genetic variants, including copy number variations, single nucleotide polymorphisms, and indels as the cause of specific phenotypes and diseases. Through the use of next-generation sequencing technologies for genotyping and standardized ontological annotation to systematically analyze the effects of genomic variation on humans and model organism phenotypes, we will be able to find candidate genes and new clues for disease’s etiology and treatment. This article describes essential concepts in genetics and genomic technologies as well as the emerging computational framework to comprehensively search websites and platforms available for the analysis and interpretation of genomic data.

Sindrome di Down e fattori di rischio nel declino neurocognitivo

Down syndrome (DS) or Trisomy 21, occurring in 1/700 and 1/1000 livebirths, is the most common genetic disorder, characterized by a third copy of the human chromosome 21 (Hsa21). DS is associated with various defects, including congenital heart diseases, craniofacial abnormalities, immune system dysfunction, mental retardation (MR), learning and memory deficiency. The phenotypic features in DS are a direct consequence of overexpression of genes located within the triplicated region on Hsa21. In addition to developmental brain abnormalities and disabilities, people with DS by the age of 30-40 have a greatly increased risk of early-onset of Alzheimer’s disease (AD) and an apparent tendency toward premature aging. Many of the immunological anomalies in DS can be enclosed in the spectrum of multiple signs of early senescence. People with DS have an increased vulnerability to oxidative damage and many factors, including amyloid beta protein (Abeta), genotype ApoE4, oxidative stress, mutations in mitochondrial DNA (mtDNA), impairment of antioxidant enzymes, accelerated neuronal cell apoptosis, are related to neuronal degeneration and early aging in DS. SUBJECTS and METHODS: Since 2007 a population of 50 adolescents and adults with DS, 26 males and 24 females (sex-ratio: M/F = 1.08), has been evaluated for the presence of neurological features, biomarkers and genetic factors correlated with neuronal degeneration and premature aging. The control group was determined by the mother and the siblings of the patients. A neuropsychiatric evaluation was obtained from all patients. The levels of thyroid antibodies (antiTg and antiTPO) and of some biochemical markers of oxidative stress, including homocysteine (tHcy), uric acid, cobalamin, folate were measured. All patients, the mother and the siblings were genotyped for ApoE gene. RESULTS: 40% of patients, with a mild prevalence of females aged between 19 and 30 years, showed increased levels of antiTg and antiTPO. The levels of tHcy were normal in 52% patients and mildly increased in 40%; hyperomocysteinemia was associated with normal levels of thyroid antibodies in 75% of patients (p<0.005). The levels of uric acid were elevated in 26%. Our study showed a prevalence of severe MR in patients aged between 1-18 years and over 30 years. Only 3 patients, 2 females and one male, over 30 years of age, showed dementia. According to the literature, the rate of Down left-handers was high (25%) compared to the rest of population and the laterality was associated with increased levels of thyroid antibodies (70%). 21.5% of patients were ApoE4 positive (ApoE4+) with a mean/severe MR. CONCLUSIONS: Until now no biochemical evidence of oxidative damage and no deficiency or alteration of antioxidant function in our patients with DS were found. mtDNA sequencing could show some mutations age-related and associated with oxidative damage and neurocognitive decline in the early aging of DS. The final aim is found predictive markers of early-onset dementia and a target strategy for the prevention and the treatment of diseases caused by oxidative stress. REFERENCES: 1) Rachidi M, Lopes C: “Mental retardation and associated neurological dysfunctions in Down syndrome: a consequence of dysregulation in critical chromosome 21 genes and associated molecular pathways.” - Eur J Paediatr Neurol. May;12(3):168-82 (2008). 2) Lott IT, Head E: “Down syndrome and Alzheimer's disease: a link between development and aging.” - Ment Retard Dev Disabil Res Rev, 7(3):172-8 (2001). 3) Lee HC, Wei YH: “Oxidative Stress, Mitochondrial DNA Mutation, and Apoptosis in Aging.” - Exp Biol Med (Maywood), May;232(5):592-606 (2007).

