Multiple Haemangiomas, Diaphragmatic Eventration and Beckwith-Wiedemann Syndrome: An Unusual Association

A 6-month-old girl with Beckwith-Wiedemann syndrome, multiple haemangiomas (axillary, laryngeal, pulmonary and hepatic) and diaphragmatic eventration was reported. All tumours responded to treatment with propranolol. The surgical correction of diaphragmatic eventration was crucial to a better outcome.

Prenatal diagnosis of Beckwith-Wiedemann syndrome by two- and three-dimensional ultrasonography

Beckwith-Wiedemann syndrome is a genetic syndrome characterized by macroglossia, omphalocele, fetal gigantism and neonatal hypoglycemia. The authors report a case of Beckwith-Wiedemann syndrome diagnosed in a 32-year-old primigravida in whom two-dimensional ultrasonography revealed the presence of abdominal wall cyst, macroglossia and polycystic kidneys. Three-dimensional ultrasonography in rendering mode was of great importance to confirm the previous two-dimensional ultrasonography findings.

Multiple genetic loci within 11p15 defined by Beckwith-Wiedemann syndrome rearrangement breakpoints and subchromosomal transferable fragments.

Beckwith-Wiedemann syndrome (BWS) involves fetal overgrowth and predisposition to a wide variety of embryonal tumors of childhood. We have previously found that BWS is genetically linked to 11p15 and that this same band shows loss of heterozygosity in the types of tumors to which children with BWS are susceptible. However, 11p15 contains > 20 megabases, and therefore, the BWS and tumor suppressor genes could be distinct. To determine the precise physical relationship between these loci, we isolated yeast artificial chromosomes, and cosmid libraries from them, within the region of loss of heterozygosity in embryonal tumors. Five germ-line balanced chromosomal rearrangement breakpoint sites from BWS patients, as well as a balanced chromosomal translocation breakpoint from a rhabdoid tumor, were isolated within a 295- to 320-kb cluster defined by a complete cosmid contig crossing these breakpoints. This breakpoint cluster terminated approximately 100 kb centromeric to the imprinted gene IGF2 and 100 kb telomeric to p57KIP2, an inhibitor of cyclin-dependent kinases, and was located within subchromosomal transferable fragments that suppressed the growth of embryonal tumor cells in genetic complementation experiments. We have identified 11 transcribed sequences in this BWS/tumor suppressor coincident region, one of which corresponded to p57KIP2. However, three additional BWS breakpoints were > 4 megabases centromeric to the other five breakpoints and were excluded from the tumor suppressor region defined by subchromosomal transferable fragments. Thus, multiple genetic loci define BWS and tumor suppression on 11p15.

Genomisches Imprinting Beckwith-Wiedemann-Syndrom assoziierter Gene

In der vorliegenden Arbeit wurde das Imprinting von Genen der Chromosomenregion 11p15.5 des Menschen und des orthologen murinen Abschnitts 7F5 untersucht. Bei der Analyse der humanen Gene H19, IGF2 und KCNQ1OT1 stand deren Regulation durch differentiell methylierte Regionen (DMR) und die Identifizierung von Methylierungsfehlern bei Patienten mit Verdacht auf Beckwith-Wiedemann Syndrom (BWS) im Vordergrund. Hierzu wurden unmethylierte Cytosinnukleotide durch Bisulfitbehandlung in Uracilnukleotide umgewandelt und PCR-amplifizierte DNA-Fragmente sequenziert. Die elterliche Herkunft der Allele wurde mit Hilfe von Einzelnukleotidpolymorphismen (SNP) bestimmt. Während in der H19-Promotorregion in Lymphozyten eine nur tendenziell allelspezifische Methylierung festgestellt werden konnte, wurde im B1-Repeat der H19/IGF2-Region in allen Kontroll- und 20 Patienten-DNAs eine spezifische Methylierung des väterlichen Allels nachgewiesen. Vier BWS-DNAs zeigten hingegen eine nahezu vollständige Hypomethylierung. In der zwe

