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.

Der Einfluss einer wildtypischen SOD1-Untereinheit auf Konformation und Stabilität mutanter SOD1-Heterodimere

Die Erkrankung Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist gekennzeichnet durch eine progressive Degeneration der Motoneurone. Die hierdurch im Patienten hervorgerufene fortschreitende Paralyse kann von wenigen Wochen über Monate bis zu mehreren Jahren variieren. Im Durchschnitt beträgt die Krankheitsdauer 3 - 5 Jahre. Häufig führt respiratorische Insuffizienz letztendlich zum Tod des Patienten. ALS ist bis heute unheilbar. Etwa 10 % aller ALS Fälle zeigen einen familiären Hintergrund. Hiervon werden ~20 % durch Mutationen im Gen des antioxidativen Enzyms CuZnSuperoxiddismutase (SOD1) verursacht. Mehr als 150 Mutationen im Gen der SOD1 wurden bisher als Auslöser der ALS beschrieben. Durch die Mutation erlangen SOD1 Proteine zusätzliche, bisher jedoch unbekannte toxische Eigenschaften. Ein dismutaseaktives SOD1 Enzym setzt sich aus zwei SOD1 Untereinheiten zusammen. Aufgrund der autosomal dominanten Vererbung der Krankheit kann ein SOD1 Dimer im Patienten als wildtypisches Homodimer (SOD1WT‑WT), als mutantes Homodimer (SOD1mut‑mut) oder als Heterodimer (SOD1mut-WT) vorliegen. In dieser Arbeit wurden SOD1 Dimere untersucht, deren Untereinheiten kovalent miteinander verbunden waren. Es konnte gezeigt werden, dass sich die biochemischen und biophysikalischen Eigenschaften mutanter SOD1 Heterodimere von mutanten SOD1 Homodimeren mit der gleichen Mutation unterschieden. Mutante SOD1 Heterodimere wiesen eine höhere Resistenz gegen einen Abbau durch Proteinase K auf als ihre korrespondierenden Homodimere. Des Weiteren verminderte eine wildtypische Untereinheit die Interaktion der Heterodimere mit Antikörpern gegen fehlgefaltete SOD1. Die Sekundärstruktur der mutanten SOD1 Heterodimere unterschied sich hierbei nicht auffällig von der Sekundärstruktur ihrer zugehörigen Homodimere. Eine wildtypische Untereinheit verändert somit möglicherweise die Tertiärstruktur seiner kovalent gebundenen mutanten SOD1 Untereinheit und/oder die Konformation des gesamten Dimerproteins. Durch die Mutation bedingte Missfaltungen werden hierdurch reduziert, die Stabilität des Dimers gegenüber proteolytischem Abbau erhöht. Nach der Aufreinigung der Dimerproteine wies das mutanten SOD1 Heterodimer diese Eigenschaften nicht mehr auf. Ein potentieller Interaktionspartner, der eine verminderte Fehlfaltung des Heterodimers oder eine verstärkte Missfaltung des Homodimers fördert, könnte hierbei während der Aufreinigungsprozedur verlorengegangen sein. Die hier nachgewiesene Konformationsänderung könnte über einen Prionen-ähnlichen Effekt übertragen werden und die erhöhte Stabilität das mutante, toxische Protein vor Degradation schützen. Dies korreliert mit der Beobachtung früherer Studien, in denen nachgewiesen wurde, dass mutante SOD1 Heterodimere potentiell toxischer sind als ihre korrespondierenden Homodimere.

Der Einfluss von Chemotherapeutika mit Hypoxie-induzierbarer Faktor (HIF)-modulierendem Potential sowie eines Verlustes des HIF-Regulators von Hippel-Lindau (VHL) auf den Phänotyp und die Funktion dendritischer Zellen