Molekularzytogenetische Untersuchungen an Nierenzelltumoren des Menschen

Nierenkarzinome (NZK) des Erwachsenenalters weisen nebenhistologisch-zytologischen Merkmalen typische genetischeCharakteristika auf, die mit dem biologischen Verhalten derTumorzellen korrelieren. Der Nachweis genomischerVeränderungen wird zur Diagnostik und Prognoseeinschätzungvon Tumoren herangezogen. Für die untersuchtenNierentumorerkrankungen wurden lediglich das vonHippel-Lindau Tumorsuppressorgen (VHL) auf Chromosom 3 oderdas MET Proto-Onkogen auf Chromosom 7 als gesichertepathogenetische Faktoren in der Entstehung von NZKidentifiziert. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitragzur molekularen Charakterisierung derNierentumor-Pathogenese. Die gewählten Ansätze umfassen: (A)Die Analyse 91 primärer Nierentumoren mit CGH (comparativegenomic hybridization), (B) die Untersuchung chromosomalerBruchpunkte eines komplex rearrangierten, familiärenNZK-Falles und (C) die Charakterisierung umschriebenerGenomveränderungen im Bereich des VHL-Lokus auf Chromosom 3p25 .(A) Chromosomen-Aberrationen wurden identifiziert undeingegrenzt. Das Auftreten spezifischer chromosomalerAberrationen konnte mit dem dokumentierten Krankheitsverlaufassoziiert werden. Die als progressionsassoziiert oderprognoserelevant identifizierten Chromosomen(bereiche)5(q22-qter), 4, 10, 14q, 17, 6, 8, 9, 12 können alsAusgangspunkte für eine Suche nach subtypspezifischen,relevanten Tumorgenen dienen. (B) Chromosomenanalysen einerFamilie mit Veranlagung für das klarzellige NZK belegteneine Translokation zwischen den Chromosomen 3 und 8 imperipheren Patientenblut. Weitere molekularzytogenetischeUntersuchungen deckten ein komplexes chromosomalesRearrangement t(3;8)(q13.1;p21.1) auf. (C) DieFeinkartierung der Region um den VHL-Genlokus istinsbesondere bei Tumoren ohne molekulargenetischnachzuweisenden VHL-Verlust erforderlich. Zur Identifikationweiterer in dieser Region kartierender, evtl. ko-deletierterTumorsuppressor-Kandidatengene, wurden genomische(PAC)-Sonden isoliert, charakterisiert und zurDeletionskartierung eingesetzt.

Transposable elements: structure and dynamic of the autonomous retrotransposon R2 in Arthropoda with non-canonical reproduction

