Inherited long-QT syndrome is caused by mutations in HERG gene that are associated with distinct mechanisms of ion channel dysfunction (haploinsufficiency or IKr current suppression). Recently, mutations with a gain of HERG channel dysfunction were reported to cause ventricular fibrillation or short-QT syndrome. In the present work, we performed clinical characterization of arrhythmia patients, genotyping and biochemical analysis of HERG mutants in order to elucidate potential disease mechanisms. Using site-directed mutagenesis, 7 identified mutations were inserted into the WT-HERG cDNA. Western blot was used to analyze mutant HERG glycosylation patterns, immunostaining and confocal laser microscopy was performed to localize mutant proteins in different cell compartments. Heterologous expression in Xenopus oocytes was used to analyze IKr currents with the voltage clamp method. The cellular turnover of mutant HERG channels was assessed with pulse-chase experiments. Mutations in the cytoplasmic domains (PAS and cNBD) and in the voltage sensor are trafficking deficient and were identified in LQT2 patients. Three mutations in the N- and C-terminal linker regions undergo regular trafficking to the plasma membrane and were identified compound heterozygous with one of the other mutations in LQT2 patients or separate in patients with IVF. HERG-mutations are associated with various phenotypes like LQT2 and IVF. It seems that there is a direct correlation between the functionality of the protein region with the clinical and molecular biological phenotype. Mutations in functional regions like the PAS- and cNBD-domain lead to a trafficking defect of the mutant proteins and for that reason to a reduction of Ikr. Mutations in less functional regions like the N and C-terminal linker regions undergo normal trafficking and lead to IVF.

Einleitung: Das p53 Tumorsuppressorgen spielt eine zentrale Rolle für Regulation des Zellzyklus und die Induktion der Apoptose. MDM2, das Protein des mdm2 Gens, bindet an p53, hemmt seine Funktion als Transkriptionsfaktor und bewirkt den raschen Abbau des Proteins. Methode: Gefriergewebe von 178 primären Ovarialkarzinomen wurde mittels PCR, SSCP Single Strand Conformation Polymorphism), DNA-Sequenzierung und Immunhistochemie auf p53 Mutationen (exon 2-11) und p53 Proteinüberexpression untersucht. Das mdm2-Gen wurde an 92 Ovarialkarzinomen, neun Borderline-Tumoren, sechs Cystadenomen und 20 normalen Ovargeweben mittels reverse Transkriptase PCR der Gesamt-RNA und Sequenzierung der mdm2-cDNA auf alternatives RNA-splicing untersucht. Ergebnisse: p53 Mutationen waren in 56% (99/178) und eine p53 Proteinüberexpression in 62% (110/178) der Ovarialkarzinome nachweisbar. Bei p53 Mutationen war die rezidivfreie und Gesamtüberlebenszeit der Patientinnen signifikant kürzer als bei p53 Wildtyp (p=0,029 und p=0,014). Patientinnen mit p53 Überexpression (p=0,001) oder p53 missense Mutationen (p=0,008) waren signifikant häufiger resistent oder refraktär gegen eine Chemotherapie mit Cis- oder Carboplatin und Cyclophosphamid als Patientinnen mit normalem p53. mdm2 alternatives oder aberrantes RNA splicing war in 66/92 (72%) der Ovarialkarzinome, 7/9 (78%) der Borderline-Tumore, 5/6 (83%) der Cystadenome und 11/20 (55%) der normalen Ovargewebe nachweisbar. Eine Gesamtzahl von 30 verschiedenen Splice-Varianten-Sequenzen wurde identifiziert, von denen 22 einen partiellen oder vollständigen Verlust der p53 Bindungsstelle aufwiesen. Bei 28/30 der Sequenzen fand das splicing nicht an Exon/Intron-Grenzen statt, so daß diese als aberrantes Splicing klassifiziert wurden. Eine splice-Variante von 654 bp (mdm2b) wurde in 41% der Ovarialkarzinome, aber nur 11% (1/9) der Borderline-Tumore und 5% (1/20) der normalen Ovargewebe exprimiert. Die Expression von mdm2b in Ovarialkarzinomen korrelierte signifikant mit schlechtem Differenzierungsgrad (p=0,004), Resttumor nach Operation (p=0,004), hoher S-phase-Fraktion (p=0,016) und p53 Proteinüberexpression (p=0,018). Eine kürzere Splice-Variante