Der Transkriptionsfaktor Hypoxie-induzierbarer Faktor (HIF) gibt dem Organismus die Möglichkeit, sich auf zellulärer Ebene an unterschiedliche Sauerstoffverhältnisse anzupassen. Vor allem Tumorzellen weisen aufgrund ihres ungeregelten Wachstums und der daraus resultierenden unzureichenden Durchblutung (hypoxisches Milieu) eine erhöhte HIF-Expression auf. Die erhöhte HIF-Expression stellt somit ein interessantes Ziel in der Tumortherapie dar. Dendritische Zellen (DCs) besitzen eine bedeutende Rolle in der Generierung und Modulierung von Antitumor-Immunantworten. Aus diesem Grund ist es überaus wichtig zu wissen, welche Effekte Antitumor-Agenzien, im Besonderen HIF-Inhibitoren, auf DCs und somit auch auf die Generierung von adäquaten Immunantworten besitzen.rnIm ersten Teil dieser Arbeit wurde aus diesem Grund der Einfluss der Antitumor-Agenzien Geldanamycin (GA) und Topotecan (TPT) auf den Phänotyp und die Funktion von DCs untersucht. Hierfür wurden Monozyten aus humanen, mononukleären, peripheren Blutzellen isoliert und unter DC-differenzierenden Konditionen kultiviert. Diese immaturen monozytenabgeleiteten DCs (Mo-DCs) wurden mithilfe eines Reifungscocktails ausgereift. Die Applikation der Antitumor-Agenzien erfolgte während der Differenzierungs- bzw. Ausreifungsphase. Abhängig vom Reifungsgrad der Mo-DCs konnte ein differentieller Einfluss von GA bzw. TPT auf die DC-Aktivierung beobachtet werden. Eine Behandlung von unstimulierten Mo-DCs mit GA resultierte in einer partiellen DC-Aktivierung basierend auf einem noch unbekannten Mechanismus. Ebenso führte eine Behandlung von unstimulierten Mo-DCs mit TPT zu einer funktionellen Aktivierung der DCs, die mit einer vermehrten AKT-Expression korrelierte. Die jeweilige Koapplikation der Antitumor-Agenzien mit dem DC-Reifungscocktail führte zu einer reduzierten DC-Aktivierung, die sich in einer verminderten NF-κB-Aktivierung, einer verringerten Oberflächenexpression der getesteten kostimulatorischen Moleküle, einer verringerten Migrationsfähigkeit und einem reduzierten Zellstimulierungspotential widerspiegelte.rnDie autosomal dominant vererbte Tumorerkrankung von Hippel-Lindau (VHL) wird häufig durch genetische Mutationen des als HIF-Negativregulator fungierenden VHL-Gens hervorgerufen. Patienten, die an dem VHL-Syndrom erkrankt sind, weisen oft benigne oder maligne Tumore und Zysten in den verschiedensten Organsystemen auf. Wie schon zuvor erwähnt, besitzen DCs eine essentielle Rolle in der Initiierung und Aufrechterhaltung von Antitumor-Immunantworten. Deshalb wurde im zweiten Abschnitt der vorliegenden Arbeit untersucht, inwieweit ein partieller Verlust von VHL Auswirkungen auf die Ausprägung desrnPhänotyps und der Funktion von DCs hat. Mittels Cre/lox-Technologie wurden transgene Mäuse mit einem heterozygoten Verlust von Exon 1 bzw. Exon 2 des VHL-Gens generiert. Aus diesen Mäusen wurden Knochenmarkszellen isoliert und unter DC-differenzierenden Konditionen kultiviert. Die immaturen knochenmarkabgeleiteten DCs (BM-DCs) wurden mit LPS ausgereift. Weder der heterozygote Verlust von Exon 1 noch von Exon 2 des VHL-Gens bewirkte eine Veränderung der Oberflächenmarkerexpression, der in vitro-Migrations- undrnEndozytosekapazität, sowie der allogenen T-Zellstimulierungskapazität. Allerdings zeigten Mäuse mit einem partiellen Verlust von Exon 2 im Vergleich zu Kontrollmäusen nach Immunisierung und Provokation mit dem Modellallergen OVA eine verminderte Atemwegshyperreaktion, die möglicherweise auf die beobachtete Abnahme der Migrationsfähigkeit in vivo und die verminderte OVA-spezifische T-Zellstimulierungskapazität der DCs zurückzuführen ist.

Growth hormone (GH) deficiency type II: a novel GH-1 gene mutation (GH-R178H) affecting secretion and action

Context and Objective: Main features of the autosomal dominant form of GH deficiency (IGHD II) include markedly reduced secretion of GH combined with low concentrations of IGF-I leading to short stature. Design, Setting, and Patients: A female patient presented with short stature (height -6.0 sd score) and a delayed bone age of 2 yr at the chronological age of 5 yr. Later, at the age of 9 yr, GHD was confirmed by standard GH provocation test, which revealed subnormal concentrations of GH and a very low IGF-I. Genetic analysis of the GH-1 gene revealed the presence of a heterozygous R178H mutation. Interventions and Results: AtT-20 cells coexpressing both wt-GH and GH-R178H showed a reduced GH secretion after forskolin stimulation compared with the cells expressing only wt-GH, supporting the diagnosis of IGHD II. Because reduced GH concentrations found in the circulation of our untreated patient could not totally explain her severe short stature, functional characterization of the GH-R178H performed by studies of GH receptor binding and activation of the Janus kinase-2/signal transducer and activator of transcription-5 pathway revealed a reduced binding affinity of GH-R178H for GH receptor and signaling compared with the wt-GH. Conclusion: This is the first report of a patient suffering from short stature caused by a GH-1 gene alteration affecting not only GH secretion (IGHD II) but also GH binding and signaling, highlighting the necessity of functional analysis of any GH variant, even in the alleged situation of IGHD II.

