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.

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 der ersten Bauern Mitteleuropas

Die vorliegende Dissertation ist eine molekulargenetische Studie an humanem neolithischem Skelettmaterial. Im zentralen Blickpunkt stand die Bestimmung der Variabilität der mitochondrialen Haplogruppen einer frühneolithischen Stichprobe aus drei unterschiedlichen Kulturkreisen, welche die Linearbandkeramik (LBK und AVK), die Körös-Kultur und eine Sammelkategorie osteuropäischer spätmeso- und frühneolithischer Kulturen umfasste. Im Vergleich dieser Gruppen untereinander sowie mit Rezentdaten moderner Populationen aus vergleichbaren Gebieten Mittel- und Osteuropas sowie dem Nahen Osten sollten bestehende Modelle und Hypothesen zur Neolithisierung Mitteleuropas geprüft werden. Insgesamt konnte für 43 neolithische Individuen aus 16 Fundorten der reproduzierbare Nachweis endogener DNA erbracht werden. Eine eindeutige Haplogruppenbestimmung konnte durch die Sequenzierung vier überlappender Fragmente der mitochondrialen Hypervariablen Region I sowie durch RFLP-Analyse zusätzlicher charakteristischer Nukleotidpositionen für alle 43 Individuen durchgeführt werden. Die neolithischen Individuen der Linearbandkeramik sowie der Körös-Kultur zeigten eine hohe Diversität an bekannten europäischen Haplogruppen, wohingegen die kleinere Stichprobe aus dem Gebiet Osteuropas eine auffällige Homogenität aufwies. Neben Frequenzunterschieden zur modernen mitteleuropäischen Bevölkerung war innerhalb der LBK/AVK-Stichprobe eine hohe Frequenz der Haplogruppe N1a festzustellen, welche nicht in den beiden anderen neolithischen Stichproben zu finden war und auch in der heutigen Rezentbevölkerung Eurasiens und Nordafrikas nur mit einer durchschnittlichen Frequenz von 0,2% vertreten ist. Innerhalb der Individuen der Körös-Kultur fanden sich zwei Haplotypen, welche heute nicht in Europa bekannt sind, dagegen jedoch in Süd- bzw. Nordostasien gehäuft vorkommen. Die Ergebnisse der aDNA-Analysen bestätigten im Wesentlichen das komplexe Bild der Neolithischen Transition in Mitteleuropa und konnten die, für diesen Raum postulierte, Hypothese der leap frog colonization weitestgehend unterstützen. Auch für den geographischen Vergleichsraum des nördlichen Osteuropa konnten Parallelen zur etablierten Sichtweise der archäologischen Forschung zu diesem Gebiet und den vorliegenden Ergebnissen der aDNA-Analysen aufgezeigt werden. Die zeitlich verzögerte Annahme der neolithischen Lebensweise im waldreichen nördlichen Osteuropa spiegelt sich in der reduzierten Diversität an mtDNA-Haplogruppen wider. Die vorliegende Dissertation konnte nicht nur durch die Ergebnisse der Haplogruppen-Bestimmung, sondern vor allem durch die umfangreichen und elaborierten Reproduktions- und Authentifizierungprotokolle deutlich machen, dass der Nachweis von humaner alter DNA trotz der allgegenwärtigen, methodenimmanenten Kontaminationsgefahr unter streng kontrollierten Bedingungen möglich ist. Gleichermaßen konnte veranschaulicht werden, dass die aDNA-Analyse wertvolle Hinweise auf das genetische status quo einer Population liefern kann, welche nicht bzw. nur in sehr eingeschränkten Maße von rezenten DNA-Daten abgeleitet werden können. Als sekundäres Ergebnis erlaubte der bislang größte vorliegende Datensatz von ~2500 Klonsequenzen zudem einen detaillierten Einblick in Häufigkeiten und Verteilungsmuster von post mortem Sequenzveränderungen. Es konnten für den mitochondrialen Bereich der Nukleotidpositionen 15997-16409 so genannte hot bzw. cold spots definiert werden, welche für die Auswertung und Interpretation von zukünftigen Sequenzierungen der Hypervariablen Region I des mt-Genoms von entscheidender Bedeutung sein werden.

