High sensitivity analysis of BRAF mutations in neoplastic and non-neoplastic thyroid lesions

The clonal distribution of BRAFV600E in papillary thyroid carcinoma (PTC) has been recently debated. No information is currently available about precursor lesions of PTCs. My first aim was to establish whether the BRAFV600E mutation occurs as a subclonal event in PTCs. My second aim was to screen BRAF mutations in histologically benign tissue of cases with BRAFV600E or BRAFwt PTCs in order to identify putative precursor lesions of PTCs. Highly sensitive semi-quantitative methods were used: Allele Specific LNA quantitative PCR (ASLNAqPCR) and 454 Next-Generation Sequencing (NGS). For the first aim 155 consecutive formalin-fixed and paraffin-embedded (FFPE) specimens of PTCs were analyzed. The percentage of mutated cells obtained was normalized to the estimated number of neoplastic cells. Three groups of tumors were identified: a first had a percentage of BRAF mutated neoplastic cells > 80%; a second group showed a number of BRAF mutated neoplastic cells < 30%; a third group had a distribution of BRAFV600E between 30-80%. The large presence of BRAFV600E mutated neoplastic cell sub-populations suggests that BRAFV600E may be acquired early during tumorigenesis: therefore, BRAFV600E can be heterogeneously distributed in PTC. For the second aim, two groups were studied: one consisted of 20 cases with BRAFV600E mutated PTC, the other of 9 BRAFwt PTCs. Seventy-five and 23 histologically benign FFPE thyroid specimens were analyzed from the BRAFV600E mutated and BRAFwt PTC groups, respectively. The screening of BRAF mutations identified BRAFV600E in “atypical” cell foci from both groups of patients. “Unusual” BRAF substitutions were observed in histologically benign thyroid associated with BRAFV600E PTCs. These mutations were very uncommon in the group with BRAFwt PTCs and in BRAFV600E PTCs. Therefore, lesions carrying BRAF mutations may represent “abortive” attempts at cancer development: only BRAFV600E boosts neoplastic transformation to PTC. BRAFV600E mutated “atypical foci” may represent precursor lesions of BRAFV600E mutated PTCs.