von 221 bp war in nur 16% der Ovarialkarzinome, 56% der Borderline-Tumore und 40% der normalen Ovargewebe nachweisbar und korrelierte mit frühem Stadium (p=0,017) und längerem Gesamtüberleben (p=0,048) bei Ovarialkarzinom. Zusammenfassung: p53 Alterationen korrelieren in der univariaten Analyse signifikant mit einer Resistenz gegen eine platinhaltige Chemotherapie, frühem Rezidiv und kürzerem Gesamtüberleben bei Ovarialkarzinom. In der multivariablen Analyse ist p53 jedoch kein unabhängiger Prognosefaktor. mdm2 alternatives und aberrantes Splicing sind in Ovarialkarzinomen häufig, kommen aber auch in normalem Ovargewebe vor. Während die Expression der mdm2b Splice-Variante mit histologisch aggressiveren Tumoren assoziiert war, kamen kürzere Splice-Varianten typischerweise in frühen Ovarialkarzinomen und benignen Geweben vor. mdm2 Alterationen stabilisieren möglicherweise das p53 Protein und führen ohne Vorhandensein einer p53 Mutation zu einer Proteinakkumulation in Ovarialkarzinomen. / Objective: The p53 tumor suppressor gene plays a central role in cell cycle regulation and induction of apoptosis. MDM2, the protein of the mdm2 gene, binds to p53, inhibits its transcriptional activity and promotes nuclear export and rapid degradation of the p53 protein. Methods: Frozen tissue of 178 ovarian carcinomas was analyzed for mutations of the p53 gene (exons 2-11) and p53 overexpression by SSCP (Single Strand Conformation Polymorphism), DNA-sequencing and immunohistochemistry. 92 cases of ovarian cancer, nine borderline ovarian tumors, six cystadenomas and 20 normal ovarian tissues were analyzed for mdm2 alternative RNA splicing by reverse transcription of total RNA, nested PCR amplification of mdm2 cDNAs and DNA sequencing of RT-PCR products. Results: p53 mutations were found in 56% (99/178) and p53 protein overexpression in 62% (110/178) of the tumors. Time to progression and overall survival were significantly shortened in patients with p53 mutations compared to wildtype p53 (p=0.029 and p=0.014). Resistance to adjuvant Cis- or Carboplatin chemotherapy was significantly more frequent in patients with p53 overexpression (p=0.001) or p53 missense mutations (p=0.008) than patients with normal p53. mdm2 RNA splicing was seen in 66/92 (72%) of the ovarian carcinomas, 7/9 (78%) of borderline tumors, 5/6 (83%) of benign cystadenomas and 11/20 (55%) of the normal ovarian tissues. A total of 30 splice variant sequences were identified, out of which 22 had a partial or complete loss of the p53 binding site. 28/30 do not splice at exon/intron boundaries and were therefore considered aberrant splice variants. The mdm2b splice variant of 654 bp, which splices out most of the p53 binding domain, was expressed in 41% of ovarian carcinomas, but only in 1/9 (11%) LMP tumors, and 1/20 (5%) of the normal ovaries. Expression of mdm2b in ovarian carcinomas was significantly correlated with poor grade of differentiation (p=0.004), residual tumor after surgery (p=0.004), high S-phase fraction (p=0.016) and p53 protein overexpression (p=0.018). A small splice variant of only 221 bp was present in only 16% of the ovarian carcinomas, but 56% of borderline tumors, and 40% of normal ovarian tissues and was correlated with early stage of ovarian cancer (p=0.017) and longer overall survival (p=0.048). Conclusion: p53 alterations correlate significantly with resistance to platinum-based chemotherapy, early relapse and shortened overall survival in ovarian cancer patients in univariate analysis. In multivariable analysis though, p53 was not an independent prognostic factor. mdm2 alternative and aberrant splicing was found frequently in ovarian tumors but also in normal ovarian tissue. While expression of the mdm2b splice variant was associated with histologically more aggressive ovarian carcinomas, smaller size variants were typically seen in early stage ovarian carcinomas and benign tissues. mdm2 alterations may stabilize p53 protein and cause p53 accumulation in the absence of p53 mutation in ovarian tumors.