Microduplication of the ICR2 Domain at Chromosome 11p15 and Familial Silver-Russell Syndrome

Silver-Russell syndrome (SRS) is characterized by severe intrauterine and postnatal growth retardation in association with a typical small triangular face and other variable features. Genetic and epigenetic disturbances are detected in about 50% of the patients. Most frequently, SRS is caused by altered gene expression on chromosome 11p15 due to hypomethylation of the telomeric imprinting center (ICR1) that is present in at least 40% of the patients. Maternally inherited duplications encompassing ICR1 and ICR2 domains at 11p15 were found in a few patients, and a microduplication restricted to ICR2 was described in a single SRS child. We report on a microduplication of the ICR2 domain encompassing the KCNQ1, KCNQ1OT1, and CDKN1C genes in a three-generation family: there were four instances of paternal transmissions of the microduplication from a single male uniformly resulting in normal offspring, and five maternal transmissions, via two clinically normal sisters, with all the children exhibiting SRS. This report provides confirmatory evidence that a microduplication restricted to the ICR2 domain results in SRS when maternally transmitted. (C) 2011 Wiley-Liss, Inc.

Abnormal methylation at the KvDMR1 imprinting control region in clinically normal children conceived by assisted reproductive technologies

Genomic imprinting alterations have been shown to be associated with assisted reproductive technologies (ARTs) in animals. At present, data obtained in humans are inconclusive; however, some epidemiological studies have demonstrated an increased incidence of imprinting disorders in children conceived by ARTs. In the present study, we focused on the effect of ARTs [IVF and intracytoplasmic sperm injection (ICSI)] on the epigenetic reprogramming of the maternally methylated imprinting control region KvDMR1 in clinically normal children. Qualitative and quantitative methylation at KvDMR1 were assessed by the methylation-specific PCR approach and by the methylation-sensitive enzymatic digestion associated with real-time PCR method, respectively. DNA was obtained from peripheral blood of 12/18 and umbilical cord blood and placenta of 6/18 children conceived by IVF or ICSI. The methylation patterns observed in this group were compared with the patterns observed in 30 clinically normal naturally conceived children (negative controls) and in 3 naturally conceived Beckwith-Wiedemann syndrome patients (positive controls). Hypomethylation at KvDMR1 was observed in 3/18 clinically normal children conceived by ARTs (2 conceived by IVF and 1 by ICSI). A discordant methylation pattern was observed in the three corresponding dizygotic twins. Our findings corroborate the hypothesis of vulnerability of maternal imprinting to ARTs. Furthermore, the discordant methylation at KvDMR1 observed between dizygotic twins could be consequent to one of the following possibilities: (i) a differential vulnerability of maternal imprints among different embryos; or (ii) epimutations that occurred during gametogenesis resulting in the production of oocytes without the correct primary imprint at KvDMR1.

Adrenocortical tumors in children

Childhood adrenocortical tumors (ACT) are rare. In the USA, only about 25 new cases occur each year. In Southern Brazil, however, approximately 10 times that many cases are diagnosed each year. Most cases occur in the contiguous states of São Paulo and Paraná. The cause of this higher rate has not been identified. Familial genetic predisposition to cancer (p53 mutations) and selected genetic syndromes (Beckwith-Wiedemann syndrome) have been associated with childhood ACT in general but not with the Brazilian counterpart. Most of the affected children are young girls with classic endocrine syndromes (virilizing and/or Cushing). Levels of urinary 17-ketosteroids and plasma dehydroepiandrosterone sulfate (DHEA-S), which are abnormal in approximately 90% of the cases, provide the pivotal clue to a diagnosis of ACT. Typical imaging findings of pediatric ACT consist of a large, well-defined suprarenal tumor containing calcifications with a thin capsule and central necrosis or hemorrhage. The pathologic classification of pediatric ACT is troublesome. Even an experienced pathologist can find it difficult to differentiate carcinoma from adenoma. Surgery is the single most important procedure in the successful treatment of ACT. The role of chemotherapy in the management of childhood ACT has not been established although occasional tumors are responsive to mitotane or cisplatin-containing regimens. Because of the heterogeneity and rarity of the disease, prognostic factors have been difficult to establish in pediatric ACT. Patients with incomplete tumor resection or with metastatic disease at diagnosis have a dismal prognosis. In patients with localized and completely resected tumors, the size of the tumor has predictive value. Patients with large tumors have a much higher relapse rate than those with small tumors.