Growth hormone (GH)-releasing hormone increases the expression of the dominant-negative GH isoform in cases of isolated GH deficiency due to GH splice-site mutations

An autosomal dominant form of isolated GH deficiency (IGHD II) can result from heterozygous splice site mutations that weaken recognition of exon 3 leading to aberrant splicing of GH-1 transcripts and production of a dominant-negative 17.5-kDa GH isoform. Previous studies suggested that the extent of missplicing varies with different mutations and the level of GH expression and/or secretion. To study this, wt-hGH and/or different hGH-splice site mutants (GH-IVS+2, GH-IVS+6, GH-ISE+28) were transfected in rat pituitary cells expressing human GHRH receptor (GC-GHRHR). Upon GHRH stimulation, GC-GHRHR cells coexpressing wt-hGH and each of the mutants displayed reduced hGH secretion and intracellular GH content when compared with cells expressing only wt-hGH, confirming the dominant-negative effect of 17.5-kDa isoform on the secretion of 22-kDa GH. Furthermore, increased amount of 17.5-kDa isoform produced after GHRH stimulation in cells expressing GH-splice site mutants reduced production of endogenous rat GH, which was not observed after GHRH-induced increase in wt-hGH. In conclusion, our results support the hypothesis that after GHRH stimulation, the severity of IGHD II depends on the position of splice site mutation leading to the production of increasing amounts of 17.5-kDa protein, which reduces the storage and secretion of wt-GH in the most severely affected cases. Due to the absence of GH and IGF-I-negative feedback in IGHD II, a chronic up-regulation of GHRH would lead to an increased stimulatory drive to somatotrophs to produce more 17.5-kDa GH from the severest mutant alleles, thereby accelerating autodestruction of somatotrophs in a vicious cycle.

ABCA4 and ROM1: Implications for modification of the PRPH2-associated macular dystrophy phenotype

To identify the causative mutation leading to autosomal dominant macular dystrophy, cone dystrophy, and cone-rod dystrophy in a five-generation family and to explain the high intrafamilial phenotypic variation by identifying possible modifier genes.

Inherited cavernous malformations of the central nervous system: clinical and genetic features in 19 Swiss families

Cavernous malformations (CCMs) are benign, well-circumscribed, and mulberry-like vascular malformations that may be found in the central nervous system in up to 0.5% of the population. Cavernous malformations can be sporadic or inherited. The common symptoms are epilepsy, hemorrhages, focal neurological deficits, and headaches. However, CCMs are often asymptomatic. The familiar form is associated with three gene loci, namely 7q21-q22 (CCM1), 7p13-p15 (CCM2), and 3q25.2-q27 (CCM3) and is inherited as an autosomal dominant trait with incomplete penetrance. The CCM genes are identified as Krit 1 (CCM1), MGC4607 (CCM2), and PDCD10 (CCM3). Here, we present the clinical and genetic features of CCMs in 19 Swiss families. Furthermore, surgical aspects in such families are also discussed.

Brain metabolite composition in relation to cognitive function and dystrophin mutations in boys with Duchenne muscular dystrophy

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a hereditary X-linked recessive disorder affecting the synthesis of dystrophin, a protein essential for structural stability in muscle. Dystrophin also occurs in the central nervous system, particularly in the neocortex, hippocampus and cerebellum. Quantitative metabolic analysis by localized (1) H MRS was performed in the cerebellum (12 patients and 15 controls) and a temporo-parietal location (eight patients and 15 controls) in patients with DMD and healthy controls to investigate possible metabolic differences. In addition, the site of individual mutations on the dystrophin gene was analyzed and neuropsychological cognitive functions were examined. Cognitive deficits in the patient group were found in line with earlier investigations, mainly concerning verbal short-term memory, visuo-spatial long-term memory and verbal fluency, but also the full-scale IQ. Causal mutations were identified in all patients with DMD. Quantitative MRS showed consistent choline deficits, in both cerebellar white matter and temporo-parietal cortex, as well as small, but significant, metabolic abnormalities for glutamate and total N-acetyl compounds in the temporo-parietal region. Compartment water analysis did not reveal any abnormalities. In healthy subjects, choline levels were age related in the cerebellum. The choline deficit contrasts with earlier findings in DMD, where a surplus of choline was postulated for the cerebellum. In patients, total N-acetyl compounds in the temporo-parietal region were related to verbal IQ and verbal short-term memory. However, choline, the putative main metabolic abnormality, was not found to be associated with cognitive deficits. Furthermore, in contrast with the cognitive performance, the metabolic brain composition did not depend significantly on whether or not gene mutations concerned the expression of the dystrophin isoform Dp140, leading to the conclusion that the effect of the missing Dp140 isoform on cognitive performance is not mediated through the observed metabolite composition, or is caused by local effects beyond the resolution accessible to MRS investigations.