Bei der Replikation monotoner DNA - Sequenzen tritt theoretisch ein Vorgang auf, den wir als „Basenkonkurrenz“ bezeichnen: Da sich an jeder Replikations-Stelle mehrere Basenbausteine bewerben, aber immer nur einer benötigt wird, bewerben sich die übrig gebliebenen Bausteine an den jeweils nächsten Replikations - Positionen und erlangen wegen der fortwährenden Beschleunigung durch elektrostatische Anziehung immer größere kinetische Energien. Das führt dazu, dass an einer bestimmten Stelle der replizierenden monotonen Sequenz der eine Partner der Wasserstoffbrückenbindung ein hohes Energieniveau erreicht. Es wird berechnet, dass sich dadurch kurzzeitig eine sehr hohe Bindungsenergie zwischen den beiden Partnern der Wasserstoffbrückenbindung einstellt, wodurch der in dieser kurzen Zeitspanne wirkende DNA-Reparaturmechanismus unterdrückt wird. Die Auswirkungen der hohen Basenkonkurrenz – Energien werden berechnet (hohe Bindungsenergien der Wasserstoffbrückenbindungen, Tunnelvorgänge, irreparable Mutationen). Die Folgen dieser Erscheinung sind Tumorbildung, Alterung, Veränderung der DNA – Struktur, Beeinflussung der Evolution, worauf im Einzelnen eingegangen wird. Es zeigt sich, dass die negativen Auswirkungen der Basenkonkurrenz vorwiegend bei zu niedriger Viskosität des Zellplasmas auftreten.

This work is a revision of the article "Die Kalkulation kalkulierbarer Mutationen” by the same author. In some chapters errors have been corrected in the mathematical representation. Chapters 6 and 7 have been re-edited. In this work, corrected excerpts from "Tumour Physics" and from "Evolution and mutation Physics" are used. To the agencies concerned should be noted.

Bei der Replikation monotoner Sequenzen tritt theoretisch ein Vorgang auf, den wir als „Basenkonkurrenz“ bezeichnen: Da sich an jeder Replikations-Stelle mehrere Basenbausteine bewerben, aber immer nur einer benötigt wird, bewerben sich die übrig gebliebenen Bausteine an den jeweils nächsten Replikations - Positionen und erlangen wegen der fortwährenden Beschleunigung durch elektrostatische Anziehung immer größere kinetische Energien. Das führt dazu, dass an einer bestimmten Stelle der replizierenden monotonen Sequenz der eine Partner der Wasserstoffbrückenbindung ein hohes Energieniveau erreicht. Es wird berechnet, dass sich dadurch kurzzeitig eine sehr hohe Bindungsenergie zwischen den beiden Partnern der Wasserstoffbrückenbindung einstellt, wodurch der in dieser kurzen Zeitspanne wirkende DNA-Reparaturmechanismus unterdrückt wird. Die Auswirkungen der hohen Basenkonkurrenz – Energien werden berechnet (hohe Bindungsenergien der Wasserstoffbrückenbindungen, Tunnelvorgänge, irreparable Mutationen). Die Folgen dieser Erscheinung sind Tumorbildung, Alterung, Veränderung der DNA – Struktur, Beeinflussung der Evolution, worauf im Einzelnen eingegangen wird. Es zeigt sich, dass die negativen Auswirkungen der Basenkonkurrenz vorwiegend bei zu niedriger Viskosität des Zellplasmas auftreten.:1. Basenkonkurrenz 3 1.1. Basenkonkurrenz während des Replikationsvorganges 3 1.2. Der Einfluss der Viskosität des Zytoplasmas 6 1.3. Berechnung der Energiestufen Tk 7 2. Auswirkungen der Basenkonkurrenz auf tautomere Basenpaare 8 2.1. Berechnung der Bindeenergie der Wasserstoffbrückenbindung 8 2.1.1. Normierung der Wellenfunktionen und 12 2.1.1.1.Wasserstoff im Grundzustand (1s) 12 2.1.1.2. Wasserstoff im angeregten Zustand (2p) 13 2.1.1.3. Akzeptor im Grundzustand 13 2.1.2. Darstellung der Energieflächen 14 2.1.3. Berechnung der Bindeenergie, wenn beide Partner sich im Grundzustand befinden 15 2.1.4. Berechnung der Bindeenergie, wenn sich der Acceptor im Grundzustand und der Wasserstoff im angeregten Zustand 2p befindet 18 2.2. Falschpaarung durch Basenkonkurrenz bei tautomeren Basenpaaren 20 2.3. Abklingzeit der Basenkonkurrenz – Energie 21 2.4. Entstehung, Vererbung und Löschung eines „Gedächtnisses“ vorgeschädigter DNA 22 2.4.1. Entstehung 22 2.4.2. Vererbung 22 2.4.3. Löschung 22 3. Auswirkung der Basenkonkurrenz auf die DNA – Struktur 23 4. Tunnelvorgänge in biologischen Wasserstoffbrückenbindungen 26 4.1. Berechnung der Tunnel – Wahrscheinlichkeit 27 4.1.1. Ab–initio–Berechnung der Tunnel –Wahrscheinlichkeit 27 4.1.2. Der Protonenstrom 33 4.1.3. Der Einfluss der Temperatur 36 4.1.4. Berechnung der Tunnel – Wahrscheinlichkeit in Wasserstoffbrückenbindungen bei parabelförmigem Potenzialverlauf. 