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.

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.

Die ALS ist eine fortschreitende neurodegenerative Erkrankung, deren Symptome durch den Untergang der Motoneuronen bedingt sind. Neueste zytogenetische Untersuchungen zeigen ein vermehrtes Auftreten konstitutioneller Chromosomenveränderunge bei ALS-Patienten. Dies lässt eine Verbindung zwischen dem Ausbruch der Erkrankung und der auffälligen Zytogenetik vermuten. Das Auftreten spontaner Chromosomenveränderungen als Zeichen einer chromosomalen Instabilität wurde in der vorliegenden Arbeit an ALS-Patienten untersucht. METHODE: Neben der Karyotypisierung, der Bestimmung der SCE-Rate und der Bruchrate nach Behandlung mit Bleomycin kam die Fluoreszenz in situ Hybridisierung zum Einsatz. Die Untersuchungen wurden an Patienten mit sporadischer ALS (45), an Kontrollpersonen (38) und Verwandten (9) durchgeführt. ERGEBNISSE: Die Karyotypisierung ergab bei den Patienten eine spontane Translokationsrate von 0,02 Translokationen/Zelle (t/Z), bei den Kontrollen 0,04 t/Z. Weitere numerische oder strukturelle Auffälligkeiten waren nicht signifikant verschieden. Es wurden keine konstitutionellen Chromosomenaberrationen gefunden. Die Häufigkeit der Schwesterchromatidaustausche (SCE-Rate) bewegte sich mit 7-8 SCE/Z in der Patientengruppe innerhalb der Normwerte. Durch die Zugabe von Bleomycin in die Zellkultur stieg die Zahl der Chromatidbrüche von 0,0 auf 0,8 Brüche/Z an. Dabei zeigten die untersuchten Gruppen ähnliche Progredienzen in den Bruchraten. Mit der Fluoreszenz in situ Hybridisierung werden quantitative Aussagen über spontane Translokationsraten gemacht. Sie betrug in der Kontroll-und Patientengruppe 0,03 bis 0,04 t/Z. DISKUSSION: Die vorliegenden Ergebnisse liefern keinen Anhalt für eine chromosomale Instabilität als Risikofaktor für die Entstehung der sporadischen ALS. Indizien für eine chromosomale Instabilität wie erhöhte Bruchraten und SCEs als auch vermehrtes Auftreten somatischer Aberrationen konnten bei den ALS-Patienten nicht nachgewiesen werden. Über mögliche Auffälligkeiten in den Motoneuronen lässt sich allerdings mit den Untersuchungen an Blutlymphozyten keine hinreichend sichere Aussage machen. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive neurodegenerative disease which is characterized by the degeneration of motor neurons. Recently, a high rate of constitutional structural chromosomal rearrangements has been reported in apparently sporadic ALS patients. It remains questionable whether or not these genomic rearrangements are caused by a chromosomal instability involved in the pathogenesis of the disease. Therefore, we performed different cytogenetic studies on chromosomal instability. METHOD: We performed chromosome analyses from patients (N=45), control subjects (N=38), and relatives (N=9) after culturing blood lymphocytes. Conventional chromosome analysis after GTG-banding, chromosomal breakage test after Bleomycin treatment, the rate of sister chromatid exchange (SCE), and whole chromosome painting were used for these analyses. RESULTS: Neither karyotyping nor whole chromosome painting revealed higher levels of structural or numerical aberrations in lymphocytes of patients with sALS. After karyotyping we found 0.02 t/cell in patients and 0.04 t/cell in controls. Whole chromosome painting revealed 0.04 t/cell in patients and 0.03 t/cell in controls. The chromosomal breaks increased likewise after Bleomycin treatment in the control group and the patient group as well. Cell cultures without Bleomycin did not show any breaks while the highest Bleomycin concentration induced up to 0.08 breaks/cell. The SCE rate in patients which corresponds to the chromatid repair activity did not rise to a higher level than in the control individuals. Both groups were in the normal range of 7 to 8 SCE/cell. DISCUSSION: The pathomechanism of neurodegeneration in ALS patients is still unknown. We tried to find a cytogenetic correlative being a risk factor for the development of ALS. However, so far there is no clue for chromosomal instability being involved in the neurodegenerative process.