Bioinformatische, genomweite Analyse genexpressionsregulierender Faktoren in Lebergewebe

Für eine Reihe einzelner genetischer Faktoren und Promotorelemente wurde in der Vergangenheit eine Regulation der Genexpression in der Leber (und auch in anderen Geweben) gezeigt. Mit der Verfügbarkeit des gesamten humanen Genoms sowie dessen Expressionsdaten in großen Microarray- und SAGE-Datenbanken bietet sich die Möglichkeit, solche Regulationsmechanismen in großem, genomweitem Maßstab zu untersuchen. Dabei geht diese Arbeit der Frage nach, ob es übergeordnete, eine Expression speziell in der Leber fördernde oder hemmende Faktoren gibt oder ob jedes Gen von einer unabhängigen Kombination von Faktoren reguliert wird, in dessen Summe die Expression des individuellen Gens in der Leber am stärksten ist. Sollten sich übergeordnete, eine Expression in der Leber stimulierende Faktoren finden, wären diese interessant für die Entwicklung neuer Behandlungskonzepte bei Lebererkrankungen. Zur Untersuchung dieser Fragestellung wurden aus einem Affymetrix Microarray Datenset für 12 Gewebe die Expressiondaten von insgesamt jeweils 15.472 Genen extrahiert. In einem zweiten Schritt wurden zusätzlich die Promotorsequenzen der einzelnen zugehörigen Gene, definiert als eine 1000 bp Region upstream des Transkriptionsstarts, in dieselbe Datenbank abgelegt. Die Promotorsequenzen wurden über den PromotorScan-Algorithmus analysiert. Auf diese Weise wurden Transkriptionsfaktorbindungsstellen auf 7042 der Promotoren identifiziert. Es fand sich eine Gesamtzahl von 241.984 Transkriptionsfaktorbindungsstellen. Anhand der Microarray-Expressionsdaten wurde die Gesamtgruppe der verfügbaren Gene und Promotoren in zwei Gruppen unterteilt, nämlich in die Gruppe der Gene, deren Expression in der Leber deutlich am höchsten gefunden wurde und in die Gruppe der Gene, die in anderen Geweben am höchsten exprimiert waren. Jeder potentiell bindende Transkriptionsfaktor wurde auf unterschiedliches Vorkommen in diesen beiden Gruppen hin untersucht. Dies geschah unter der Vorstellung, dass übergeordnete Faktoren, die eine Expression in der Leber stimulieren in der Gruppe der Gene, die in der Leber am höchsten exprimiert sind, verhältnismäßig wesentlich häufiger zu finden sein könnten. Eine solches häufigeres Vorkommen ließ sich jedoch für keinen einzigen Faktor nachweisen. Transkriptionsfaktorbindungsstellen sind typischerweise zwischen 5 und 15 bp lang. Um auszuschließen, dass mit dem verwendeten PromotorScan-Algorithmus Transkriptionsfaktorbindungsstellen, die bisher nicht bekannt sind, nicht übersehen wurden, wurden die Häufigkeit sämtlicher möglicher 8 bp (48) und 10 bp (410) Nukleotid-Kombinationen in diesen Promotoren untersucht. Biologisch relevante Unterschiede fanden sich zwischen den beiden Gruppen nicht. In gleicher Weise wurde auch die Bedeutung von TATA-Boxen untersucht. TATA-Boxen kommt bei der Transkriptionsinitiierung eine wichtige Rolle zu, indem über sie die Bindung des initialen Transkriptionskomplexes vermittelt wird. Insgesamt 1033 TATA-Boxen wurden ebenfalls mittels PromotorScan vorausgesagt. Dabei waren 57 auf Promotoren von Genen, die in der Leber überexprimiert waren und 976 auf Promotoren von Genen, die in anderen Geweben überexprimiert waren. Der Vergleich dieser beiden Gruppen ließ keine signifikant unterschiedliche Häufigkeit an TATA-Boxen erkennen. Im weiteren wurde die Bedeutung von CpG-Islands für eine potentiell differentielle Regulation untersucht. Insgesamt wurden 8742 CpG-Islands in einem Bereich von bis zu 5 kb upstream des Transkriptionsstarts identifiziert, 364 davon auf Promotoren von Genen, die am höchsten in der Leber exprimiert waren, 8378 auf Promotoren von Genen, die in anderen Geweben am höchsten exprimiert waren. Signifikante Unterschiede in der Verteilung von CpG-Islands auf Promotoren dieser beiden Gengruppen ließen sich nicht nachweisen. Schließlich wurden die RNA- und Proteinsequenzen des Transkriptoms und Proteoms hinsichtlich ihrer Zusammensetzung aus einzelnen Nukleotiden bzw. Aminosäuren analysiert. Auch hierbei fanden sich keine signifikanten Unterschiede in der Verteilung zwischen beiden Gengruppen. Die Zusammenschau der Ergebnisse zeigt, dass die Regulation der einzelnen Gene im Lebergewebe im wesentlichen individuell erfolgt. Im Rahmen der vorgelegten bioinformatischen Analysen fanden sich keine übergeordneten genetischen „Leberfaktoren“, die speziell eine Expression von Genen in der Leber stimulieren. Neue therapeutische Ansätze, die auf eine Regulation der Genexpression in der Leber zielen, werden somit auch weiterhin auf die Beeinflussung individueller Gene fokussiert bleiben.

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.

