Für die Bekämpfung sowie Behandlung einer Krankheit ist das vollständige Verständnis ihrer Pathogenese eminent. Die Masern werden durch das Masernvirus (MV) verursacht. Die Folge der Erkrankung kann nicht nur eine mehrerer Jahre anhaltende Schwächung des Immunsystems sein, ebenso können fatale neurologische (Spät-) Komplikationen auftreten. Die Mechanismen der Neuroinvasion, des Neurotropismus und der Neurovirulenz sind jedoch noch nicht vollständig verstanden, sodass es an spezifischen Behandlungsmöglichkeiten mangelt. Mit der vorliegenden Arbeit soll, unter Zuhilfenahme des reversen genetischen Systems und Gehirnschnittkulturen der Ratte, die Neuroadaptation des Masernvirus näher untersucht werden. Die Grundlagen bilden Mutationen des Matrix-, Fusions- und Polymerase-Gens welche von Dr. Soroth Chey und Prof. Dr. med. Uwe G. Liebert in Masernvirusisolaten aus Rattengehirnen nachgewiesen wurden. Untersucht wurden dabei zwei verschiedene MV-Isolate: das „MV-Isolat 1“ besitzt je eine Punktmutation des Matrix- und des Fusionsgens, während das „MV-Isolat 4“ eine Punktmutation des Matrixgens sowie vier Punktmutationen des Polymerase-Gens aufweist. Jede dieser Veränderungen bedingt einen Aminosäureaustausch. Separat und kombiniert wurden diese Substitutionen in der vorliegenden Arbeit in ein wildtypisches Masernvirus eingebracht. Die Nomenklatur dieser Virusklone ergab sich aus der Nummer des MV-Isolats und dem betroffenen Gen: „M1“, „F1“, „M1F1“, „M4“, „L4“ und „M4L4“. Mittels mutagener Primer erfolgte die Amplifikation und simultane Punktmutationsgenese eines, das Maserngenom-codierenden Plasmids. In dem hierfür verwendeten reversen genetischem System wird der Ribonukleoprotein-Komplex artifiziell in einer Helferzelllinie nachgebildet. Unter der Kontrolle des T7-Promotors wird in diesen Zellen auf Grundlage der mutierten Plasmide das virale Genom und Antigenom transkribiert. Die generierten Viren wurden in der Folge näher charakterisiert. So konnte gezeigt werden, dass alle generierten MV-Klone ebenso wie das parentale MV-IC323 in SLAM-exprimierenden Vero-Zellen unter Ausbildung von maserntypischen Synzytien replizieren. In Vero-Zellen mit und ohne den SLAM-Rezeptor bewirkt die M4 Mutation (R293Q) eine signifikant erhöhte Replikation gegenüber dem parentalen Virus. Ebenso ist das Auftreten der F1-Mutation (I225M) mit Synzytienbildung in SLAM-negativen Zellen korreliert. In unpolaren Zellen scheint demnach die C-terminal gelegene M4-Mutation die Bildung infektiöser Viruspartikel zu begünstigen. Die F1-Mutation scheint hingegen Synzytienbildung zu ermöglichen – dies, möglicher Weise unabhängig von der Bindung des H-Proteins an einen Rezeptor wildtypischer Masernviren. Für eine genauerer Untersuchung dieser Charakteristika in Bezug auf den eventuell induzierten Neurotropismus, wurden Gehirnschnitte der Lewis Ratte mit den generierten Masernviren infiziert. Es konnte gezeigt werden, dass 28 Tage nach der Infektion mit den Virus-Mutanten MV-F1 und MV-M1F1 signifikant mehr neuronale Zellen infiziert sind als im Vergleich zu allen anderen verwendeten Virusstämmen. Mittels des Gehirnschnitt-Kulturmodells konnte somit der Neurotropismus des „MV-Isolats 1“ ursächlich der F(I225M)-Mutation zugeordnet werden. Durch die hier gewonnenen Erkenntnisse wurde eine Grundlage zum Verständnis des Neurotropismus des MV gelegt sowie ein Modellsystem vorgestellt, welches ohne transgene Tiere die Analyse der neuronalen Adaptation des MV zulässt.