RNA non-codificanti indotti da danno al DNA regolano il fattore di trascrizione HIF-1α

Recenti analisi sull’intero trascrittoma hanno rivelato una estensiva trascrizione di RNA non codificanti (ncRNA), le quali funzioni sono tuttavia in gran parte sconosciute. In questo lavoro è stato dimostrato che alte dosi di camptotecina (CPT), un farmaco antitumorale inibitore della Top1, aumentano la trascrizione di due ncRNA antisenso in 5’ e 3’ (5'aHIF-1α e 3'aHIF-1α rispettivamente) al locus genico di HIF-1α e diminuiscono i livelli dell’mRNA di HIF-1α stesso. Gli effetti del trattamento sono Top1-dipendenti, mentre non dipendono dal danno al DNA alla forca di replicazione o dai checkpoint attivati dal danno al DNA. I ncRNA vengono attivati in risposta a diversi tipi di stress, il 5'aHIF-1α è lungo circa 10 kb e possiede sia il CAP in 5’ sia poliadenilazione in 3’ (in letteratura è noto che il 3'aHIF-1α è un trascritto di 1,7 kb, senza 5’CAP né poliadenilazione). Analisi di localizzazione intracellulare hanno dimostrato che entrambi sono trascritti nucleari. In particolare 5'aHIF-1α co-localizza con proteine del complesso del poro nucleare, suggerendo un suo possibile ruolo come mediatore degli scambi della membrana nucleare. È stata dimostrata inoltre la trascrizione dei due ncRNA in tessuti di tumore umano del rene, evidenziandone possibili ruoli nello sviluppo del cancro. È anche noto in letteratura che basse dosi di CPT in condizioni di ipossia diminuiscono i livelli di proteina di HIF-1α. Dopo aver dimostrato su diverse linee cellulari che i due ncRNA sopracitati non potessero essere implicati in tale effetto, abbiamo studiato le variazioni dell’intero miRnoma alle nuove condizioni sperimentali. In tal modo abbiamo scoperto che il miR-X sembra essere il mediatore molecolare dell’abbattimento di HIF-1α dopo trattamento con basse dosi di CPT in ipossia. Complessivamente, questi risultati suggeriscono che il fattore di trascrizione HIF-1α venga finemente regolato da RNA non-codificanti indotti da danno al DNA.

Ceramic membranes for separation of proteins and DNA by in situ growth of alumina nanofibres with a nanomesh of metal oxide nanofibres

Ceramic membranes were fabricated by in situ synthesis of alumina nanofibres in the pores of an alumina support as a separation layer, and exhibited a high permeation selectivity for bovine serum albumin relative to bovine hemoglobin (over 60 times) and can effectively retain DNA molecules at high fluxes.

Synchronous fluorescence and UV–vis spectroscopic studies of interactions between the tetracycline antibiotic, aluminium ions and DNA with the aid of the Methylene Blue dye probe

Synchronous fluorescence spectroscopy (SFS) was applied for the investigation of interactions of the antibiotic, tetracycline (TC), with DNA in the presence of aluminium ions (Al3+). The study was facilitated by the use of the Methylene Blue (MB) dye probe, and the interpretation of the spectral data with the aid of the chemometrics method, parallel factor analysis (PARAFAC). Three-way synchronous fluorescence analysis extracted the important optimum constant wavelength differences, Δλ, and showed that for the TC–Al3+–DNA, TC–Al3+ and MB dye systems, the associated Δλ values were different (Δλ = 80, 75 and 30 nm, respectively). Subsequent PARAFAC analysis demonstrated the extraction of the equilibrium concentration profiles for the TC–Al3+, TC–Al3+–DNA and MB probe systems. This information is unobtainable by conventional means of data interpretation. The results indicated that the MB dye interacted with the TC–Al3+–DNA surface complex, presumably via a reaction intermediate, TC–Al3+–DNA–MB, leading to the displacement of the TC–Al3+ by the incoming MB dye probe.