Uromodulin is expressed in renal primary cilia and UMOD mutations result in decreased ciliary uromodulin expression

Uromodulin (UMOD) mutations are responsible for three autosomal dominant tubulo-interstitial nephropathies including medullary cystic kidney disease type 2 (MCKD2), familial juvenile hyperuricemic nephropathy and glomerulocystic kidney disease. Symptoms include renal salt wasting, hyperuricemia, gout, hypertension and end-stage renal disease. MCKD is part of the 'nephronophthisis-MCKD complex', a group of cystic kidney diseases. Both disorders have an indistinguishable histology and renal cysts are observed in either. For most genes mutated in cystic kidney disease, their proteins are expressed in the primary cilia/basal body complex. We identified seven novel UMOD mutations and were interested if UMOD protein was expressed in the primary renal cilia of human renal biopsies and if mutant UMOD would show a different expression pattern compared with that seen in control individuals. We demonstrate that UMOD is expressed in the primary cilia of renal tubules, using immunofluorescent studies in human kidney biopsy samples. The number of UMOD-positive primary cilia in UMOD patients is significantly decreased when compared with control samples. Additional immunofluorescence studies confirm ciliary expression of UMOD in cell culture. Ciliary expression of UMOD is also confirmed by electron microscopy. UMOD localization at the mitotic spindle poles and colocalization with other ciliary proteins such as nephrocystin-1 and kinesin family member 3A is demonstrated. Our data add UMOD to the group of proteins expressed in primary cilia, where mutations of the gene lead to cystic kidney disease.

Mapping of a new locus for congenital anomalies of the kidney and urinary tract on chromosome 8q24

Congenital anomalies of the kidney and urinary tract (CAKUT) account for the majority of end-stage renal disease in children (50%). Previous studies have mapped autosomal dominant loci for CAKUT. We here report a genome-wide search for linkage in a large pedigree of Somalian descent containing eight affected individuals with a non-syndromic form of CAKUT.

The ocular motor features of adult-onset alexander disease: a case and review of the literature

A 51-year-old Chinese man presented with gaze-evoked nystagmus, impaired smooth pursuit and vestibular ocular reflex cancellation, and saccadic dysmetria, along with a family history suggestive of late-onset autosomal dominant parkinsonism. MRI revealed abnormalities of the medulla and cervical spinal cord typical of adult-onset Alexander disease, and genetic testing showed homozygosity for the p.D295N polymorphic allele in the gene encoding the glial fibrillary acidic protein. A review of the literature shows that ocular signs are frequent in adult-onset Alexander disease, most commonly gaze-evoked nystagmus, pendular nystagmus, and/or oculopalatal myoclonus, and less commonly ptosis, miosis, and saccadic dysmetria. These signs are consistent with the propensity of adult-onset Alexander disease to cause medullary abnormalities on neuroimaging.

Hemizygous deletion of COL3A1, COL5A2, and MSTN causes a complex phenotype with aortic dissection: a lesson for and from true haploinsufficiency

Aortic dilatation/dissection (AD) can occur spontaneously or in association with genetic syndromes, such as Marfan syndrome (MFS; caused by FBN1 mutations), MFS type 2 and Loeys-Dietz syndrome (associated with TGFBR1/TGFBR2 mutations), and Ehlers-Danlos syndrome (EDS) vascular type (caused by COL3A1 mutations). Although mutations in FBN1 and TGFBR1/TGFBR2 account for the majority of AD cases referred to us for molecular genetic testing, we have obtained negative results for these genes in a large cohort of AD patients, suggesting the involvement of additional genes or acquired factors. In this study we assessed the effect of COL3A1 deletions/duplications in this cohort. Multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA) analysis of 100 unrelated patients identified one hemizygous deletion of the entire COL3A1 gene. Subsequent microarray analyses and sequencing of breakpoints revealed the deletion size of 3,408,306 bp at 2q32.1q32.3. This deletion affects not only COL3A1 but also 21 other known genes (GULP1, DIRC1, COL5A2, WDR75, SLC40A1, ASNSD1, ANKAR, OSGEPL1, ORMDL1, LOC100129592, PMS1, MSTN, C2orf88, HIBCH, INPP1, MFSD6, TMEM194B, NAB1, GLS, STAT1, and STAT4), mutations in three of which (COL5A2, SLC40A1, and MSTN) have also been associated with an autosomal dominant disorder (EDS classical type, hemochromatosis type 4, and muscle hypertrophy). Physical and laboratory examinations revealed that true haploinsufficiency of COL3A1, COL5A2, and MSTN, but not that of SLC40A1, leads to a clinical phenotype. Our data not only emphasize the impact/role of COL3A1 in AD patients but also extend the molecular etiology of several disorders by providing hitherto unreported evidence for true haploinsufficiency of the underlying gene.