Bakgrund: Kvinnor som är bärare av BRCA 1 och/eller BRCA 2 löper en stor risk att drabbas av bröst- och ovarialcancer under sina unga år. Genmutationen är ingen sjukdom som syns med blotta ögat, trots det lämnar den de drabbade kvinnorna i situationer som är svåra att hantera själv. De ställs inför svåra beslut som rör både fysiska och psykiska aspekter. Därför behöver det undersökas vilka upplevelser kvinnorna har. På så sätt kan sjuksköterskor få en djupare förståelse kring ämnet som hjälper dem att kunna bemöta och vägleda dessa kvinnor på ett bättre sätt. Vilket går hand i hand med att kunna utföra en god omvårdnad. Syfte: Syftet med studien var att belysa kvinnors upplevelser av att leva med genmutation BRCA 1 och/eller BRCA 2 som ger ökad risk för bröst- och ovarialcancer. Metod: Syftet besvarades med hjälp av en kvalitativ design i form av litteraturstudie. En innehållsanalys gjordes på 12 utvalda vetenskapliga artiklar som sedan tog fram ett resultat. En induktiv ansats användes under analysen. Resultat: Resultatet av studien påvisade upplevelser som delades in i fyra kategorier. Att familjebesluten påverkas, att behöva stöd från vårdpersonal, att förlora sig själv kroppsligt samt att mötas av psykiska motgångar. Slutsats: Kvinnorna upplevde flera svårigheter kring att skaffa barn och partner. Både pressen att hinna skaffa barn i ung ålder och skuldkänslor att de för vidare mutationen. Det framkom även att de upplevde flera psykiska motgångar kring situationen de befann sig i och svårigheter kring att behöva utföra förebyggande operationer då kvinnliga organ togs bort. Behovet av stöd från vårdpersonal upplevdes bristfälligt men betonades vara väldigt viktigt för kvinnorna. Resultatet bör uppmärksammas och användas av sjuksköterskor för att ge ett bättre stöd till denna patientgrupp ute i verksamheten.

Modern humans originated in Africa around 200,000 years ago and today have settled in nearly every corner of earth. During migrations humans became exposed to new pathogens, food sources and have encountered vastly different environments. Natural selection likely contributed to the survival under such diverse conditions by promoting the raise in frequency of advantageous alleles. Thereby natural selection leaves genetic footprints that we can identify. The thesis at hand is about understanding how natural selection has shaped different human populations by analyzing these genetic footprints. In the first study, I infer the evolutionary history of an insertion-substitution variant using present-day human genomic data. This variant is interesting because the ancestral allele encodes a previously unannotated open-reading frame for a gene with antiviral ac- tivity (IFNL4 ), while the derived allele truncates this open-reading frame and is strongly associated with improved clearance of Hepatitis C, a major health care problem. Using an approximate bayesian computation approach I infer a complex evolutionary history, where the derived, truncating allele evolved under weak positive selection in Africa, with selection strength increasing in non-African populations, especially in East Asian popu- lations where the truncating allele is nearly fixed today. Hence, the changes in selection and resulting population differences in allele frequency contribute to the variation in Hep- atitis C clearance observed across human populations today. In the second study, I use ancient human genomes to estimate genome-wide allele frequencies in the past to understand present-day population differentiation. I develop a new statistic and incorporate the genome of Ust’-Ishim, a modern human that lived 45,000 year ago in Siberia, to study to what extent natural selection and drift have contributed to human population differentiation. The results suggest that European populations carry high frequency alleles in protein-coding (genic) regions that evolved under strong, recent positive selection. Further, the genic alleles that rose in frequency recently in Europeans were already present in ancient hunter-gatherers more often than in ancient farmers. This suggests that during the colonization of Europe local, positive selection changed the frequency of advantageous alleles in hunter-gatherer populations prior to the influx of farming individuals and those alleles remained beneficial also in the later admixed populations.

Das novellierte Tierzuchtgesetz vom Dezember 2006 fordert ein Monitoring der genetischen Vielfalt. Dies betrifft gefährdete Nutztierpopulationen und Leistungszuchtpopulationen gleichermaßen. Die Zielstellung des Projektes bestand darin, Verfahren und Kriterien für ein Monitoring zu erarbeiten. Im Ergebnis des Projektes können für alle Nutztierpopulationen in Sachsen, für welche Herdbuchdaten vorliegen, automatisch generierte Populationsanalysen erstellt werden. Diese enthalten Populationsstatistiken zur Anzahl männlicher und weiblicher Zuchttiere (Populationsgröße), zur Altersstruktur, zu Familiengrößen, zum Generationsintervall, zur Pedigreevollständigkeit sowie die entsprechenden Parameter zum Inzuchtgeschehen (Inzuchtkoeffizient, Inzuchtrate, Effektive Populationsgröße). Das ermöglicht eine schnelle und unkomplizierte Übersicht zu diesen Nutztiertierpopulationen in Sachsen. Bei den erstellten Populationsanalysen aufgetretene inhaltliche Probleme werden diskutiert. Dies betrifft u.a. die Abhängigkeit des Inzuchtkoeffizienten von der Pedigreevollständigkeit sowie die Verwendung der im Nationalen Fachprogramm »Tiergenetische Ressourcen« als Einstufungskriterium für den Gefährdungsgrad einer Population festgeschriebene »Effektiven Populationsgröße« (Ne). Der vorgelegte Bericht enthält einen umfangreichen Literaturteil, eine ausführliche Beschreibung der Methoden sowie Beispiele von Populationsreports einer Vielzahl von Rassen.