Progression to Adrenocortical Tumorigenesis in Mice and Humans through Insulin-Like Growth Factor 2 and beta-Catenin

Dysregulation of the WNT and insulin-like growth factor 2 (IGF2) signaling pathways has been implicated in sporadic and syndromic forms of adrenocortical carcinoma (ACC). Abnormal beta-catenin staining and CTNNB1 mutations are reported to be common in both adrenocortical adenoma and ACC, whereas elevated IGF2 expression is associated primarily with ACC. To better understand the contribution of these pathways in the tumorigenesis of ACC, we examined clinicopathological and molecular data and used mouse models. Evaluation of adrenal tumors from 118 adult patients demonstrated an increase in CTNNB1 mutations and abnormal beta-catenin accumulation in both adrenocortical adenoma and ACC. In ACC, these features were adversely associated with survival. Mice with stabilized beta-catenin exhibited a temporal progression of increased adrenocortical hyperplasia, with subsequent microscopic and macroscopic adenoma formation. Elevated Igf2 expression alone did not cause hyperplasia. With the combination of stabilized beta-catenin and elevated Igf2 expression, adrenal glands were larger, displayed earlier onset of hyperplasia, and developed more frequent macroscopic adenomas (as well as one carcinoma). Our results are consistent with a model in which dysregulation of one pathway may result in adrenal hyperplasia, but accumulation of a second or multiple alterations is necessary for tumorigenesis. (Ant J Pathol 2012, 181:1017-1033; http://dx.doi.org/10.1016/j.ajpath.2012.05.026)