Análise da espessura cortical no cortex visual de pacientes com a doença neuro-degenerativa de Leber

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Ciências de Engenharia Biomédica

Leber Congenital Amaurosis: Comprehensive Survey of the Genetic Heterogeneity, Refinement of the Clinical Definition, and Genotype-Phenotype Correlations as a Strategy for Molecular Diagnosis

Leber congenital amaurosis (LCA) is the earliest and most severe form of all inherited retinal dystrophies, responsible for congenital blindness. Disease-associated mutations have been hitherto reported in seven genes. These genes are all expressed preferentially in the photoreceptor cells or the retinal pigment epithelium but they are involved in strikingly different physiologic pathways resulting in an unforeseeable physiopathologic variety. This wide genetic and physiologic heterogeneity that could largely increase in the coming years, hinders the molecular diagnosis in LCA patients. The genotyping is, however, required to establish genetically defined subgroups of patients ready for therapy. Here, we report a comprehensive mutational analysis of the all known genes in 179 unrelated LCA patients, including 52 familial and 127 sporadic (27/127 consanguineous) cases. Mutations were identified in 47.5% patients. GUCY2D appeared to account for most LCA cases of our series (21.2%), followed by CRB1 (10%), RPE65 (6.1%), RPGRIP1 (4.5%), AIPL1 (3.4%), TULP1 (1.7%), and CRX (0.6%). The clinical history of all patients with mutations was carefully revisited to search for phenotype variations. Sound genotype-phenotype correlations were found that allowed us to divide patients into two main groups. The first one includes patients whose symptoms fit the traditional definition of LCA, i.e., congenital or very early cone-rod dystrophy, while the second group gathers patients affected with severe yet progressive rod-cone dystrophy. Besides, objective ophthalmologic data allowed us to subdivide each group into two subtypes. Based on these findings, we have drawn decisional flowcharts directing the molecular analysis of LCA genes in a given case. These flowcharts will hopefully lighten the heavy task of genotyping new patients but only if one has access to the most precise clinical history since birth.

Akustisches Diskriminierungslernen bei der Mongolischen Wüstenrennmaus : Proteinsyntheseabhängigkeit und Veränderungen der Genexpression im Hörkortex

Gerbil auditory cortex, long-term memory, protein synthesis inhibitor gene expression

Einfluss einer fokalen Ischämie auf die Genexpression des somatostatinergen Systems und die sst2-Rezeptoraktivierung im Gehirn der Ratte

Somatostatin, cortistatin, focal cerebral ischemia, immunohistochemistry and internalization

Leber's hereditary optic neuropathy (LHON) : involvement of mitochondrial permeability transition in the pathogenesis and protective actions of minocycline

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2008

Charakterisierung von Kartoffelpflanzen mit reduzierter THT-Genexpression

Diese Masterarbeit wurde im Verlauf des Sommersemesters 2014 am Leibniz Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle angefertigt. Gegenstand dabei war die Charakterisierung von Kartoffelpflanzen (Solanum tuberosum cv Désirée), welche durch RNA-Interferenz reduzierte Mengen der Tyramin-Hydroxyzimtsäure-Transferase (THT) besaßen. Durch Southern- und Northern-Blot-Analysen wurden die korrekte Insertion als auch der RNAi-Effekt überprüft und bestätigt. Infizierte Blätter und die dazugehörenden Infektionstropfen wurden in Methanol gelöst und massenspektrometrisch nachgewiesen. Darauf aufbauend wurde das Wachstum von Phytophthora infestans auf transformierten Linien untersucht, wobei dessen Biomasse nach 3-tägiger Infektion durch qPCR bestimmt wurde. Während der Betreuung der transformierten Linien in Sterilkultur wurde ein Phänotyp ersichtlich. Nach Dokumentation der äußeren Erscheinungen und nach Prüfung auf Einfluss von Pathogenen, wurden diese Pflanzen für Knollenversuche im Gewächshaus ausgepflanzt und analysiert. Zuletzt wurde die Sequenz von THT analysiert und kloniert, woraufhin drei Fragmente generiert wurden, welche für weitere Versuche genutzt werden können.

1H Magnetresonanzspektroskopie der gesunden Leber und von malignen Leberläsionen bei 3.0 Tesla

Magdeburg, Univ., Med. Fak., Diss., 2015

Altered expression of beta-galactosidase-1-like protein 3 (Glb1l3) in the retinal pigment epithelium (RPE)-specific 65-kDa protein knockout mouse model of Leber's congenital amaurosis

Purpose: In this study, we investigated the expression of the gene encoding beta-galactosidase (Glb)-1-like protein 3 (Glb1l3), a member of the glycosyl hydrolase 35 family, during retinal degeneration in the retinal pigment epithelium (RPE)-specific 65-kDa protein knockout (Rpe65(-/-)) mouse model of Leber congenital amaurosis (LCA). Additionally, we assessed the expression of the other members of this protein family, including beta-galactosidase-1 (Glb1), beta-galactosidase-1-like (Glb1l), and beta-galactosidase-1-like protein 2 (Glb1l2).Methods: The structural features of Glb1l3 were assessed using bioinformatic tools. mRNA expression of Glb-related genes was investigated by oligonucleotide microarray, real-time PCR, and reverse transcription (RT) -PCR. The localized expression of Glb1l3 was assessed by combined in situ hybridization and immunohistochemistry.Results: Glb1l3 was the only Glb-related member strongly downregulated in Rpe65(-/-) retinas before the onset and during progression of the disease. Glb1l3 mRNA was only expressed in the retinal layers and the RPE/choroid. The other Glb-related genes were ubiquitously expressed in different ocular tissues, including the cornea and lens. In the healthy retina, expression of Glb1l3 was strongly induced during postnatal retinal development; age-related increased expression persisted during adulthood and aging.Conclusions: These data highlight early-onset downregulation of Glb1l3 in Rpe65-related disease. They further indicate that impaired expression of Glb1l3 is mostly due to the absence of the chromophore 11-cis retinal, suggesting that Rpe65 deficiency may have many metabolic consequences in the underlying neuroretina.