The eukaryotic gene expression requires extensive regulations to enable the homeostasis of the cell and to allow dynamic responses due to external stimuli. Although many regulatory mechanisms involve the transcription as the first step of the gene expression, intensive regulation occurs also in the post-transcriptional mRNA metabolism. Thereby, the particular composition of the mRNPs plays a central role as the components associated with the mRNA form a specific “mRNP code” which determines the fate of the mRNA. Many proteins which are involved in this regulation and the mRNA metabolism are affected in diseases and especially neurological disorders often result from an aberrant mRNP code which leads to changes in the regulation and expression of mRNPs. The focus of this work was on a trimeric protein complex which is termed TTF complex based on its subunits TDRD3, TOP3β and FMRP. Biochemical investigations revealed that the three components of the TTF complex are nucleo-cytosolic shuttle proteins which localize in the cytoplasm at the steady-state, associate with mRNPs and are presumably connected to the translation. Upon cellular stress conditions, the TTF components concentrate in stress granules. Thus, the TTF complex is part of the mRNP code, however its target RNAs and function are still completely unknown. Since the loss of functional FMRP results in the fragile X syndrome and TOP3β is associated with schizophrenia and intellectual disability, the TTF complex connects these phenotypically related neuro-psychiatric disorders with each other on a molecular level. Therefore, the aim of this work was to biochemically characterize the TTF complex and to define its function in the mRNA metabolism. In this work, evidence was provided that TDRD3 acts as the central unit of the TTF complex and directly binds to FMRP as well as to TOP3β. Thereby, the interaction of TDRD3 and TOP3β is very stable, whereas FMRP is a dynamic component. Interestingly, the TTF complex is not bound directly to mRNA, but is recruited via the exon junction complex (EJC) to mRNPs. This interaction is mediated by a specific binding motif of TDRD3, the EBM. Upon biochemical and biological investigations, it was possible to identify the interactome of the TTF complex and to define the role in the mRNA metabolism. The data revealed that the TTF complex is mainly associated with “early” mRNPs and is probably involved in the pioneer round of translation. Furthermore, TOP3β was found to bind directly to the ribosome and thus, establishes a connection between the EJC and the translation machinery. A reduction of the TTF components resulted in selective changes in the proteome in cultured cells, whereby individual protein subsets seem to be regulated rather than the global protein expression. Moreover, the enzymatic analysis of TOP3β indicated that TOP3β is a type IA topoisomerase which can catalytically attack not only DNA but also RNA. This aspect is particularly interesting with regard to the connection between early mRNPs and the translation which has been revealed in this work. The data obtained in this work suggest that the TTF complex plays a role in regulating the metabolism of an early mRNP subset possibly in the course of the pioneer round of translation. Until now, the link between an RNA topoisomerase and the mRNA metabolism is thereby unique and thus provides a completely new perspective on the steps in the post-transcriptional gene expression and its regulation. / Die eukaryotische Genexpression bedarf einer umfassenden Regulation um die Homöostase der Zelle zu gewährleisten und um dynamische Reaktionen auf externe Einflüsse zu ermöglichen. Obwohl viele der regulatorischen Mechanismen die Transkription als ersten Schritt der Genexpression betreffen, findet auch eine intensive Regulierung auf der Ebene des post-transkriptionellen mRNA-Metabolismus statt. Dabei spielt die jeweilige Zusammensetzung der mRNPs eine zentrale Rolle, da je nachdem, mit welchen Faktoren eine mRNA assoziiert ist, ein sog. „mRNP-Code“ entsteht, der das Schicksal der mRNA bestimmt. Viele der an der Regulierung und dem mRNA-Metabolismus beteiligten Proteine sind in Krankheiten betroffen und gerade neurologische Erkrankungen resultieren häufig von einem fehlerhaften mRNP-Code, der zu Veränderungen in der Regulation und Expression von mRNPs führt. Im Zentrum dieser Arbeit stand ein trimerer Proteinkomplex, der aufgrund seiner Untereinheiten TDRD3, TOP3β und FMRP als TTF-Komplex bezeichnet wird. Biochemische Daten haben gezeigt, dass die drei Komponenten des TTF-Komplexes nucleo-cytoplasmatische „Shuttle“-Proteine sind, die sich im „steady-state“ hauptsächlich im Cytoplasma befinden, mit mRNPs assoziieren und vermutlich mit der Translation in Verbindung stehen. Unter zellulären Stressbedingungen konzentrieren sich die TTF-Komponenten in Stress Granula. Der TTF-Komplex ist damit Teil des mRNP-Codes, dessen zelluläre Ziel-RNAs und Funktion bislang aber völlig unbekannt sind. Da der Verlust von funktionellem FMRP zu der Ausprägung des fragilen X Syndroms (FXS) führt und TOP3β mit Schizophrenie und geistiger Retardation in Verbindung steht, verbindet der TTF-Komplex phänotypisch verwandte neuro-psychiatrische Krankheiten auf molekularer Ebene miteinander. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, den TTF-Komplex biochemisch zu charakterisieren und seine Funktion im mRNA-Metabolismus zu definieren. Im Zuge dieser Arbeit gelang der Nachweis, dass TDRD3 als zentrale Einheit des TTF-Komplexes agiert und sowohl FMRP als auch TOP3β direkt bindet. Die Interaktion von TDRD3 und TOP3β ist hierbei sehr stabil, FMRP ist hingegen eine dynamische Komponente. Interessanterweise wird der TTF-Komplex nicht direkt an mRNA gebunden, sondern über den Exon-Junction-Komplex (EJC) an mRNPs rekrutiert. Diese Interaktion wird durch ein spezifisches Bindungsmodul in TDRD3, dem sog. EBM vermittelt. In einer Reihe von biochemischen und systembiologischen Studien konnte das Interaktom des TTF-Komplexes bestimmt und seine Rolle im mRNA-Metabolismus definiert werden. Die Daten offenbarten, dass der TTF-Komplex primär mit „frühen“ mRNPs assoziiert ist und sehr wahrscheinlich an der „pioneer round of translation“ beteiligt ist. Weiterhin zeigte sich, dass TOP3β das Ribosom direkt bindet und somit eine Verbindung des EJC und der Translationsmaschinerie etabliert. Die Reduktion von Komponenten des TTF-Komplexes in kultivierten Zellen führte zu selektiven Änderungen im Proteom, wobei einzelne Proteinteilgruppen, jedoch nicht die globale Expression durch den TTF-Komplex reguliert zu sein scheinen. Die enzymatische Analyse von TOP3β hat darüber hinaus gezeigt, dass es sich um eine Topoisomerase vom Typ IA handelt, die nicht nur DNA sondern auch RNA angreifen kann. Dieser Aspekt ist besonders interessant im Zusammenhang der in dieser Arbeit aufgedeckten Verbindung von frühen mRNPs mit der Translation. Die im Rahmen dieser Arbeit erhaltenen Daten legen nahe, dass der TTF-Komplex eine Rolle bei der Regulation des Metabolismus „früher“ mRNP-Teilgruppen möglicherweise im Zuge der „Pionierrunde“ der Translation spielt. Dabei ist die Verbindung einer RNA-Topoisomerase mit dem mRNA-Metabolismus bisher einzigartig und eröffnet so eine ganz neue Sichtweise auf die post-transkriptionellen Schritte der Genexpression und ihre Regulation.

Die Bildung neuen Nervenzellen im erwachsenen Gehirn—adulte Neurogenese—ist bei Säugetieren auf spezifische Regionen beschränkt. Eine der beiden bekannten ist der Hippokampus, eine Gehirnstruktur, die eine wichtige Rolle beim Lernen sowie der Gedächtnisbildung spielt. Ein Reservoir von neuralen Stammzellen befindet sich in der subgranulären Zone des hippokampalen Gyrus dentatus. Diese Zellen teilen sich fortwährend und bilden neue Nervenzellen. Die Regulation adulter hippokampaler Neurogenese wird sowohl von der Umgebung beeinflusst als auch von mehreren Genen gesteuert. In der vorliegenden Arbeit wurden mittels Hochdurchsatz- Genexpressionsverfahren die an der Neurogenese beteiligten Gene identifiziert und ihr Zusammenspiel untersucht. Anhand von genetischen, umgebungsbedingten und zeitlichen Angaben und Variationen wurde ein vielseitiger Datensatz erstellt, der einen multidimensionalen Blick auf den proliferativen Phänotyp verschafft. Netzwerke aus Gen-Gen und Gen-Phänotyp Interaktionen wurden beschrieben und in einer mehrschichtigen Ressource zusammengefasst. Ein Kern-Netzwerk bestehend aus immerwiederkehrenden Modulen aus verschiedenen Ebenen wurde anhand von Proliferation als Keim-Phänotyp identifiziert. Aus diesem Kern-Netzwerk sind neue Gene und ihre Interaktionen hervorgegangen, die potentiell bei der Regulierung adulter Neurogenesis beteiligt sind.:Zusammenfassung i Abstract iii Acknowledgements vii Contents ix Preface xiii General Introduction 1 Adult Neurogenesis 1 Historical setting 1 Neurogenesis exists in two regions of the adult mammalian brain 1 Implications of neurogenesis in the hippocampus 1 The Hippocampal Formation 2 Function of the hippocampus in learning and memory 2 The functional role of adult neurogenesis 2 Anatomy of the hippocampal formation 2 Neural Precursor Biology 3 The subgranular zone as a neurogenic niche 3 Neuronal maturation is a multi-step pathway 3 Regulation of Adult Neurogenesis 3 Neurogenesis is modulated by