Ansatz zur Generierung einer konditionalen, reversiblen Wt1 k.o.-Maus

Ansatz zur Generierung einer konditionalen, reversiblen Wt1 k.o.-Maus Der Wilms-Tumor (WT, Nephroblastom) ist ein embryonaler Nierentumor, der durch die maligne Transformation von undifferenziertem Nierengewebe, sog. nephrogenen Resten, entsteht. WT treten mit einer Inzidenz von 1 in 10.000 Lebendgeburten auf. Das Hauptmanifestationsalter, der normalerweise einseitig und sporadisch auftretenden Tumore, liegt zwischen dem 3. und 4. Lebensjahr. Etwa 10 % der Patienten entwickeln jedoch bilaterale Tumore. In diesen Fällen ist eine Assoziation mit komplexen genetischen Krankheitsbildern (u. a. WAGR-, Denys-Drash-, Frasier- und Beckwith-Wiedemann-Syndrom) festzustellen. In 15 % der sporadischen WT sind Mutationen im WT1 (Wilms-Tumor 1)-Gen beschrieben. WT1 besteht aus zehn Exons und weist typische Merkmale von Transkriptionsfaktoren (z. B. vier Zinkfinger) auf. Zwei alternative Spleißereignisse betreffen Exon 5 (+/−Exon 5) und Exon 9 (Transkripte mit bzw. ohne die codierenden Sequenzen für die AS Lysin-Threonin-Serin; +/−KTS). Die Lage der drei alternativ vorhandenen AS zwischen den Zinkfingern 3 und 4 bestimmt die verschiedenen Funktionen der WT1-Proteine (4 Isoformen) als Transkriptionsfaktor (−KTS) bzw. als RNA-bindendes Protein (+KTS). Das zunächst im Zusammenhang mit WT als Tumorsuppressorgen identifizierte WT1 ist ein Entwicklungsgen mit einem sehr komplexen Expressionsmuster in der Embryonalentwicklung. Dabei ist v. a. die Bedeutung in der Urogenitalentwicklung entscheidend. Konstitutive, homozygote Wt1−/− k.o.-Mäuse sind embryonal (~ E12,5 dpc) letal und bilden u. a. keine Gonaden und keine Nieren. Aus diesem Grund existiert bisher kein Wilms-Tumormodell. Die Herstellung eines konditionalen murinen Tiermodells auf Basis des Tet on/off-Systems zur Untersuchung der Nierenentwicklung bzw. zur Analyse der Wilms-Tumorpathogenese war Ziel dieser Arbeit. Hierfür wurden drei Mauslinien generiert: Zwei transgene sog. Responder-Linien, die eine chimäre spleißbare Wt1-cDNA der Variante musWt1+Exon 5;+/−KTS unter der Kontrolle eines Tet-responsiven Promotors im Genom tragen. Dieses tTA/Dox-abhängig regulierbare Wt1-Transgen (tgWt1) sollte (exogen regulierbar) die Expression des endogenen Wt1-Lokus ausreichend nachahmen, um die kritischen Phasen der Embryogenese zu überwinden und lebensfähige Tiere zu erhalten. Parallel dazu wurde die Wt1-Effektor-Mauslinie (WE2) generiert. Diese trägt einen tetrazyklinabhängigen Transaktivator (tTA) zur Steuerung Tet-regulierbarer Transgene unter der Kontrolle des endogenen Wt1-Promotors. Die durch homologe Rekombination in ES-Zellen erreichte Integration des tTA direkt am Translationsstartpunkt des Wt1-Lokus hat in den Tieren einen heterozygoten Wt1 knock out/tTA knock in zur Folge. Die bisher vorgenommenen Verpaarungen doppelt transgener Wt1-tTA+/−/Resp-Mäuse ergaben keinen Rescue des letalen Wt1 k.o. und es konnten bislang keine Wilms-Tumore induziert werden. Alle im Verlauf der Arbeit generierten Mauslinien wurden umfassend charakterisiert. So konnte für die Tiere der Responder-Linien Wt1-Resp1 (mit zusätzlichen Isolator-Sequenzen zum Schutz des Transgens vor Positionseffekten) und Wt1-Resp2 (ohne Isolatoren) konnte die Tet-induzierbare Expression und die Spleißbarkeit des tgWt1 in MEF-Assays und mittels Effektor-Mäusen auf RNA-Ebene nachgewiesen werden. Die genomische Charakterisierung der WE2-Linie ergab eine ungeklärte etwa 120 kb große Inversion am Wt1-Lokus, die alle 5'-regulatorischen Sequenzen mitsamt des tTA vom Rest von Wt1 trennt. Tiere dieser Linie weisen aber dennoch einen funktionalen Wt1 k.o. auf: Unter den Nachkommen aus Intercross-Verpaarungen von Wt1-tTA+/−-Mäusen lassen sich auf Grund der Letalität keine Wt1−/−-Genotypen nachweisen. Die Charakterisierung der Effektor-Linie auf RNA-Ebene und mittels Reporter-Mäusen liefert ein Wt1-analoges tTA-Expressionsmuster: So findet man eine deutliche tTA-Expression u. a. in Niere (Glomeruli), Uterus, Ovar und Testis. Die hier vorgestellten Experimente ergeben darüber hinaus eindeutige Hinweise einer Beteiligung von Wt1 in der Entstehung der glatten Muskulatur bzw. in der Vaskulogenese.

Imprinting of the gene encoding a human cyclin-dependent kinase inhibitor, p57KIP2, on chromosome 11p15.