Eukaryotic ribosomal DNA constitutes a multi gene family organized in a cluster called nucleolar organizer region (NOR); this region is composed usually by hundreds to thousands of tandemly repeated units. Ribosomal genes, being repeated sequences, evolve following the typical pattern of concerted evolution. The autonomous retroelement R2 inserts in the ribosomal gene 28S, leading to defective 28S rDNA genes. R2 element, being a retrotransposon, performs its activity in the genome multiplying its copy number through a “copy and paste” mechanism called target primed reverse transcription. It consists in the retrotranscription of the element’s mRNA into DNA, then the DNA is integrated in the target site. Since the retrotranscription can be interrupted, but the integration will be carried out anyway, truncated copies of the element will also be present in the genome. The study of these truncated variants is a tool to examine the activity of the element. R2 phylogeny appears, in general, not consistent with that of its hosts, except some cases (e.g. Drosophila spp. and Reticulitermes spp.); moreover R2 is absent in some species (Fugu rubripes, human, mouse, etc.), while other species have more R2 lineages in their genome (the turtle Mauremys reevesii, the Japanese beetle Popilia japonica, etc). R2 elements here presented are isolated in 4 species of notostracan branchiopods and in two species of stick insects, whose reproductive strategies range from strict gonochorism to unisexuality. From sequencing data emerges that in Triops cancriformis (Spanish gonochoric population), in Lepidurus arcticus (two putatively unisexual populations from Iceland) and in Bacillus rossius (gonochoric population from Capalbio) the R2 elements are complete and encode functional proteins, reflecting the general features of this family of transposable elements. On the other hand, R2 from Italian and Austrian populations of T. cancriformis (respectively unisexual and hermaphroditic), Lepidurus lubbocki (two elements within the same Italian population, gonochoric but with unfunctional males) and Bacillus grandii grandii (gonochoric population from Ponte Manghisi) have sequences that encode incomplete or non-functional proteins in which it is possible to recognize only part of the characteristic domains. In Lepidurus couesii (Italian gonochoric populations) different elements were found as in L. lubbocki, and the sequencing is still in progress. Two hypothesis are given to explain the inconsistency of R2/host phylogeny: vertical inheritance of the element followed by extinction/diversification or horizontal transmission. My data support previous study that state the vertical transmission as the most likely explanation; nevertheless horizontal transfer events can’t be excluded. I also studied the element’s activity in Spanish populations of T. cancriformis, in L. lubbocki, in L. arcticus and in gonochoric and parthenogenetic populations of B. rossius. In gonochoric populations of T. cancriformis and B. rossius I found that each individual has its own private set of truncated variants. The situation is the opposite for the remaining hermaphroditic/parthenogenetic species and populations, all individuals sharing – in the so far analyzed samples - the majority of variants. This situation is very interesting, because it isn’t concordant with the Muller’s ratchet theory that hypothesizes the parthenogenetic populations being either devoided of transposable elements or TEs overloaded. My data suggest a possible epigenetic mechanism that can block the retrotransposon activity, and in this way deleterious mutations don’t accumulate.