age 3 Neurogenesis is modulated by environmental factors 4 Neurogenesis is modulated by genetic background 4 Genetics of the BXD RI Cross 5 C57BL/6 and DBA/2 5 Recombinant Inbred Lines 5 The BXD panel 6 Quantitative genetics 6 Microarray Analysis 7 The concept of ‘whole genome’ expression analysis 7 Technical considerations 8 Theoretical considerations 9 Current Analytical Methods 9 Network Analysis 10 Network Description and Terminology 10 Graph Theory 10 Multiple-Network Comparison 11 Biological networks 11 Types of Biological Network 11 Sources of Network Data 12 Biological Significance of Networks 12 Aim of the current work 13 Methods and Materials 15 Animals 15 BXD panel 15 Progenitor strains 15 Animal behaviour 15 Running wheel activity 15 Enriched environment 16 Morris water maze 16 Open field test 16 Corticosterone assay 16 Histology 17 Tissue collection 17 BrdU staining 17 Statistics 17 Cell culture 18 Maintenance and differentiation 18 Immunostaining 18 RNA isolation 18 Microarray processing 18 Affymetrix arrays 18 M430v2 probe reannotation 19 Illumina arrays 19 Illumina probe reannotation 19 Bioinformatics 19 Translating the STRING network 19 QTL mapping 20 Network graph layout 20 Triplot 20 Enrichment analysis 20 Mammalian Adult Neurogenesis Gene Ontology 21 Introduction 21 Results 25 The cell stage ontology 25 The process ontology 25 Genes known to regulate hippocampal adult neurogenesis 26 Enrichment analysis 27 The MANGO gene network 27 Discussion 28 Hippocampal Coexpression Networks from the BXD Panel 31 Introduction 31 Results 32 Variation and covariation of gene expression across a panel of inbred lines 32 A hippocampal expression correlation network 32 Diverse neurogenesis phenotypes associate with discrete transcript networks 34 Discussion 34 Interactions Between Gene Expression Phenotypes and Genotype 37 Introduction 37 Results 39 QTL analysis and interval definitions 39 Pleiotropic loci and ‘trans-bands’ 39 Transcript expression proxy-QTLs can help in dissection of complex phenotypes 41 Interaction network 43 Discussion 43 Strain-Dependent Effects of Environment 47 Introduction 47 Results 48 Effects of strain and environment on precursor cell proliferation 48 Effects of strain and environment on learning behaviour 52 Transcript expression associated with different housing environments 53 Strain differences in transcript regulation 55 Distance-weighted coexpression networks 57 Discussion 58 Expression Time Course from Differentiating Cell Culture 61 Introduction 61 Results 63 Differentiation of proliferating precursors into neurons in vitro 63 Transcripts associated with stages of differentiation 63 Early events in NPC differentiation 64 A network of transcript coexpression during in vitro differentiation 66 Discussion 67 Integrated Gene Interaction Networks 71 Introduction 71 Results 72 Description of network layers 72 Merging of network layers to a multigraph 74 A network of genes controls neural precursor proliferation in the adult hippocampus 75 Novel candidate regulators of adult hippocampal neurogenesis 77 Novel pathways regulating adult hippocampal neurogenesis 77 Discussion 79 General Discussion 81 References 89 Selbständigkeitserklärung 107 / Neurogenesis, the production of new neurons, is restricted in the adult brain of mammals to only a few regions. One of these sites of adult neurogenesis is the hippocampus, a structure essential for many types of learning. A pool of stem cells is maintained in the subgranular zone of the hippocampal dentate gyrus which proliferate and can differentiate into new neurons, astrocytes and oligodendroctytes. Regulation of adult hippocampal neurogenesis occurs in response to en- vironmental stimuli and is under the control of many genes. This work employs high-throughput gene expression technologies to identify these genes and their interactions with each other and the neurogenesis phenotype. Harnessing variation from genetic, environmental and temporal sources, a multi-faceted dataset has been generated which offers a multidimensional view of the neural precursor proliferation phenotype. Networks of gene-gene and gene-phenotype interac- tions have been described and merged into a multilayer resource. A core subnetwork derived from modules recurring in the different layers has been identified using the proliferation phenotype as a seed. This subnetwork has suggested novel genes and interactions potentially involved in the regulation of adult hippocampal neurogenesis.:Zusammenfassung i Abstract iii Acknowledgements vii Contents ix Preface xiii General Introduction 1 Adult Neurogenesis 1 Historical setting 1 Neurogenesis exists in two