Les cellules souches embryonnaires (ES) et induites à la pluripotence (iPS) portent de grands espoirs pour la médecine régénératrice du fait de leur capacité d’auto-renouvellement et de différenciation. Une question cruciale est de savoir comment ces cellules mettent en place et maintiennent l’épigénome pluripotent. Les cellules ES et iPS ont un cycle cellulaire particulier, avec un temps de doublement rapide, une phase G1 courte et une phase S représentant 60-70% du cycle cellulaire. Au cours de ce projet, nous avons essayé de voir si les chromosomes dans les cellules ES murines et humaines étaient répliqués de façon particulière qui aiderait à maintenir l’état pluripotent.Les chromosomes mammifères sont dupliqués grâce au recrutement de ~20000 origines de réplication qui sont organisés dans des clusters. Ces clusters forment des foyers de réplication qui sont régulés dans le temps pendant la phase S et dans l’espace nucléaire. Certains de ces domaines topologiques changent leur timing de réplication pendant la différenciation ou la reprogrammation. Néanmoins les mécanismes exacts impliqués dans ce processus et leurs conséquences sur l’expression génique ne sont pas connus.Nous avons étudié la dynamique de réplication dans des cellules pluripotentes murines et humaines à l’échelle de molécules individuelles par la technique de peignage moléculaire de l’ADN. Nous avons comparé les vitesses de fourches, les distances inter-origines et la densité de fourches dans des cellules différenciées (MEF) et pluripotentes (mES), ainsi que pendant la différenciation de ces dernières. Les vitesses de fourches de réplication sont légèrement moins élevées dans les cellules souches embryonnaires que dans les fibroblastes (1.8 vs 2.0 kb/min), et les distances inter-origines intra-cluster sont équivalentes. Par contre, la densité globale instantanée de fourches est divisée par deux dans les cellules ES (1 fourche/Mb) par rapport aux fibroblastes. Un résultat similaire est retrouvé dans les cellules souches embryonnaires humaines (H9) comparées aux fibroblastes (BJ).Afin de tester si cette densité de fourches basse est compensée par un allongement de la phase S, nous avons développé une technique basée sur deux marquages aux analogues de la thymidine. Elle permet une mesure de la durée de la phase S sur des populations asynchrones de cellules. Nous avons trouvé que la phase S a la même durée dans les cellules mES et MEF (~8.4h). Une question intéressante est donc comment les cellules ES peuvent répliquer la même quantité de l’ADN, dans la même durée mais en utilisant deux fois moins de fourches ? Nous proposons que la plus faible densité instantanée en origines serait compensée par une fréquence plus élevée de l’activation des foyers de réplication. Cette fréquence élevée pourrait participer au maintien de la structure épigénétique responsable de la pluripotence ou de l’auto-renouvellement. / Embryonic stem (ES) and induced pluripotent stem (iPS) cells have a great potential for regenerative medicine due to their capacity to self-renew indefinitely and to generate multiple cell types, but the key question of how they establish and maintain a pluripotent epigenome is not resolved. Interestingly all ES and iPS cells display a peculiar cell cycle with rapid doubling time, very short G1, and S phase representing 60-70% of the total cell cycle. In this work we tried to see whether chromosomes in mouse and human ES cells are replicated in a special way that might be used to set up the pluripotency state or to define cell identity. Mammalian genomes are duplicated by the firing of ~20,000 replication origins, organized in ~3000 small clusters forming replication foci that are spatially and temporally regulated during S phase. It has been shown that many of these topologically-associated domains change their replication time upon cell differentiation or reprogramming, but the exact mechanisms involved remain poorly understood. Here we used DNA combing to compare fork velocity (FV), local inter-origin distances (IOD) and global instant fork density (GIFD) between pluripotent mouse ES cells and fibroblasts (MEF), as well as during the differentiation of mES cells into embryoid bodies (EB) and neural precursors. We found that FV is slightly reduced (1.8 vs 2.0 kb/min) and IOD basically unchanged in mES compared to MEF. In contrast GIFD, which represents the density of forks active at any moment during S phase, shows a strong reduction from 2 forks/Mb in MEF to 1 fork/Mb in mES cells. We found a similar drop in GIFD in human ES cells (H9) compared to fibroblasts (BJ). To test whether this lower fork density is compensated by an extension of S phase, we developed a dual pulse/chase protocol to measure S-phase length in asynchronous populations by FACS. Using this assay, we found that S-phase length is identical (~8.4 hr) in both mES and MEF cells, despite the GIFD drop in the former. This raises an interesting question: how can ES cells replicate the same amount of DNA, in the same time and with similar fork velocity, but using a 2-fold lower instant fork density? We propose that the lower GIFD (amplitude) is compensated by a higher frequency of replication foci activation, which is not detected by the GIFD pulse protocol. This higher frequency of replication foci activation could play a role in the establishment and/or maintenance of a chromatin structure permissive for pluripotency or self-renewal.

