Im ersten Teil dieser Arbeit wurden mittels molekular-zytogenetischer Methoden die chromosomalen Aberrationen in c-myc aktivierten ARFnull- und INK4a/ARFnull-Mauslymphomen untersucht. Die zytogenetischen Ergebnisse wurden mit dem Therapieverlauf der Mäuse nach Cyclophosphamid-Behandlung verglichen. In den ARFnull-Lymphomen erkannten wir den Gewinn des Chromosoms 14 als einen Marker für gute und den Gewinn des Chromosoms 6 als Marker für schlechte Behandlungserfolge. Auf den Chromosomen 6 und 14 der Maus liegen demnach bisher unbekannte Gene, welche für die Wahl der Behandlungsmethode ARF-defizienter Tumore von entscheidender Bedeutung sind. Der zweite Teil der Arbeit befaßt sich mit Common Fragile Sites (CFS), die als "hot spots" für chromosomale Brüche und Umbauten in Tumorgenese und Karyotypevolution diskutiert werden. CFSs treten als seltene Lücken im Chromatin oder als partiell deletierte bzw. rearrangierte Chromosomen auf. Ihre Zahl wird durch Zugabe von Replikations-hemmenden Chemikalen, wie Aphidicolin (APC), erheblich gesteigert. Wir untersuchten die CFS-Expression in Lymphozytenkulturen der Mausstämme BALB/c und C57BL/6. Die APC-induzierten CFS-Häufigkeiten der Chromosomenbanden wiesen im Vergleich zwischen beiden Mausstämmen eine signifikante Korrelation und damit eine starke Konservierung auf. Ebenfalls wurde zwischen Maus / Mensch-syntenischen Bereichen eine Konservierung der CFS-Häufigkeiten detektiert. Die Tendenz zur CFS-Bildung ist also ein spezifisches Merkmal jedes chromosomalen Abschnitts, das evolutionär konserviert ist. Weiterhin wurden einzelne CFSs mit molekular-zytogenetischen Methoden genauer kartiert. Auf diese Weise beschrieben wir erstmals eines der zehn häufigsten CFSs menschlicher Lymphozyten, FRA7K, und erweiterten somit die Anzahl molekular charakterisierter humaner CFSs auf insgesamt 13. Für fünf dieser CFSs analysierten wir mittels FISH-Analyse die homologen Bereiche im Mausgenom hinsichtlich ihrer CFS-Expression. Die beobachteten Läsionen traten jeweils in exakt den entsprechenden Sequenzen auf. Vereint man diese fünf Beispiele (FRA2G/Fra2D, FRA7G/Fra6A3.1, FRA7H/Fra6B1, FRA7K/Fra12C1 und FRA9E/Fra4C2) mit bekannten Homologen aus der Literatur, so wurde für insgesamt acht CFSs eine Konservierung zwischen Mensch und Maus auf molekularer Ebene gefunden. Trotz zahlreicher Untersuchungen ist der zelluläre Mechanismus, der die Ausbildung von CFSs an spezifischen Stellen des Genoms bewirkt, bis heute weitgehend unklar. Bekannt ist, daß CFSs durch Replikationsinhibition induziert werden und in Metaphase-Zellen sichtbar werden, welche DNA-Replikations-Checkpoints unterlaufen haben.Sämtliche jüngeren Studien beschrieben Inseln erhöhter DNA-Helix-Flexibilität (Schwankungen im Biegungswinkel des Moleküls) in den Bereichen von CFSs. Wir berechneten die DNA-Helix-Flexibilität entlang der Sequenz für alle molekular kartierten humanen und Maus-CFSs sowie für stabile Kontrollregionen. Anders als in der Literatur beschrieben, fanden wir für Mensch und Maus, daß sich CFSs und Kontroll-DNAAbschnitte in ihrer Dichte an Inseln mit erhöhter DNA-Helix-Flexibilität nicht unterschieden. Nahezu alle Regionen der häufigen molekular charakterisierten CFSs umfassen große Gene, deren Exons mehr als 650 kb genomische Sequenz überspannen. Im Gegensatz dazu traten große Gene in den stabilen Kontrollregionen deutlich seltener auf. Öffentlich zugängliche RNA-Expressionsdaten dieser Gene zeigten, daß CFSs bevorzugt in Bereichen mit transkriptionell aktiven, großen Genen entstehen. Darauf und auf dem Wissen aus der Literatur begründen wir die Hypothese, daß eine Blockierung der DNAReplikationsgabel, vor allem in Bereichen großer transkriptionell aktiver Gene - eventuell begründet durch deren offenere Chromatinstruktur - und das anschließende Unterlaufen von Zellzyklus-Checkpoints an der Bildung von CFSs und damit in einem Anstieg von Doppelstrangbrüchen beteiligt sind.