Parental origin-specific alterations of chromosome 11p15 in human cancer suggest the involvement of one or more maternally expressed imprinted genes involved in embryonal tumor suppression and the cancer-predisposing Beckwith-Wiedemann syndrome (BWS). The gene encoding cyclin-dependent kinase inhibitor p57KIP2, whose overexpression causes G1 phase arrest, was recently cloned and mapped to this band. We find that the p57KIP2 gene is imprinted, with preferential expression of the maternal allele. However, the imprint is not absolute, as the paternal allele is also expressed at low levels in most tissues, and at levels comparable to the maternal allele in fetal brain and some embryonal tumors. The biochemical function, chromosomal location, and imprinting of the p57KIP2 gene match the properties predicted for a tumor suppressor gene at 11p15.5. However, as the p57KIP2 gene is 500 kb centromeric to the gene encoding insulin-like growth factor 2, it is likely to be part of a large domain containing other imprinted genes. Thus, loss of heterozygosity or loss of imprinting might simultaneously affect several genes at this locus that together contribute to tumor and/or growth- suppressing functions that are disrupted in BWS and embryonal tumors.

Investigação de mecanismos genéticos e epigenéticos em distúrbios do crescimento humano

Parcela considerável de pacientes com distúrbios de crescimento não têm a causa de seus quadros clínicos estabelecida, incluindo aproximadamente 50% dos pacientes com diagnóstico clínico de síndrome de Silver−Russell (SRS) e 10-20% dos pacientes com síndrome de Beckwith-Wiedemann (BWS). O objetivo deste estudo foi investigar as causas genéticas e epigenéticas de distúrbios de crescimento, de etiologia desconhecida, numa contribuição para o entendimento de mecanismos que regulam o crescimento. O estudo compreendeu: (1) a investigação de microdesequilíbrios cromossômicos, por aCGH; (2) a análise do perfil de expressão alelo-específica de genes sujeitos a imprinting (IG), por pirossequenciamento (PSQ) ou sequenciamento de Sanger; (3) a investigação do padrão de metilação global em pacientes com restrição de crescimento, utilizando microarray de metilação. A casuística constituiu-se de 41 pacientes não aparentados, com distúrbios de crescimento, de etiologia desconhecida: (1) 25, com hipótese diagnóstica de SRS; (2) seis, com restrição de crescimento intrauterino e peso ao nascimento abaixo do 10º percentil, associados a outros sinais clínicos; (3) sete, com hipótese diagnóstica de BWS; e (4) três, com macrossomia pré-natal ou pós-natal, associada a outros sinais. A investigação de microdesequilíbrios cromossômicos foi realizada em 40 pacientes. Foram detectadas 58 variantes raras em 30/40 pacientes (75%): 40 foram consideradas provavelmente benignas (18 pacientes, 45%), 12, com efeito patogênico desconhecido (11 pacientes, 27,5%), duas, provavelmente patogênicas (um paciente, 2,5%) e quatro, patogênicas (três pacientes, 7,5%). Essas frequências são comparáveis àquelas descritas em estudos que investigaram CNV em grupos de pacientes com distúrbios de crescimento e outras alterações congênitas, incluindo SRS, e mostram a importância da investigação de microdesequilíbrios cromossômicos nesses pacientes. A diversidade dos microdesequilíbrios cromossômicos identificados é reflexo da heterogeneidade clínica das casuísticas. Neste estudo, muitos dos pacientes com hipótese diagnóstica de SRS e BWS apresentavam sinais clínicos atípicos, explicando a ausência neles das alterações (epi)genéticas que causam essas síndromes. A identificação de CNV características de outras síndromes reflete a sobreposição de sinais clínicos com BWS e SRS. A análise do perfil de expressão alelo-específica de IG foi realizada em um subgrupo de 18 pacientes com restrição de crescimento. Trinta