Enhancement of DNA repair using topical T4 endonuclease V does not inhibit melanoma formation in Cdk4R24C/R24C/Tyr-NrasQ61K mice following neonatal UVR

To further investigate the use of DNA repair-enhancing agents for skin cancer prevention, we treated Cdk4R24C/R24C/NrasQ61K mice topically with the T4 endonuclease V DNA repair enzyme (known as Dimericine) immediately prior to neonatal ultraviolet radiation (UVR) exposure, which has a powerful effect in exacerbating melanoma development in the mouse model. Dimericine has been shown to reduce the incidence of basal-cell and squamous cell carcinoma. Unexpectedly, we saw no difference in penetrance or age of onset of melanoma after neonatal UVR between Dimericine-treated and control animals, although the drug reduced DNA damage and cellular proliferation in the skin. Interestingly, epidermal melanocytes removed cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) more efficiently than surrounding keratinocytes. Our study indicates that neonatal UVR-initiated melanomas may be driven by mechanisms other than solely that of a large CPD load and/or their inefficient repair. This is further suggestive of different mechanisms by which UVR may enhance the transformation of keratinocytes and melanocytes.

Discrepancies between metabolic activity and DNA content as tool to assess cell proliferation in cancer research

Cell proliferation is a critical and frequently studied feature of molecular biology in cancer research. Therefore, various assays are available using different strategies to measure cell proliferation. Metabolic assays such as AlamarBlue, WST-1, and MTT, which were originally developed to determine cell toxicity, are being used to assess cell numbers. Additionally, proliferative activity can be determined by quantification of DNA content using fluorophores, such as CyQuant and PicoGreen. Referring to data published in high ranking cancer journals, 945 publications applied these assays over the past 14 years to examine the proliferative behaviour of diverse cell types. Within this study, mainly metabolic assays were used to quantify changes in cell growth yet these assays may not accurately reflect cellular proliferation rates due to a miscorrelation of metabolic activity and cell number. Testing this hypothesis, we compared metabolic activity of different cell types, human cancer cells and primary cells, over a time period of 4 days using AlamarBlue and fluorometric assays CyQuant and PicoGreen to determine their DNA content. Our results show certain discrepancies in terms of over-estimation of cell proliferation with respect to the metabolic assay in comparison to DNA binding fluorophores.

Human papillomavirus DNA detected in peripheral blood samples from healthy Australian male blood donors

Recent studies have shown that human papillomavirus (HPV) DNA can be found in circulating blood, including peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), sera, plasma, and arterial cord blood. In light of these findings, DNA extracted from PBMCs from healthy blood donors were examined in order to determine how common HPV DNA is in blood of healthy individuals. Blood samples were collected from 180 healthy male blood donors (18-76 years old) through the Australian Red Cross Blood Services. Genomic DNA was extracted and specimens were tested for HPV DNA by PCR using a broad range primer pair. Positive samples were HPV-type determined by cloning and sequencing. HPV DNA was found in 8.3% (15/180) of the blood donors. A wide variety of different HPV types were isolated from the PBMCs; belonging to the cutaneous beta and gamma papillomavirus genera and mucosal alpha papillomaviruses. High-risk HPV types that are linked to cancer development were detected in 1.7% (3/180) of the PBMCs. Blood was also collected from a healthy HPV-positive 44-year-old male on four different occasions in order to determine which blood cell fractions harbor HPV. PBMCs treated with trypsin were negative for HPV, while non-trypsinized PBMCs were HPV-positive. This suggests that the HPV in blood is attached to the outside of blood cells via a protein-containing moiety. HPV was also isolated in the B cells, dendritic cells, NK cells, and neutrophils. To conclude, HPV present in PBMCs could represent a reservoir of virus and a potential new route of transmission.