Genexpressionsanalyse der fötalen Wachstumsfuge des Rindes

Erkrankungen des Skelettapparats wie beispielsweise die Osteoporose oder Arthrose gehören neben den Herz-Kreislauferkrankungen und Tumoren zu den Häufigsten Erkrankungen des Menschen. Ein besseres Verständnis der Bildung und des Erhalts von Knochen- oder Knorpelgewebe ist deshalb von besonderer Bedeutung. Viele bisherige Ansätze zur Identifizierung hierfür relevanter Gene, deren Produkte und Interaktionen beruhen auf der Untersuchung pathologischer Situationen. Daher ist die Funktion vieler Gene nur im Zusammenhang mit Krankheiten beschrieben. Untersuchungen, die die Genaktivität bei der Normalentwicklung von knochen- und knorpelbildenden Geweben zum Ziel haben, sind dagegen weit weniger oft durchgeführt worden. rnEines der entwicklungsphysiologisch interessantesten Gewebe ist die Epiphysenfuge der Röhrenknochen. In dieser sogenannten Wachstumsfuge ist insbesondere beim fötalen Gewebe eine sehr hohe Aktivität derjenigen Gene zu erwarten, die an der Knochen- und Knorpelbildung beteiligt sind. In der vorliegenden Arbeit wurde daher aus der Epiphysenfuge von Kälberknochen RNA isoliert und eine cDNA-Bibliothek konstruiert. Von dieser wurden ca. 4000 Klone im Rahmen eines klassischen EST-Projekts sequenziert. Durch die Analyse konnte ein ungefähr 900 Gene umfassendes Expressionsprofil erstellt werden und viele Transkripte für Komponenten der regulatorischen und strukturbildenden Bestandteile der Knochen- und Knorpelentwicklung identifiziert werden. Neben den typischen Genen für Komponenten der Knochenentwicklung sind auch deutlich Bestandteile für embryonale Entwicklungsprozesse vertreten. Zu ersten gehören in erster Linie die Kollagene, allen voran Kollagen II alpha 1, das mit Abstand höchst exprimierte Gen in der fötalen Wachstumsfuge. Nach den ribosomalen Proteinen stellen die Kollagene mit ca. 10 % aller auswertbaren Sequenzen die zweitgrößte Gengruppe im erstellten Expressionsprofil dar. Proteoglykane und andere niedrig exprimierte regulatorische Elemente, wie Transkriptionsfaktoren, konnten im EST-Projekt aufgrund der geringen Abdeckung nur in sehr geringer Kopienzahl gefunden werden. Allerdings förderte die EST-Analyse mehrere interessante, bisher nicht bekannte Transkripte zutage, die detaillierter untersucht wurden. Dazu gehören Transkripte die, die dem LOC618319 zugeordnet werden konnten. Neben den bisher beschriebenen drei Exonbereichen konnte ein weiteres Exon im 3‘-UTR identifiziert werden. Im abgeleiteten Protein, das mindestens 121 AS lang ist, wurden ein Signalpeptid und eine Transmembrandomäne nachgewiesen. In Verbindung mit einer möglichen Glykosylierung ist das Genprodukt in die Gruppe der Proteoglykane einzuordnen. Leicht abweichend von den typischen Strukturen knochen- und knorpelspezifischer Proteoglykane ist eine mögliche Funktion dieses Genprodukts bei der Interaktion mit Integrinen und der Zell-Zellinteraktion, aber auch bei der Signaltransduktion denkbar. rnDie EST-Sequenzierungen von ca. 4000 cDNA-Klonen können aber in der Regel nur einen Bruchteil der möglichen Transkripte des untersuchten Gewebes abdecken. Mit den neuen Sequenziertechnologien des „Next Generation Sequencing“ bestehen völlig neue Möglichkeiten, komplette Transkriptome mit sehr hoher Abdeckung zu sequenzieren und zu analysieren. Zur Unterstützung der EST-Daten und zur deutlichen Verbreiterung der Datenbasis wurde das Transkriptom der bovinen fötalen Wachstumsfuge sowohl mit Hilfe der Roche-454/FLX- als auch der Illumina-Solexa-Technologie sequenziert. Bei der Auswertung der ca. 40000 454- und 75 Millionen Illumina-Sequenzen wurden Verfahren zur allgemeinen Handhabung, der Qualitätskontrolle, dem „Clustern“, der Annotation und quantitativen Auswertung von großen Mengen an Sequenzdaten etabliert. Beim Vergleich der Hochdurchsatz Blast-Analysen im klassischen „Read-Count“-Ansatz mit dem erstellten EST-Expressionsprofil konnten gute Überstimmungen gezeigt werden. Abweichungen zwischen den einzelnen Methoden konnten nicht in allen Fällen methodisch erklärt werden. In einigen Fällen sind Korrelationen zwischen Transkriptlänge und „Read“-Verteilung zu erkennen. Obwohl schon simple Methoden wie die Normierung auf RPKM („reads per kilo base transkript per million mappable reads“) eine Verbesserung der Interpretation ermöglichen, konnten messtechnisch durch die Art der Sequenzierung bedingte systematische Fehler nicht immer ausgeräumt werden. Besonders wichtig ist daher die geeignete Normalisierung der Daten beim Vergleich verschieden generierter Datensätze. rnDie hier diskutierten Ergebnisse aus den verschiedenen Analysen zeigen die neuen Sequenziertechnologien als gute Ergänzung und potentiellen Ersatz für etablierte Methoden zur Genexpressionsanalyse.rn

Metodi innovativi per il sequenziamento di acidi nucleici

Analisi dello sviluppo delle recenti metodologie di sequenziamento di acidi nucleici, con particolare attenzione a NGS e metodi high-throughput sequencing.

Populationsgenetik kupfer- und bronzezeitlicher Bevölkerungen der osteuropäischen Steppe

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

Populationsgenetik eisenzeitlicher Reiternomaden der Eurasischen Steppe

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

Interfering with the connection between the nucleus and the cytoskeleton affects nuclear rotation, mechanotransduction and myogenesis

Mechanical stress controls a broad range of cellular functions. The cytoskeleton is physically connected to the extracellular matrix via integrin receptors, and to the nuclear lamina by the LINC complex that spans both nuclear membranes. We asked here how disruption of this direct link from the cytoskeleton to nuclear chromatin affects mechanotransduction. Fibroblasts grown on flexible silicone membranes reacted to cyclic stretch by nuclear rotation. This rotation was abolished by inhibition of actomyosin contraction as well as by overexpression of dominant-negative versions of nesprin or sun proteins that form the LINC complex. In an in vitro model of muscle differentiation, cyclic strain inhibits differentiation and induces proliferation of C2C12 myoblasts. Interference with the LINC complex in these cells abrogated their stretch-induced proliferation, while stretch increased p38 MAPK and NFkappaB phosphorylation and the transcript levels of myogenic transcription factors MyoD and myogenin. We found that the physical link from the cytoskeleton to the nuclear lamina is crucial for correct mechanotransduction, and that disruption of the LINC complex perturbs the mechanical control of cell differentiation.