regions of the adult mammalian brain 1 Implications of neurogenesis in the hippocampus 1 The Hippocampal Formation 2 Function of the hippocampus in learning and memory 2 The functional role of adult neurogenesis 2 Anatomy of the hippocampal formation 2 Neural Precursor Biology 3 The subgranular zone as a neurogenic niche 3 Neuronal maturation is a multi-step pathway 3 Regulation of Adult Neurogenesis 3 Neurogenesis is modulated by age 3 Neurogenesis is modulated by environmental factors 4 Neurogenesis is modulated by genetic background 4 Genetics of the BXD RI Cross 5 C57BL/6 and DBA/2 5 Recombinant Inbred Lines 5 The BXD panel 6 Quantitative genetics 6 Microarray Analysis 7 The concept of ‘whole genome’ expression analysis 7 Technical considerations 8 Theoretical considerations 9 Current Analytical Methods 9 Network Analysis 10 Network Description and Terminology 10 Graph Theory 10 Multiple-Network Comparison 11 Biological networks 11 Types of Biological Network 11 Sources of Network Data 12 Biological Significance of Networks 12 Aim of the current work 13 Methods and Materials 15 Animals 15 BXD panel 15 Progenitor strains 15 Animal behaviour 15 Running wheel activity 15 Enriched environment 16 Morris water maze 16 Open field test 16 Corticosterone assay 16 Histology 17 Tissue collection 17 BrdU staining 17 Statistics 17 Cell culture 18 Maintenance and differentiation 18 Immunostaining 18 RNA isolation 18 Microarray processing 18 Affymetrix arrays 18 M430v2 probe reannotation 19 Illumina arrays 19 Illumina probe reannotation 19 Bioinformatics 19 Translating the STRING network 19 QTL mapping 20 Network graph layout 20 Triplot 20 Enrichment analysis 20 Mammalian Adult Neurogenesis Gene Ontology 21 Introduction 21 Results 25 The cell stage ontology 25 The process ontology 25 Genes known to regulate hippocampal adult neurogenesis 26 Enrichment analysis 27 The MANGO gene network 27 Discussion 28 Hippocampal Coexpression Networks from the BXD Panel 31 Introduction 31 Results 32 Variation and covariation of gene expression across a panel of inbred lines 32 A hippocampal expression correlation network 32 Diverse neurogenesis phenotypes associate with discrete transcript networks 34 Discussion 34 Interactions Between Gene Expression Phenotypes and Genotype 37 Introduction 37 Results 39 QTL analysis and interval definitions 39 Pleiotropic loci and ‘trans-bands’ 39 Transcript expression proxy-QTLs can help in dissection of complex phenotypes 41 Interaction network 43 Discussion 43 Strain-Dependent Effects of Environment 47 Introduction 47 Results 48 Effects of strain and environment on precursor cell proliferation 48 Effects of strain and environment on learning behaviour 52 Transcript expression associated with different housing environments 53 Strain differences in transcript regulation 55 Distance-weighted coexpression networks 57 Discussion 58 Expression Time Course from Differentiating Cell Culture 61 Introduction 61 Results 63 Differentiation of proliferating precursors into neurons in vitro 63 Transcripts associated with stages of differentiation 63 Early events in NPC differentiation 64 A network of transcript coexpression during in vitro differentiation 66 Discussion 67 Integrated Gene Interaction Networks 71 Introduction 71 Results 72 Description of network layers 72 Merging of network layers to a multigraph 74 A network of genes controls neural precursor proliferation in the adult hippocampus 75 Novel candidate regulators of adult hippocampal neurogenesis 77 Novel pathways regulating adult hippocampal neurogenesis 77 Discussion 79 General Discussion 81 References 89 Selbständigkeitserklärung 107

Die elementare motorische Schnelligkeit beschreibt einen Teil der motorischen Schnelligkeit. Im Vergleich zur komplexen motorischen Schnelligkeit ist sie unabhängig von der ausgeübten Sportart und lässt sich über vier Dimensionen charakterisieren: Reaktionsschnelligkeit, Schnelligkeit bei zyklischen Bewegungen (Frequenzschnelligkeit), Schnelligkeit bei azyklisch reaktiven Bewegungen (Schnelligkeit im Dehnungs‐Verkürzungs-Zyklus) und Schnelligkeit von willkürlich initiierbaren Bewegungen (Kontraktionsschnelligkeit). Aufgrund der enormen Bedeutung der Schnelligkeit, sowohl für den Leistungs- als auch für den Gesundheitssport ist die weitere Aufklärung der Einflussfaktoren und des Charakters der elementaren motorischen Schnelligkeit von großem Interesse. Ziel dieser Arbeit war es demzufolge, in einer Assoziationsstudie Kandidatengene bzw. genetische Marker zu finden, die mit einer erhöhten Schnelligkeit in den einzelnen durchgeführten Tests assoziieren und so Aussagen über den Charakter der elementaren