Durch die Kombination von SKY-, Array-CGH-, und Expressionsnanalysen wurden ausgewählte MM-Zelllinien auf Aberrationen hin untersucht und diese genauer analysiert. 32 Myelom-Patienten wurden mittels Array-CGH-Analyse untersucht und aufgrund ihrer Aberrationen und der klinischen Daten durch eine anschließende Clusteranalyse in 4 Subgruppen unterteilt.

Im ersten Teil dieser Arbeit wurden mittels molekular-zytogenetischer Methoden die chromosomalen Aberrationen in c-myc aktivierten ARFnull- und INK4a/ARFnull-Mauslymphomen untersucht. Die zytogenetischen Ergebnisse wurden mit dem Therapieverlauf der Mäuse nach Cyclophosphamid-Behandlung verglichen. In den ARFnull-Lymphomen erkannten wir den Gewinn des Chromosoms 14 als einen Marker für gute und den Gewinn des Chromosoms 6 als Marker für schlechte Behandlungserfolge. Auf den Chromosomen 6 und 14 der Maus liegen demnach bisher unbekannte Gene, welche für die Wahl der Behandlungsmethode ARF-defizienter Tumore von entscheidender Bedeutung sind. Der zweite Teil der Arbeit befaßt sich mit Common Fragile Sites (CFS), die als "hot spots" für chromosomale Brüche und Umbauten in Tumorgenese und Karyotypevolution diskutiert werden. CFSs treten als seltene Lücken im Chromatin oder als partiell deletierte bzw. rearrangierte Chromosomen auf. Ihre Zahl wird durch Zugabe von Replikations-hemmenden Chemikalen, wie Aphidicolin (APC), erheblich gesteigert. Wir untersuchten die CFS-Expression in Lymphozytenkulturen der Mausstämme BALB/c und C57BL/6. Die APC-induzierten CFS-Häufigkeiten der Chromosomenbanden wiesen im Vergleich zwischen beiden Mausstämmen eine signifikante Korrelation und damit eine starke Konservierung auf. Ebenfalls wurde zwischen Maus / Mensch-syntenischen Bereichen eine Konservierung der CFS-Häufigkeiten detektiert. Die Tendenz zur CFS-Bildung ist also ein spezifisches Merkmal jedes chromosomalen Abschnitts, das evolutionär konserviert ist. Weiterhin wurden einzelne CFSs mit molekular-zytogenetischen Methoden genauer kartiert. Auf diese Weise beschrieben wir erstmals eines der zehn häufigsten CFSs menschlicher Lymphozyten, FRA7K, und erweiterten somit die Anzahl molekular charakterisierter humaner CFSs auf insgesamt 13. Für fünf dieser CFSs analysierten wir mittels FISH-Analyse die homologen Bereiche im Mausgenom hinsichtlich ihrer CFS-Expression. Die beobachteten Läsionen traten jeweils in exakt den entsprechenden Sequenzen auf. Vereint man diese fünf Beispiele (FRA2G/Fra2D, FRA7G/Fra6A3.1, FRA7H/Fra6B1, FRA7K/Fra12C1 und FRA9E/Fra4C2) mit bekannten Homologen aus der Literatur, so wurde für insgesamt acht CFSs eine Konservierung zwischen Mensch und Maus auf molekularer Ebene gefunden. Trotz zahlreicher Untersuchungen ist der zelluläre Mechanismus, der die Ausbildung von CFSs an spezifischen Stellen des Genoms bewirkt, bis heute weitgehend unklar. Bekannt ist, daß CFSs durch Replikationsinhibition induziert werden und in Metaphase-Zellen sichtbar werden, welche DNA-Replikations-Checkpoints unterlaufen haben.Sämtliche jüngeren Studien beschrieben Inseln erhöhter DNA-Helix-Flexibilität (Schwankungen im