IG com função em proliferação celular, crescimento fetal ou neurodesenvolvimento foram inicialmente selecionados. Após seleção de SNP transcritos com alta frequência na população, genotipagem de pacientes, genitores e indivíduos controle, determinação da expressão dos IG em sangue periférico e seu padrão de expressão (mono ou bialélico), 13 IG, expressos no sangue, tiveram a expressão alelo-específica avaliada, sete deles por PSQ e seis por sequenciamento de Sanger. Alterações no perfil de expressão de dois genes, de expressão normalmente paterna, foram detectadas em 4/18 pacientes (22%). Este estudo é o primeiro a utilizar pirossequenciamento e sequenciamento de Sanger na avaliação do perfil de expressão alelo-específica de IG, em pacientes com restrição de crescimento. Apesar de terem limitações, ambas as técnicas mostraram-se robustas e revelaram alterações de expressão alélica interessantes; entretanto, a relação dessas alterações com o quadro clínico dos pacientes permanece por esclarecer. A investigação da metilação global do DNA foi realizada em subgrupo de 21 pacientes com restrição de crescimento e em 24 indivíduos controle. Dois tipos de análise foram realizados: (1) análise diferencial de grupo e (2) análise diferencial individual. Na primeira análise, em que foi comparado o padrão de metilação do grupo de pacientes com quadro clínico sugestivo de SRS (n=16) com o do grupo controle (n=24), não houve indicação de hipo ou hipermetilação global no grupo SRS. Na segunda análise, foi comparado o padrão de metilação de cada um dos 21 pacientes com restrição de crescimento e dos 24 indivíduos controle, com o padrão de metilação do grupo controle. O número médio de CpG hipermetilados e de segmentos diferencialmente metilados (SDM) foi significativamente maior nos pacientes. Foram identificados 82 SDM hipermetilados, estando 57 associados a gene(s) (69,5%), em 16 pacientes, e 51 SDM hipometilados, 41 deles associados a gene(s) (80,4%), em 10 pacientes. A análise de ontologia genética dos 61 genes associados aos SDM hipo ou hipermetilados nos pacientes destacou genes que atuam no desenvolvimento e na morfogênese do sistema esquelético e de órgãos fetais, e na regulação da transcrição gênica e de processos metabólicos. Alterações de metilação em genes que atuam em processos de proliferação e diferenciação celulares e crescimento foram identificadas em 9/20 dos pacientes (45%), sugerindo implicação clínica. Não foi detectada alteração epigenética comum aos pacientes com diagnóstico clínico de SRS, explicável provavelmente pela heterogeneidade clínica. A investigação de metilação global, utilizando microarray, produziu novos dados que podem contribuir para a compreensão de mecanismos moleculares que influenciam o crescimento pré- e pós-natal. Na translocação aparentemente equilibrada - t(5;6)(q35.2;p22.3)dn, detectada em paciente com suspeita clínica de SRS, a interrupção de um gene, pela quebra no cromossomo 6, pode ser a causa do quadro clínico; alternativamente, a translocação pode ter impactado a regulação de genes de desenvolvimento localizados próximos aos pontos de quebra. A análise de expressão em sangue periférico mostrou que os níveis de cDNA do gene, interrompido pelo ponto de quebra da translocação, estavam reduzidos à metade. Além de sinais típicos da SRS, a paciente apresentava algumas características clínicas sugestivas de displasia cleidocraniana. Assim, a translocação t(5;6) pode ter alterado a interação de genes de desenvolvimento e seus elementos reguladores, levando à desregulação de sua expressão espaço-temporal, e resultando num fenótipo atípico, com características sobrepostas de mais de uma síndrome genética

Der Einfluss assistierter Reproduktionstechniken auf die epigenetische Reprogrammierung in der fruehen Embryogenese und Gametogenese im Mausmodell