Die Leber als Latenzort des murinen Cytomegalovirus: Identifizierung und Charakterisierung des latent infizierten Zelltyps

Die Untersuchungen der murinen Cytomegalovirus (mCMV) Infektion im BALB/c Mausmodell konzentrierten sich bislang auf die Lunge, da diese einen Hauptort der mCMV Latenz darstellt. Da latentes CMV auch häufig durch Lebertransplantationen übertragen wird, wurde in dieser Arbeit die Leber als ein weiteres medizinisch relevantes Organ der CMV Latenz und Reaktivierung untersucht. Um zunächst die zellulären Orte der mCMV Latenz in der Leber zu ermitteln, wurden verschiedengeschlechtliche Knochenmarktransplantationen (KMT) mit männlichen tdy-positiven Spendern und weiblichen, tdy-negativen Empfängern, mit anschließender mCMV Infektion durchgeführt, um latent infizierte Mäuse mit geschlechtschromosomalem Chimärismus zu generieren. Diese Chimären erlaubten eine Unterscheidung zwischen tdy-positiven Zellen hämatopoetischen Ursprungs und tdy-negativen stromalen und parenchymalen Gewebszellen. Die Separation von Leberzellen der Chimären mittels zentrifugaler Elutriation und anschließender DNA Quantifizierung viraler und zellulärer Genome durch eine quantitative real-time PCR ergab einen ersten Hinweis, dass Endothelzellen ein zellulärer Ort der mCMV Latenz sind. Die darauf folgende immunomagnetische Zelltrennung lokalisierte latente virale DNA in der CD31-positiven Zellfraktion. Die Koexpression von CD31 mit dem endothelzellspezifischen Oberflächenmarker ME-9F1 identifizierte die sinusoidalen Endothelzellen der Leber (LSEC) als die Zellen, die latente virale DNA beherbergen. In den zytofluorometrisch aufgereinigten CD31+/ME-9F1+ LSEC waren bei gleichzeitigem Rückgang der männlichen tdy Markergene virale Genome angereichert, was darauf hinwies, dass Zellen, die virale DNA enthalten, vom Knochenmark-Empfänger stammen. Durch zytofluorometrische Analysen isolierter LSEC konnte eine vom Spender abstammende Subpopulation MHCII+/CD11b+ LSEC identifiziert werden. Anschließende Quantifizierungen viraler DNA aus latent infizierten Mäusen detektierten eine Abnahme viraler Genome mit zunehmender Menge an tdy-positiven Zellen, was beweist, dass MHCII+/CD11b+ LSEC keinen Ort der mCMV Latenz darstellen. Die limiting dilution Untersuchungen der isolierten latent infizierten LSEC ergaben eine Frequenz von einer latent infizierten Zelle unter ~1,9x104 LSEC und eine Anzahl von 7 bis 19 viralen Genomen pro latent infizierter Zelle. Nach 24 Stunden Kultivierung der LSEC konnte mittels quantitativer real-time RT-PCR mit Gesamt-RNA aus LSEC ein Anstieg der Genexpression der immediate early Gene ie1 und ie3 sowie eine Induktion des early Gens e1 gezeigt werden. Eine Erhöhung der transkriptionellen Reaktivierung durch die Inkubation der LSEC mit unterschiedlichen HDAC Inhibitoren konnte allerdings nicht erzielt werden, da sowohl die Menge der isolierten RNA aus behandelten Kulturen, als auch die Anzahl viraler Transkripte im Vergleich zu den unbehandelten Kulturen erniedrigt war. Aufgrund der kurzen Lebensdauer isolierter LSEC in vitro konnte durch Kokultivierungen latent infizierter LSEC zusammen mit murinen embryonalen Fibroblasten keine Virusreaktivierung induziert werden. Im Gegensatz dazu wurden durch den Transfer gereinigter ME-9F1+/CD31+ LSEC aus latent infizierten Spendern in immunsupprimierte Empfänger virale Rekurrenzen in Lungenexplantatkulturen des Rezipienten detektiert. Damit konnten LSEC eindeutig als zellulärer Ort von mCMV Latenz und Reaktivierung in der Leber identifiziert werden.