Schnelligkeit zu ermöglichen. Auch sollte sie zur Schnellkraft hinabgegrenzt werden können. Dies könnte zur verbesserten Trainierbarkeit von Schnelligkeit führen. Dabei ist zu erwähnen, dass dies die erste Arbeit ist, die sich mit dem Phänotyp der elementaren motorischen Schnelligkeit und seinem genetischen Profil beschäftigt. Die Auswahl der Kandidatengene bzw. der genetischen Marker erfolgte aufgrund bereits bekannter Assoziationen von - mit der elementaren motorischen Schnelligkeit - ähnlichen Phänotypen (z.B. ACTN3 oder ACE) oder aufgrund der biologischen Funktionen des entsprechenden Proteins (z.B. DCDC2 oder PLP1). Im ersten Schritt erfolgte dabei der Aufbau einer Phänotyp-Genotyp-Datenbank. Die DNA-Proben wurden hinsichtlich ausgewählter genetischer Marker genotypisiert und anschließend statistisch ausgewertet. Dabei wurde nach Assoziationen zwischen der Häufigkeit eines SNPs (single nucleotide polymorphism) und der Schnelligkeitsleistung in den verschiedenen, durchgeführten Tests gesucht. Zur Erfassung des Phänotyps wurde auf eine bereits bestehende bzw. parallel zu der Arbeit erstellte Testbatterie aus der Sportwissenschaftlichen Fakultät der Universität Leipzig zurückgegriffen. Die Genotypisierung der Polymorphismen erfolgte nach dem Taq Man® Genotyping Protokoll, die Ins/Del im ACE-Gen wurde mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion mit anschließender Visualisierung in der Gelelektrophorese in einem Agarosegel untersucht. Die statistische Auswertung erfolgte unter Benutzung der linearen Regressionsanalyse. Dabei wurde die multivariate lineare Beziehung zwischen dem Genotyp und den einzelnen Parameter der durchgeführten sportmotorischen Tests untersucht. Alle Ergebnisse sind dabei ohne Bonferroni-Korrektur auf multiples Testen angegeben, die Assoziationen sind also nur nominal (p≤0,05). Die gefundenen Assoziationen sind dabei zusammengefasst in Tab. 17 dargestellt. Auffallend ist, dass sich viele Assoziationen auf Schnellkraftparameter beziehen. Dies könnte ein Hinweis sein, die Auswahl der Kandidatengene entsprechend anzupassen. Die meisten Assoziationen finden sich für den SNP rs793834 des DCDC2-Gens, jedoch werden alle assoziierten Parameter der Schnellkraft zugeordnet (vgl. Tab. 17). Dieser SNP ist bekannt durch seine Assoziation des T-Allels mit signifikant weniger Volumen an weißer Substanz in der linken temporoparietalen Partie, sowie einem dickeren Kortex im linken Gyrus supramarginalis und im lateralen occipital Kortex. Dennoch wäre es von Interesse herauszufinden, ob dieser SNP zu ähnlichen strukturellen Veränderungen in Gehirnregionen führt, denen ein Einfluss auf die motorische Schnelligkeit zugeschrieben wird. Kritisch zu hinterfragen ist jedoch die statistische Power dieser Studie. Bedingt durch die, für genetische Studien, geringe Probandenzahl sowie die noch nicht abschließend geklärte Validität und Reliabilität der sportmotorischen Tests. So konnte kein SNP der Bonferoni-Korrektur standhalten. Jedoch lassen sich basierend auf diesen Ergebnissen neue Ansätze zur Ergründung der elementaren motorischen Schnelligkeit finden (Erweiterung des Kandidatengen-Pools, Vergrößerung der Kohorte).:Inhaltsverzeichnis 1 Abkürzungsverzeichnis 2 1. Einführung 4 1.1 Die elementare motorische Schnelligkeit 5 1.1.1 Erscheinungsformen der elementaren motorischen Schnelligkeit 6 1.2 Physiologie von motorischer Schnelligkeit, verglichen mit Ausdauer, Kraft und Schnellkraft 7 1.3 Genetik der elementaren motorischen Schnelligkeit 9 1.4 Strategien zur Identifizierung von Genen mit sportbezogenem Phänotyp 9 1.4.1 Genomweite Studien: Kopplungsstudien 10 1.4.2 Genomweite Studien: Assoziationsstudien (GWAS) 10 1.4.3 Kandidatengen-Ansätze 12 1.5 Kandidatengene der elementaren motorischen Schnelligkeit 14 2. Aufgabenstellung 16 2.1 Aufbau einer DNA-Datenbank 17 2.2 Genotypisierung 17 2.3 Statistische Analysen 17 3. Materialien und Methoden 18 3.1 Probanden 18 3.2 Phänotypisierung: Diagnostik der elementaren motorischen Schnelligkeit 18 3.3 Blutproben 20 3.4 Genotypisierung 20 3.5 Statistische Auswertungen 25 4. Ergebnisse 25 4.1 Assoziationsanalysen des R577X Polymorphismus (rs1815739) im ACTN3-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 25 4.2 Assoziationsanalysen des Val66Met Polymorphismus (rs6265) im BDNF-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 27 4.3. Assoziationsanalysen des rs793834 Polymorphismus sowie des rs9460980 Polymorphismus im DCDC2-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 29 4.4 Assoziationsanalysen des rs475827 Polymorphismus im PLP1-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 34 4.5 Assoziationsanalysen des 287 bp Del/Ins Polymorphismus (Del/Ins) im ACE Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 36 4.6 Assoziationsanalysen des rs10492096 Polymorphismus im VAMP 1/TAPBPL-Genlocus mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 37 4.7 Assoziationsanalysen des rs1800169 Polymorphismus im CNTF-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 38 5. Diskussion 38 6. Zusammenfassung der Arbeit 44 Literaturverzeichnis 47 Anlagen 59 Selbstständigkeitserklärung 62 Lebenslauf 63 Publikationen und Präsentationen 65 Danksagung 66