37 4.1.5. Berechnung des Mindestabstandes zwischen der Gesamtenergie E und dem Potenzialwall der Wasserstoffbrückenbindung 43 4.1.6. Berechnung der Größe 16/R 44 4.1.7. Die Änderung der Tunnel – Wahrscheinlichkeit durch Temperatur – und Energieänderung. 46 5. Zufällige Änderung der Basenverteilung der DNA während der Replikation 49 5.1. Aufzählung aller möglichen Verteilungen 49 5.2. Aufzählung aller günstigen Verteilungen und die Chance des Auftretens hoher Basenkonkurrenz – Energie 51 6. Die Total – Wahrscheinlichkeit der durch Basenkonkurrenz verursachten Mutation 53 7. Interpretation der Gleichung (93) 55 8. Evolution und Physik 58 9. Mutation und Physik innerhalb kleinerer Zeiträume 58 10. Zusammenfassung 59 Literaturverzeichnis 60

Die b -Thalassämie gehört weltweit zu den häufigsten monogenen Erbkrankheiten. Die Thalassämien treten endemisch in der Bevölkerung des Mittelmeerraumes, in Westafrika und in weiten Teilen Asiens auf. In der einheimischen Bevölkerung der Bundesrepublik Deutschland gehört die homozygote Form der b -Thalassämie zu den seltenen Erkrankungen. Häufiger ist das Auftreten der heterozygoten Form, die als Differentialdiagnose der mikrozytären, hypochromen Anämie eine besondere Rolle spielt. Blutproben von 214 deutschen Personen mit einer heterozygoten b -Thalassämie wurden mittels Allel-spezifischer Oligonukleotid-Hybridisierung, Restriktionsanalyse und direkter Sequenzierung PCR-amplifizierter DNA analysiert. Insgesamt konnten 96,3 % (206/214) der Proben molekular charakterisiert werden. Die mediterranen Mutationen stellen einen Anteil von etwa 2/3 aller identifizierten Veränderungen, häufig sind insbesondere NS 39, IVS1-110 G ® A und IVS1-1 G ® A. Das übrige Mutationsspektrum setzt sich aus sehr seltenen Mutationen (IVS1-1 G ® T, IVS1-2 T ® G, IVS1-2 T ® C, NS 15 G ® A, NS 121 G ® T, FS 8/9 +G, FS 44 -C, FS 51 -C, FS 82/83 -G, Initiations-Kodon-Mutationen ATG ® ACG/ ® GTG/ ® ATA) und einer neuen Mutation (IVS1-129 A ® G) zusammen. In 6 Fällen konnte nach vollständiger molekularer Analyse kein Gendefekt als Ursache der b -Thalassämie gefunden werden. Diese Probanden könnten b -Thalassämiedeterminanten tragen, die nicht an den b -Globingen-Komplex gekoppelt sind oder regulative Sequenzen außerhalb des b -Globingens darstellen. Die erhobenen Daten zeigen, daß der Ursprung der b -Thalassämie in der deutschen Bevölkerung in den Mittelmeerländern liegt, ein Drittel der Fälle scheint sich jedoch lokal entwickelt zu haben. / The b -thalassemia belongs to the most common monogenic disorders worldwide. Endemically in the Mediterranean population, some parts of Asia and Western Africa, b -thalassemia is a rare disease in Germany. Nevertheless, heterozygous forms of b -thalassemia minor occur more frequently in the German population and should be considered in the differential diagnosis of hypochromic anemia. To investigate the molecular biological background of b -thalassemia in Germany, 214 non-immigrant German individuals suffering from heterozygous b -thalassemia were characterized by allele-specific oligonucleotid hybridization, restriction analysis and sequencing of the b -globin gene. By these techniques, 26 different mutations were identified. Most frequently, the Mediterranean mutations NS 39, IVS1-110 G ® A, and IVS1-1 G ® A were detected. Although otherwise rare, the frameshift mutation of codon 83 (FS 83 -G) was also relatively common (5 %) in the analyzed population. Other previously described mutations (IVS1-1 G ® T, IVS1-2 T ® G, IVS1-2 T ® C, NS 15 G ® A, NS 121 G ® T, FS 8/9 +G, FS 44 -C, FS 51 -C, initiation codon mutation ATG ® ACG/ ® GTG/ ® ATA) were demonstrated in < 10 individuals. Interestingly, sequence analysis identified a novel mutation affecting position -2 of the splice acceptor site (IVS1-129 A ® G). In 6 individuals diagnosed as heterozygous b -thalassemia, a mutation of the b -globin gene could not be demonstrated. The data indicate the b -thalassemia to be introduced from the Mediterranean population into Germans in two-thirds of the cases whereas the remaining third probably is of local origin.