Seit der Geburt von Louise J. Brown (1978) als erstem künstlich erzeugtem Kind hat sich die Nachfrage nach assistierten Reproduktionstechniken (ART) stark erhöht. Der Anteil der nach In-vitro-Fertilisation (IVF) oder Intrazytoplasmatischer Spermieninjektion (ICSI) geborenen Kinder macht mittlerweile abhängig vom betrachteten Industrieland zwischen 1-4% an der Gesamtgeburtenzahl aus. In zahlreichen Studien korreliert eine erhöhte Prävalenz für seltene Imprinting-Erkrankungen, wie z.B. Beckwith-Wiedemann oder Angelman-Syndrom, mit der Geburt nach assistierten Reproduktionstechniken. Es ist bekannt, dass die medizinischen Interventionen zur Behandlung von Sub- und Infertilität in sehr sensitive Phasen der epigenetischen Reprogrammierung des Embryos und der Keimzellen eingreifen. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob die ovarielle Stimulation einen Einfluss auf die epigenetische Integrität von geprägten Genen in murinen Präimplantationsembryonen hat. Die in diesem Zusammenhang entwickelte digitale Bisulfitpyrosequenzierung gewährleistet die Analyse der DNA-Methylierung auf Einzelallelebene durch eine adäquate Verdünnung der Probe im Vorfeld der PCR. Die ovarielle Induktion führte zu einem erhöhten Rate an Epimutationen des paternalen H19-Allels, sowie des maternalen Snrpn-Allels. Zudem konnte festgestellt werden, dass die Expression von drei potentiellen Reprogrammierungsgenen (Apex1, Polb, Mbd3) in Embryonen aus hormonell stimulierten Muttertieren dereguliert ist. Whole-Mount Immunfluoreszenzfärbungen für APEX1 korrelierten dessen differentielle Genexpression mit dem Proteinlevel. Anzeichen früher apoptotischer Vorgänge äußerten sich in Embryonen aus hormonell induzierten Muttertieren in der hohen Rate an Embryonen, die keines der drei Transkripte exprimierten oder weniger APEX1-positive Blastomeren aufwiesen.In einer weiteren Fragestellung wurde untersucht, ob die Kryokonservierung muriner Spermatozoen den epigenetischen Status geprägter Gene in den Keimzellen beeinflusst. Die Analyse von F1-Zweizellembryonen, die durch IVF mit den jeweiligen Spermatozoen eines Männchens generiert wurden, diente der Aufklärung möglicher paternaler Transmissionen. Insgesamt konnten keine signifikanten Auswirkungen der Kryokonservierung auf den epigenetischen Status in Spermatozoen und F1-Embryonen ermittelt werden.

Imprinted gene expression in in vivo- and in vitro-produced bovine embryos and chorio-allantoic membranes

Cloning by nuclear transfer is often associated with poor results due to abnormal nuclear reprogramming of somatic donor cells and altered gene expression patterns. We investigated the expression patterns of imprinted genes IGF2 and IGF2R in 33- to 36-day bovine embryos and chorio-allantoic membranes derived from in vivo- and in vitro-produced embryos by somatic cell nuclear transfer (SCNT), parthenogenetic activation, and in vitro fertilization (IVF). There was a lower IGF2 expression rate in the SCNT (0.19) and parthenogenetic (0.02) groups when compared to in vivo and IVF embryos (2.01; P < 0.05). In the chorio-allantoic membranes, IGF2 showed a baseline expression pattern (P < 0.05) in parthenotes (0.001) when compared to in vivo, IVF (3.13), and SCNT (0.98) groups. IGF2R was less expressed (P < 0.05) in SCNT chorio-allantoic membranes (0.25) when compared to the in vivo group. The low expression of IGF2 in parthenogenetic embryos and chorio-allantoic membranes confirms its imprinted status in cattle. Alterations in the relative frequency of IGF2 and IGF2R transcripts were observed in SCNT-derived bovine embryos and chorioallantoic membranes, respectively, supporting the hypothesis that abnormalities in the expression of imprinted genes are causes of the low efficiency of SCNT procedures in this species.