Religion and assisted and non-assisted suicide in Switzerland: National Cohort Study

Background In the 19th century, eminent French sociologist Emile Durkheim found suicide rates to be higher in the Protestant compared with the Catholic cantons of Switzerland. We examined religious affiliation and suicide in modern Switzerland, where assisted suicide is legal. Methods The 2000 census records of 1 722 456 (46.0%) Catholics, 1 565 452 (41.8%) Protestants and 454 397 (12.2%) individuals with no affiliation were linked to mortality records up to December 2005. The association between religious affiliation and suicide, with the Protestant faith serving as the reference category, was examined in Cox regression models. Hazard ratios (HRs) with 95% confidence intervals (CIs) were adjusted for age, marital status, education, type of household, language and degree of urbanization. Results Suicide rates per 100 000 inhabitants were 19.7 in Catholics (1664 suicides), 28.5 in Protestants (2158 suicides) and 39.0 in those with no affiliation (882 suicides). Associations with religion were modified by age and gender (P < 0.0001). Compared with Protestant men aged 35–64 years, HRs (95% CI) for all suicides were 0.80 (0.73–0.88) in Catholic men and 1.09 (0.98–1.22) in men with no affiliation; and 0.60 (0.53–0.67) and 1.96 (1.69–2.27), respectively, in men aged 65–94 years. Corresponding HRs in women aged 35–64 years were 0.90 (0.80–1.03) and 1.46 (1.25–1.72); and 0.67 (0.59–0.77) and 2.63 (2.22–3.12) in women aged 65–94 years. The association was strongest for suicides by poisoning in the 65–94-year-old age group, the majority of which was assisted: HRs were 0.45 (0.35–0.59) for Catholic men and 3.01 (2.37–3.82) for men with no affiliation; 0.44 (0.36–0.55) for Catholic women and 3.14 (2.51–3.94) for women with no affiliation. Conclusions In Switzerland, the protective effect of a religious affiliation appears to be stronger in Catholics than in Protestants, stronger in older than in younger people, stronger in women than in men, and particularly strong for assisted suicides.

Iterative Reconstruction Algorithm for Abdominal Multidetector CT at Different Tube Voltages: Assessment of Diagnostic Accuracy, Image Quality, and Radiation Dose in a Phantom Study

To assess the diagnostic accuracy, image quality, and radiation dose of an iterative reconstruction algorithm compared with a filtered back projection (FBP) algorithm for abdominal computed tomography (CT) at different tube voltages.

Stress and Strain Adaptation in Load-Dependent Remodeling of the Embryonic Left Ventricle

Altered pressure in the developing left ventricle (LV) results in altered morphology and tissue material properties. Mechanical stress and strain may play a role in the regulating process. This study showed that confocal microscopy, three-dimensional reconstruction, and finite element analysis can provide a detailed model of stress and strain in the trabeculated embryonic heart. The method was used to test the hypothesis that end-diastolic strains are normalized after altered loading of the LV during the stages of trabecular compaction and chamber formation. Stage-29 chick LVs subjected to pressure overload and underload at stage 21 were reconstructed with full trabecular morphology from confocal images and analyzed with finite element techniques. Measured material properties and intraventricular pressures were specified in the models. The results show volume-weighted end-diastolic von Mises stress and strain averaging 50–82% higher in the trabecular tissue than in the compact wall. The volume-weighted-average stresses for the entire LV were 115, 64, and 147Pa in control, underloaded, and overloaded models, while strains were 11, 7, and 4%; thus, neither was normalized in a volume-weighted sense. Localized epicardial strains at mid-longitudinal level were similar among the three groups and to strains measured from high-resolution ultrasound images. Sensitivity analysis showed changes in material properties are more significant than changes in geometry in the overloaded strain adaptation, although resulting stress was similar in both types of adaptation. These results emphasize the importance of appropriate metrics and the role of trabecular tissue in evaluating the evolution of stress and strain in relation to pressure-induced adaptation.

16S rRNA terminal restriction fragment length polymorphism for the characterization of the nasopharyngeal microbiota

A novel non-culture based 16S rRNA Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism (T-RFLP) method using the restriction enzymes Tsp509I and Hpy166II was developed for the characterization of the nasopharyngeal microbiota and validated using recently published 454 pyrosequencing data. 16S rRNA gene T-RFLP for 153 clinical nasopharyngeal samples from infants with acute otitis media (AOM) revealed 5 Tsp509I and 6 Hpy166II terminal fragments (TFs) with a prevalence of >10%. Cloning and sequencing identified all TFs with a prevalence >6% allowing a sufficient description of bacterial community changes for the most important bacterial taxa. The conjugated 7-valent pneumococcal polysaccharide vaccine (PCV-7) and prior antibiotic exposure had significant effects on the bacterial composition in an additive main effects and multiplicative interaction model (AMMI) in concordance with the 16S rRNA 454 pyrosequencing data. In addition, the presented T-RFLP method is able to discriminate S. pneumoniae from other members of the Mitis group of streptococci, which therefore allows the identification of one of the most important human respiratory tract pathogens. This is usually not achieved by current high throughput sequencing protocols. In conclusion, the presented 16S rRNA gene T-RFLP method is a highly robust, easy to handle and a cheap alternative to the computationally demanding next-generation sequencing analysis. In case a lot of nasopharyngeal samples have to be characterized, it is suggested to first perform 16S rRNA T-RFLP and only use next generation sequencing if the T-RFLP nasopharyngeal patterns differ or show unknown TFs.