Isolated GH deficiency type II: knockdown of the harmful Delta3GH recovers wt-GH secretion in rat tumor pituitary cells

Isolated GH deficiency type II (IGHD II) is the autosomal dominant form of GHD. In the majority of the cases, this disorder is due to specific GH-1 gene mutations that lead to mRNA missplicing and subsequent loss of exon 3 sequences. When misspliced RNA is translated, it produces a toxic 17.5-kDa GH (Delta3GH) isoform that reduces the accumulation and secretion of wild-type-GH. At present, patients suffering from this type of disease are treated with daily injections of recombinant human GH in order to maintain normal growth. However, this type of replacement therapy does not prevent toxic effects of the Delta3GH mutant on the pituitary gland, which can eventually lead to other hormonal deficiencies. We developed a strategy involving Delta3GH isoform knockdown mediated by expression of a microRNA-30-adapted short hairpin RNA (shRNA) specifically targeting the Delta3GH mRNA of human (shRNAmir-Delta3). Rat pituitary tumor GC cells expressing Delta3GH upon doxycycline induction were transduced with shRNAmir-Delta3 lentiviral vectors, which significantly reduced Delta3GH protein levels and improved human wild-type-GH secretion in comparison with a shRNAmir targeting a scrambled sequence. No toxicity due to shRNAmir expression could be observed in cell proliferation assays. Confocal microscopy strongly suggested that shRNAmir-Delta3 enabled the recovery of GH granule storage and secretory capacity. These viral vectors have shown their ability to stably integrate, express shRNAmir, and rescue IGHD II phenotype in rat pituitary tumor GC cells, a methodology that opens new perspectives for the development of gene therapy to treat IGHD patients.

Genome-wide association study in German patients with attention deficit/hyperactivity disorder

The heritability of attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) is approximately 0.8. Despite several larger scale attempts, genome-wide association studies (GWAS) have not led to the identification of significant results. We performed a GWAS based on 495 German young patients with ADHD (according to DSM-IV criteria; Human660W-Quadv1; Illumina, San Diego, CA) and on 1,300 population-based adult controls (HumanHap550v3; Illumina). Some genes neighboring the single nucleotide polymorphisms (SNPs) with the lowest P-values (best P-value: 8.38 × 10(-7)) have potential relevance for ADHD (e.g., glutamate receptor, metabotropic 5 gene, GRM5). After quality control, the 30 independent SNPs with the lowest P-values (P-values ≤ 7.57 × 10(-5) ) were chosen for confirmation. Genotyping of these SNPs in up to 320 independent German families comprising at least one child with ADHD revealed directionally consistent effect-size point estimates for 19 (10 not consistent) of the SNPs. In silico analyses of the 30 SNPs in the largest meta-analysis so far (2,064 trios, 896 cases, and 2,455 controls) revealed directionally consistent effect-size point estimates for 16 SNPs (11 not consistent). None of the combined analyses revealed a genome-wide significant result. SNPs in previously described autosomal candidate genes did not show significantly lower P-values compared to SNPs within random sets of genes of the same size. We did not find genome-wide significant results in a GWAS of German children with ADHD compared to controls. The second best SNP is located in an intron of GRM5, a gene located within a recently described region with an infrequent copy number variation in patients with ADHD.

Induction of p38, tumour necrosis factor-α and RANTES by mechanical stretching of keratinocytes expressing mutant keratin 10R156H

Epidermolytic hyperkeratosis (bullous congenital ichthyosiform erythroderma), characterized by ichthyotic, rippled hyperkeratosis, erythroderma and skin blistering, is a rare autosomal dominant disease caused by mutations in keratin 1 or keratin 10 (K10) genes. A severe phenotype is caused by a missense mutation in a highly conserved arginine residue at position 156 (R156) in K10.