Bei der Replikation monotoner Sequenzen tritt theoretisch ein Vorgang auf, den wir als „Basenkonkurrenz“ bezeichnen: Da sich an jeder Replikations-Stelle mehrere Basenbausteine bewerben, aber immer nur einer benötigt wird, bewerben sich die übrig gebliebenen Bausteine an den jeweils nächsten Replikations - Positionen und erlangen wegen der fortwährenden Beschleunigung durch elektrostatische Anziehung immer größere kinetische Energien. Das führt dazu, dass an einer bestimmten Stelle der replizierenden monotonen Sequenz der eine Partner der Wasserstoffbrückenbindung ein hohes Energieniveau erreicht. Es wird berechnet, dass sich dadurch kurzzeitig eine sehr hohe Bindungsenergie zwischen den beiden Partnern der Wasserstoffbrückenbindung einstellt, wodurch der in dieser kurzen Zeitspanne wirkende DNA-Reparaturmechanismus unterdrückt wird. Die Auswirkungen der hohen Basenkonkurrenz – Energien werden berechnet (hohe Bindungsenergien der Wasserstoffbrückenbindungen, Tunnelvorgänge, irreparable Mutationen). Die Folgen dieser Erscheinung sind Tumorbildung, Alterung, Veränderung der DNA – Struktur, Beeinflussung der Evolution, worauf im Einzelnen eingegangen wird. Es zeigt sich, dass die negativen Auswirkungen der Basenkonkurrenz vorwiegend bei zu niedriger Viskosität des Zellplasmas auftreten.

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Bei der Replikation monotoner DNA - Sequenzen tritt theoretisch ein Vorgang auf, den wir als „Basenkonkurrenz“ bezeichnen: Da sich an jeder Replikations-Stelle mehrere Basenbausteine bewerben, aber immer nur einer benötigt wird, bewerben sich die übrig gebliebenen Bausteine an den jeweils nächsten Replikations - Positionen und erlangen wegen der fortwährenden Beschleunigung durch elektrostatische Anziehung immer größere kinetische Energien. Das führt dazu, dass an einer bestimmten Stelle der replizierenden monotonen Sequenz der eine Partner der Wasserstoffbrückenbindung ein hohes Energieniveau erreicht. Es wird berechnet, dass sich dadurch kurzzeitig eine sehr hohe Bindungsenergie zwischen den beiden Partnern der Wasserstoffbrückenbindung einstellt, wodurch der in dieser kurzen Zeitspanne wirkende DNA-Reparaturmechanismus unterdrückt wird. Die Auswirkungen der hohen Basenkonkurrenz – Energien werden berechnet (hohe Bindungsenergien der Wasserstoffbrückenbindungen, Tunnelvorgänge, irreparable Mutationen). Die Folgen dieser Erscheinung sind Tumorbildung, Alterung, Veränderung der DNA – Struktur, Beeinflussung der Evolution, worauf im Einzelnen eingegangen wird. Es zeigt sich, dass die negativen Auswirkungen der Basenkonkurrenz vorwiegend bei zu niedriger Viskosität des Zellplasmas auftreten.