In vivo konditionale Depletion von latentem murinen Cytomegalovirus

Die Lunge stellt einen Hauptort der CMV-Latenz dar. Die akute CMV-Infektion wird durch infiltrierende antivirale CD8 T-Zellen terminiert. Das virale Genom verbleibt jedoch im Lungengewebe in einem nicht replikativen Zustand, der Latenz, erhalten. Es konnte bereits gezeigt werden, dass während der Latenz die Major Immediate Early- (MIE) Gene ie1- und ie2 sporadisch transkribiert werden. Bisher konnte diese beginnende Reaktivierung latenter CMV-Genome nur in einer Momentaufnahme gezeigt werden (Kurz et al., 1999; Grzimek et al., 2001; Simon et al., 2005; zur Übersicht: Reddehase et al., 2008). Die sporadische Expression der MIE-Gene führt jedoch zur Präsentation eines antigenen IE1-Peptids und somit zur Stimulation antiviraler IE1-Peptid-spezifischer CD8 T-Zellen, die durch ihre Effektorfunktion die beginnende Reaktivierung wieder beenden. Dies führte uns zu der Hypothese, dass MIE-Genexpression über einen Zeitraum betrachtet (period prevalence) häufiger stattfindet als es in einer Momentaufnahme (point prevalence) beobachtet werden kann.rnrnUm die Häufigkeit der MIE-Genexpression in der Dynamik in einem definierten Zeitraum zu erfassen, sollte eine Methode entwickelt werden, welche es erstmals ermöglicht, selektiv und konditional transkriptionell aktive Zellen sowohl während der akuten Infektion als auch während der Latenz auszulöschen. Dazu wurde mit Hilfe der Zwei-Schritt BAC-Mutagenese ein rekombinantes death-tagged Virus hergestellt, welches das Gen für den Diphtherie Toxin Rezeptor (DTR) unter Kontrolle des ie2-Promotors (P2) enthält. Ist der P2 transkriptionell aktiv, wird der DTR an der Zelloberfläche präsentiert und die Zelle wird suszeptibel für den Liganden Diphtherie Toxin (DT). Durch Gabe von DT werden somit alle Zellen ausgelöscht, in denen virale Genome transkriptionell aktiv sind. Mit zunehmender Dauer der DT-Behandlung sollte also die Menge an latenten viralen Genomen abnehmen.rnrnIn Western Blot-Analysen konnte das DTR-Protein bereits 2h nach der Infektion nachgewiesen werden. Die Präsentation des DTR an der Zelloberfläche wurde indirekt durch dessen Funktionalität bewiesen. Das rekombinante Virus konnte in Fibroblasten in Gegenwart von DT nicht mehr replizieren. In akut infizierten Tieren konnte die virale DNA-Menge durch eine einmalige intravenöse (i.v.) DT-Gabe signifikant reduziert werden. Verstärkt wurde dieser Effekt durch eine repetitive i.v. DT-Gabe. Auch während der Latenz gelang es, die Zahl der latenten viralen Genome durch repetitive i.v. und anschließende intraperitoneale (i.p.) DT-Gabe zu reduzieren, wobei wir abhängig von der Dauer der DT-Gabe eine Reduktion um 60\% erreichen konnten. Korrespondierend zu der Reduktion der DNA-Menge sank auch die Reaktivierungshäufigkeit des rekombinanten Virus in Lungenexplantatkulturen. rnrnrnUm die Reaktivierungshäufigkeit während der Latenz berechnen zu können, wurde durch eine Grenzverdünnungsanalyse die Anzahl an latenten viralen Genomen pro Zelle bestimmt. Dabei ergab sich eine Kopienzahl von 9 (6 bis 13). Ausgehend von diesen Ergebnissen lässt sich berechnen, dass, bezogen auf die gesamte Lunge, in dem getesteten Zeitraum von 184h durch die DT-Behandlung 1.000 bis 2.500 Genome pro Stunde ausgelöscht wurden. Dies entspricht einer Auslöschung von 110 bis 280 MIE-Gen-exprimierenden Lungenzellen pro Stunde. Damit konnte in dieser Arbeit erstmals die Latenz-assoziierte Genexpression in ihrer Dynamik dargestellt werden.rn

OPA1 isoforms and protein domains in the rescue of mitochondrial dysfunctions

Mutations in OPA1 gene have been identified in the majority of patients with Dominant Optic Atrophy (DOA), a blinding disease, and the syndromic form DOA-plus. OPA1 protein is a mitochondrial GTPase involved in various mitochondrial functions, present in humans in eight isoforms, resulting from alternative splicing and proteolytic processing. In this study we have investigated the specific role of each isoform through expression in OPA-/- MEFs, by evaluating their ability to improve the defective mitochondrial phenotypes. All isoforms were able to rescue the energetic efficiency, mitochondrial DNA (mtDNA) content and cristae integrity, but only the presence of both long and short forms could recover the mitochondrial morphology. In order to identify the OPA1 protein domains crucial for its functions, we selected and modified the isoform 1, shown to be one of the most efficient in preserving mitochondrial phenotype, to express three specific OPA1 variants, namely: one with a different N-terminus portion, one unable to generate short form owing to deletion of S1 cleavage site and one with a defective GTPase domain. We demonstrated that the simultaneous presence of the N- and C-terminus of OPA1 was essential for the mtDNA maintenance; a cleavable isoform generating s-forms was necessary to completely rescue the energetic competence and the presence of the C-terminus was sufficient to partially recover the cristae ultrastructure. Lastly, several pathogenic OPA1 mutations were inserted in MEF clones and the biochemical features investigated, to correlate the defective phenotypes with the clinical severity of patients. Our results clearly indicate that this cell model reflects very well the clinical characteristics of the patients, and therefore can be proposed as an useful tool to shed light on the pathomechanism underlying DOA.