Die 3-Oxoacid CoA Transferase 1 (OXCT1) ist ein Schlüsselenzym des Ketonkörperstoffwech-sels, das bei Über- und Unterangebot von Nährstoffen eine wesentliche Rolle spielt. Ziel dieser Arbeit war es, die Hypothese zu testen, ob Varianten (Single Nucleotide Polymor-phism (SNP)), im OXCT1-Gen mit Adipositas, Typ 2 Diabetes und Stoffwechselparametern assoziiert sind. Außerdem sollten mögliche Zusammenhänge zwischen der Genexpression von OXCT1 im humanen subkutanen und viszeralen Fettgewebe mit dem Phänotyp sowie Parametern des Glukose- und Lipidstoffwechsels aufgeklärt werden. Dazu wurden 9 SNPs im OXCT1-Gen von 1537 Personen typisiert und die OXCT1 mRNA Expression im Fettgewebe von 636 Personen mit einer großen Spanne von Alter, BMI und Stoffwechselparametern gemessen.

Advances in sequencing technologies constantly improves the throughput andaccuracy of sequencing instruments. Together with this development comes newdemands and opportunities to fully take advantage of the massive amounts of dataproduced within a sequence run. One way of doing this is by analyzing a large set ofsamples in parallel by pooling them together prior to sequencing and associating thereads to the corresponding samples using DNA sequence tags. Amplicon sequencingis a common application for this technique, enabling ultra deep sequencing andidentification of rare allelic variants. However, a common problem for ampliconsequencing projects is formation of unspecific PCR products and primer dimersoccupying large portions of the data sets. This thesis is based on two papers exploring these new kinds of possibilities andissues. In the first paper, a method for including thousands of samples in the samesequencing run without dramatically increasing the cost or sample handlingcomplexity is presented. The second paper presents how the amount of high qualitydata from an amplicon sequencing run can be maximized. The findings from the first paper shows that a two-tagging system, where the first tagis introduced by PCR and the second tag is introduced by ligation, can be used foreffectively sequence a cohort of 3500 samples using the 454 GS FLX Titaniumchemistry. The tagging procedure allows for simple and easy scalable samplehandling during sequence library preparation. The first PCR introduced tags, that arepresent in both ends of the fragments, enables detection of chimeric formation andhence, avoiding false typing in the data set. In the second paper, a FACS-machine is used to sort and enrich target DNA covered emPCR beads. This is facilitated by tagging quality beads using hybridization of afluorescently labeled target specific DNA probe prior to sorting. The system wasevaluated by sequencing two amplicon libraries, one FACS sorted and one standardenriched, on the 454 showing a three-fold increase of quality data obtained. / QC20100907

The world faces severe challenges in providing food security for a growing world population during climate change. This puts pressure on modern agriculture, including adapting crops to new environments and cultivation on less acreage. The tools for adapting crops exist within a species' genetic diversity.  Crop wild relatives (CWR) are wild taxa with a close genetic relationship to our crops. CWRs contain a breadth of genetic adaption for various habitats due to their wide geographical distribution. This invaluable diversity of genes is essential for improving breeding of crops and therefore needs to be sustainably conserved in situ to prevent the loss of the future crop adaptation.  Fragaria vesca appears on the list of priority CWRs for conservation within the Nordic region.  To create an efficient conservation strategy for F. vesca, knowledge about the genetic differences between populations within the Nordic region must be obtained. Therefore, this study aimed to optimise PCR protocol for 10 microsatellite primers in F. vasca. The annealing temperature was successfully optimised for all 10 primer pairs. Two of the primer pairs revealed intra-specific diversity. The study also found support for the earlier discovered genetic divergence between Icelandic and other European populations.