Biegungswinkel des Moleküls) in den Bereichen von CFSs. Wir berechneten die DNA-Helix-Flexibilität entlang der Sequenz für alle molekular kartierten humanen und Maus-CFSs sowie für stabile Kontrollregionen. Anders als in der Literatur beschrieben, fanden wir für Mensch und Maus, daß sich CFSs und Kontroll-DNAAbschnitte in ihrer Dichte an Inseln mit erhöhter DNA-Helix-Flexibilität nicht unterschieden. Nahezu alle Regionen der häufigen molekular charakterisierten CFSs umfassen große Gene, deren Exons mehr als 650 kb genomische Sequenz überspannen. Im Gegensatz dazu traten große Gene in den stabilen Kontrollregionen deutlich seltener auf. Öffentlich zugängliche RNA-Expressionsdaten dieser Gene zeigten, daß CFSs bevorzugt in Bereichen mit transkriptionell aktiven, großen Genen entstehen. Darauf und auf dem Wissen aus der Literatur begründen wir die Hypothese, daß eine Blockierung der DNAReplikationsgabel, vor allem in Bereichen großer transkriptionell aktiver Gene - eventuell begründet durch deren offenere Chromatinstruktur - und das anschließende Unterlaufen von Zellzyklus-Checkpoints an der Bildung von CFSs und damit in einem Anstieg von Doppelstrangbrüchen beteiligt sind.

Spectral karyotyping (SKY) is a widely used methodology to identify genetic aberrations. Multicolor fluorescence in situ hybridization using chromosome painting probes in individual colors for all metaphase chromosomes at once is combined with a unique spectral measurement and analysis system to automatically classify normal and aberrant chromosomes. Based on countless studies and investigations in many laboratories worldwide, numerous new chromosome translocations and other aberrations have been identified in clinical and tumor cytogenetics. Thus, gene identification studies have been facilitated resulting in the dissection of tumor development and progression. For example, different translocation partners of the TEL/ETV6 transcription factor that is specially required for hematopoiesis within the bone marrow were identified. Also, the correct classification of complex karyotypes of solid tumors supports the prognostication of cancer patients. Important accomplishments for patients with genetic diseases, leukemias and lymphomas, mesenchymal tumors and solid cancers are summarized and exemplified. Furthermore, studies of disease mechanisms such as centromeric DNA breakage, DNA double strand break repair, telomere shortening and radiation-induced neoplastic transformation have been accompanied by SKY analyses. Besides the hybridization of human chromosomes, mouse karyotyping has also contributed to the comprehensive characterization of mouse models of human disease and for gene therapy studies. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Durch die Kombination von SKY-, Array-CGH-, und Expressionsnanalysen wurden ausgewählte MM-Zelllinien auf Aberrationen hin untersucht und diese genauer analysiert. 32 Myelom-Patienten wurden mittels Array-CGH-Analyse untersucht und aufgrund ihrer Aberrationen und der klinischen Daten durch eine anschließende Clusteranalyse in 4 Subgruppen unterteilt.