Mikrobielle Prozesskontrolle in Biogasanlagen durch Monitoring der Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse im Gasbereich

Der zunehmende Anteil von Strom aus erneuerbaren Energiequellen erfordert ein dynamisches Konzept, um Spitzenlastzeiten und Versorgungslücken aus der Wind- und Solarenergie ausgleichen zu können. Biogasanlagen können aufgrund ihrer hohen energetischen Verfügbarkeit und der Speicherbarkeit von Biogas eine flexible Energiebereitstellung ermöglichen und darüber hinaus über ein „Power-to-Gas“-Verfahren bei einem kurzzeitigen Überschuss von Strom eine Überlastung des Stromnetzes verhindern. Ein nachfrageorientierter Betrieb von Biogasanlagen stellt jedoch hohe Anforderungen an die Mikrobiologie im Reaktor, die sich an die häufig wechselnden Prozessbedingungen wie der Raumbelastung im Reaktor anpassen muss. Eine Überwachung des Fermentationsprozesses in Echtzeit ist daher unabdingbar, um Störungen in den mikrobiellen Gärungswegen frühzeitig erkennen und adäquat entgegenwirken zu können. rnBisherige mikrobielle Populationsanalysen beschränken sich auf aufwendige, molekularbiologische Untersuchungen des Gärsubstrates, deren Ergebnisse dem Betreiber daher nur zeitversetzt zur Verfügung stehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmalig ein Laser-Absorptionsspektrometer zur kontinuierlichen Messung der Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse des Methans an einer Forschungsbiogasanlage erprobt. Dabei konnten, in Abhängigkeit der Raumbelastung und Prozessbedingungen variierende Isotopenverhältnisse gemessen werden. Anhand von Isolaten aus dem untersuchten Reaktor konnte zunächst gezeigt werden, dass für jeden Methanogenesepfad (hydrogeno-troph, aceto¬klastisch sowie methylotroph) eine charakteristische, natürliche Isotopensignatur im Biogas nachgewiesen werden kann, sodass eine Identifizierung der aktuell dominierenden methanogenen Reaktionen anhand der Isotopen-verhältnisse im Biogas möglich ist. rnDurch den Einsatz von 13C- und 2H-isotopen¬markierten Substraten in Rein- und Mischkulturen und Batchreaktoren, sowie HPLC- und GC-Unter¬suchungen der Stoffwechselprodukte konnten einige bislang unbekannte C-Flüsse in Bioreaktoren festgestellt werden, die sich wiederum auf die gemessenen Isotopenverhältnisse im Biogas auswirken können. So konnte die Entstehung von Methanol sowie dessen mikrobieller Abbauprodukte bis zur finalen CH4-Bildung anhand von fünf Isolaten erstmalig in einer landwirtschaftlichen Biogasanlage rekonstruiert und das Vorkommen methylotropher Methanogenesewege nachgewiesen werden. Mithilfe molekularbiologischer Methoden wurden darüber hinaus methanoxidierende Bakterien zahlreicher, unbekannter Arten im Reaktor detektiert, deren Vorkommen aufgrund des geringen O2-Gehaltes in Biogasanlagen bislang nicht erwartet wurde. rnDurch die Konstruktion eines synthetischen DNA-Stranges mit den Bindesequenzen für elf spezifische Primerpaare konnte eine neue Methode etabliert werden, anhand derer eine Vielzahl mikrobieller Zielorganismen durch die Verwendung eines einheitlichen Kopienstandards in einer real-time PCR quantifiziert werden können. Eine über 70 Tage durchgeführte, wöchentliche qPCR-Analyse von Fermenterproben zeigte, dass die Isotopenverhältnisse im Biogas signifikant von der Zusammensetzung der Reaktormikrobiota beeinflusst sind. Neben den aktuell dominierenden Methanogenesewegen war es auch möglich, einige bakterielle Reaktionen wie eine syntrophe Acetatoxidation, Acetogenese oder Sulfatreduktion anhand der δ13C (CH4)-Werte zu identifizieren, sodass das hohe Potential einer kontinuierlichen Isotopenmessung zur Prozessanalytik in Biogasanlagen aufgezeigt werden konnte.rn

Eosinophils in the gastrointestinal tract: friends or foes?