Kaiso und CTCF regulieren geprägte Gene in cis und in trans

Geprägte Gene besitzen die Besonderheit, dass sie jeweils nur von einem Allel exprimiert werden und in der Regel in Imprinting Clustern (ICs) im Genom vorliegen. Bei der Regulation in solchen ICs spielen differentiell methylierte Imprinting Kontrollregionen (ICRs) und dort stattfindende Proteinbindungen eine wichtige Rolle. Die essentielle Bedeutung der CTCF-Bindung an die ICR1 in 11p15.5 für die Expressionsregulation der geprägten Gene H19 und IGF2 ist bereits bekannt. In der vorliegenden Arbeit sollte die Bindung von Kaiso an die unmethylierte ICR1 bei humanen Zellen mit maternaler uniparentaler Disomie von 11p15 (upd(11p15)mat) nachgewiesen und die genaue Bindungsverteilung von Kaiso und CTCF in den B-Repeats der Kontrollregion bestimmt werden. Cis-regulatorische und chromosomenübergreifende transkriptionelle Effekte der ICR1-Proteinbindungen sollten dann durch qPCR-Analysen geprägter Gene bei Zellen mit maternaler und paternaler upd(11p15) und nach siRNA-basierter Herunterregulation der beiden Proteine in Zellen mit upd(11p15)mat analysiert werden. In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass Kaiso an die unmethylierte ICR1 bindet. Dabei kann zumindest von einer Bindestellennutzung in der distalen ICR1-Hälfte ausgegangen werden. Für CTCF hingegen wurde eine Nutzung aller analysierten Repeats in beiden ICR1-Hälften gefunden. In der maternalen bzw. paternalen upd(11p15) entspricht die Expression der 11p15.5-Gene IGF2, H19, CDKN1C und KCNQ1OT1 dem jeweiligen Disomie-Status. Von den nicht auf Chromosom 11 gelegenen geprägten Genen zeigen MEST und PLAGL1 bei Zellen mit upd(11p15)pat sowie PEG3 und GRB10 bei der upd(11p15)mat eine stärkere Expression. Ein CTCF-knockdown in Zellen mit upd(11p15)mat führt zur IGF2-Expressionssteigerung. Dies tritt in noch stärkerem Maße beim knockdown von Kaiso auf, wobei hier zusätzlich eine gesteigerte Expression von H19 vorliegt. Des Weiteren findet man beim CTCF-knockdown einen MEST-Expressionsanstieg und beim Kaiso-knockdown gesteigerte Expressionen der Gene PEG3, GRB10 und PLAGL1. Damit lassen sich sowohl eigenständige cis-regulatorische Effekte der ICR1-Bindung beider Proteine auf geprägte Gene des IC1 als auch chromosomenübergreifende Effekte erkennen. Vor allem die starken H19-Expressionsanstiege beim Kaiso-knockdown treten korrelierend mit Veränderungen von geprägten Genen anderer Chromosomen auf. Damit unterstützen die Daten die Theorie, dass die Expressionsregulation geprägter Gene koordiniert in einer Art Netzwerk stattfinden könnte und dabei bestimmte Faktoren wie H19 und PLAGL1 eine übergeordnete Regulatorfunktion besitzen, wie es in Vergangenheit in der Maus beschrieben wurde. Die Expressionsanalysen von PLAGL1 und MEST deuten darüber hinaus durch ihre tendenziell übereinstimmenden Werte bei der paternalen upd mit hypermethylierter ICR1 und den knockdowns auf die Existenz von Chromatin-Interaktionen zwischen der ICR1 und Abschnitten auf den Chromosomen 6 und 7 hin, ggf. mit einem entsprechenden lokalen Effekt der Proteine in diesen Loci. Proteinbindungen an die maternale ICR1 scheinen damit sowohl cis-regulatorisch die Transkription der geprägten Gene IGF2 und H19 zu beeinflussen als auch durch die H19-Expression ein funktionelles Netzwerk geprägter Gene als trans-Faktor zu regulieren und für Interaktionen zwischen verschiedenen Chromosomen mit transkriptionsregulierender Wirkung verantwortlich zu sein.