Eosinophils play an important role in the mucosal immune system of the gastrointestinal tract under resting and under inflammatory conditions. Under steady-state conditions, the mucosa of the digestive tract is the only organ harboring a substantial number of eosinophils, which, if need be, get activated and exert several effector and immunoregulatory functions. The precise function of these late-phase inflammatory cells is not yet completely understood. Nevertheless, it has recently been demonstrated that lipopolysaccharides from gram-negative bacteria activate eosinophils to rapidly release mitochondrial DNA in the extracellular space. Released mitochondrial DNA and eosinophil granule proteins form extracellular structures able to bind and inactivate bacteria. These findings suggest a novel mechanism of eosinophil-mediated innate immune responses that might be important in maintaining the intestinal barrier function. Moreover, eosinophils also play a crucial role in several inflammatory conditions, such as intestinal infections, immune-mediated inflammations and hypersensitivity reactions. Under chronic inflammatory conditions, the ability of the eosinophils to induce repair can lead to pathological sequelae in the tissue, such as esophageal remodeling in eosinophilic esophagitis. It is established that the uncontrolled eosinophilic inflammation induces fibrosis, esophageal wall thickening and strictures leading to damage that results in a loss of esophageal function. One potential mechanism of this remodeling is so-called 'epithelial mesenchymal transition', which is triggered by eosinophils and is potentially reversible under successful anti-eosinophil treatment. Therefore, eosinophils may act either as friends or as foes, depending on the microenvironment.

Eosinophil extracellular DNA traps: molecular mechanisms and potential roles in disease

Eosinophil extracellular traps (EETs) are part of the innate immune response and are seen in multiple infectious, allergic, and autoimmune eosinophilic diseases. EETs are composed of a meshwork of DNA fibers and eosinophil granule proteins, such as major basic protein (MBP) and eosinophil cationic protein (ECP). Interestingly, the DNA within the EETs appears to have its origin in the mitochondria of eosinophils, which had released most their mitochondrial DNA, but were still viable, exhibiting no evidence of a reduced life span. Multiple eosinophil activation mechanisms are represented, whereby toll-like, cytokine, chemokine, and adhesion receptors can all initiate transmembrane signal transduction processes leading to the formation of EETs. One of the key signaling events required for DNA release is the activation of the NADPH oxidase. Here, we review recent progress made in the understanding the molecular mechanisms involved in DNA and granule protein release, discuss the presence of EETs in disease, speculate on their potential role(s) in pathogenesis, and compare available data on other DNA-releasing cells, particularly neutrophils.

Detection of exon deletions within an entire gene (CFTR) by relative quantification on the LightCycler

BACKGROUND: Cystic fibrosis (CF) is associated with at least 1 pathogen point sequence variant on each CFTR allele. Some symptomatic patients, however, have only 1 detectable pathogen sequence variant and carry, on the other allele, a large deletion that is not detected by conventional screening methods. METHODS: For relative quantitative real-time PCR detection of large deletions in the CFTR gene, we designed DNA-specific primers for each exon of the gene and primers for a reference gene (beta2-microglobulin). For PCR we used a LightCycler system (Roche) and calculated the gene-dosage ratio of CFTR to beta2-microglobulin. We tested the method by screening all 27 exons in 3 healthy individuals and 2 patients with only 1 pathogen sequence variant. We then performed specific deletion screenings in 10 CF patients with known large deletions and a blinded analysis in which we screened 24 individuals for large deletions by testing 8 of 27 exons. RESULTS: None of the ratios for control samples were false positive (for deletions or duplications); moreover, for all samples from patients with known large deletions, the calculated ratios for deleted exons were close to 0.5. In addition, the results from the blinded analysis demonstrated that our method can also be used for the screening of single individuals. CONCLUSIONS: The LightCycler assay allows reliable and rapid screening for large deletions in the CFTR gene and detects the copy number of all 27 exons.