<b>Asymptotic cones.</b> A finitely generated group has a word metric, which one can scale and thereby view the group from increasingly distant vantage points. The group coalesces to an "asymptotic cone" in the limit (this is made precise using techniques of non-standard analysis). The reward is that in place of the discrete group one has a continuous object "that is amenable to attack by geometric (e.g. topological, infinitesimal) machinery" (to quote Gromov). We give coarse geometric conditions for a metric space X to have N-connected asymptotic cones. These conditions are expressed in terms of certain filling functions concerning filling N-spheres in an appropriately coarse sense. We interpret the criteria in the case where X is a finitely generated group &Gamma; with a word metric. This leads to upper bounds on filling functions for groups with simply connected cones -- in particular they have linearly bounded filling length functions. We prove that if all the asymptotic cones of &Gamma; are N-connected then &Gamma; is of type F_N+1 and we provide N-th order isoperimetric and isodiametric functions. Also we show that the asymptotic cones of a virtually polycyclic group &Gamma; are all contractible if and only if &Gamma; is virtually nilpotent. <b>Combable groups and almost-convex groups.</b> A combing of a finitely generated group &Gamma; is a normal form; that is a choice of word (a combing line) for each group element that satisfies a geometric constraint: nearby group elements have combing lines that fellow travel. An almost-convexity condition concerns the geometry of closed balls in the Cayley graph for &Gamma;. We show that even the most mild combability or almost-convexity restrictions on a finitely presented group already force surprisingly strong constraints on the geometry of its word problem. In both cases we obtain an n! isoperimetric function, and upper bounds of ~ n² on both the minimal isodiametric function and the filling length function.

In the cooperative communications, the users relay each other¡¦s signal and thus forming multiple transmission paths to the destination and therefore the system can achieve spatial diversity gain. Decode-and-forward and amplify-and-forward are the most popular relaying strategies in the literature due to their simplicity. However, in practice, cooperative users acting as relays may not always normally operated or trustworthy. When the relay misbehavior is present in the cooperative networks, the communication performance may degrade dramatically and the users may be even better off without cooperation. Therefore, it is necessary for the destination to determine the misbehaving relays and to take appropriate actions to ensure that cooperative advantages are preserved. In this thesis, we focus on developing a misbehaving relay detection method to detect whether or not the system is in the presence of some misbehaving relays. After performing misbehaving relay detection, the destination removes the signals from the un- reliable paths and then uses maximal ratio combing to achieve spatial diversity. The simulation results conducted by the thesis show that the proposed method is more robust as compared with those without employing misbehaving relay detection when the system is in the presence of some misbehaving relays.

In the cooperative communications, the users relay each other's signal and thus form multiple transmission paths to the destination and therefore the system can achieve spatial diversity gain. Most studies in the literature assumed that cooperative users acting as the relays are normally operated and trustworthy. However, this may not always be true in practice. When the relay misbehaviors are present in the cooperative communications, the communication performance may degrade dramatically and the users may be even better off without cooperation. Therefore, it is necessary for the destination to determine the misbehaving relays and to take appropriate actions to ensure that cooperative advantages are preserved. This thesis considers both models in which the cooperative communications are with direct path (WDP) and without direct path (WODP). Utilizing the proposed Kolmogorov-Smirnov test mechanism, the destination identifies the misbehaving relays within the cooperative communications and then excludes their transmitting messages when performing the diversity combining to infer the symbols of interest sent by the source. In addition, this thesis provides the bit error rate (BER) analysis of the cooperative communications employing the proposed misbehaving relay detectors. The simulation results demonstrate that the proposed methods have robust performance when the relay misbehaviors are present in the cooperative communications.

L'instabilité chromosomique, marque des cellules tumorales, peut trouver sa source dans un défaut d'initiation de la réplication. Ceci a été illustré chez la levure Saccharomyces cerevisiae et concorde avec l'observation de mutations de régulateurs de la transition G1/S dans un grand nombre de tumeurs. Toutefois, les mécanismes par lesquels cette instabilité survient n'ont pas encore été clairement définis. Pour résoudre cette question, nous avons utilisé le mutant de levure cdc6-1 où la formation des complexes pré-réplicatifs est graduellement affectée avec l'augmentation de la température. Nous avons mis en évidence que l'allongement de la durée de la réplication qui en suit induit des cassures de l'ADN (DSB) seulement à l'entrée en mitose. Par combinaisons de mutants, nous avons vu que la condensation des chromosomes est en partie responsable de ces DSB. Ces DSB sont signalées à la cellule via la protéine Rad9, protéine adaptatrice du checkpoint de dommages à l'ADN. De façon concordante, nous avons observé une activation de la protéine effectrice de ce checkpoint Rad53 à l'entrée en mitose. La viabilité des cellules cdc6-1 repose sur les protéines de checkpoint Chk1 et Rad53 ainsi que sur la présence de cohésines et des topoisomérases Top2 et Top3. Selon nous, la réplication prolongée par diminution du nombre d'origines n'est pas détectée par les cellules comme un stress réplicatif. Lors de l'entrée en mitose, la condensation des chromosomes transformerait les fourches de réplication en structures reconnues et clivées par les nucléases Mus81-Mms4 et Yen1, qui sont activées en mitose, dirigeant ces régions sous-répliquées vers la réparation par recombinaison. Ce sont les coupures induites en mitose, non la progression des fourches, qui activent le checkpoint. Nous proposons que la sous-réplication de segments d'ADN consécutive à un défaut de licensing des origines favorise la recombinaison non homologue et génère l'instabilité chromosomique, à l'image des sites fragiles communs qui sont le siège de remaniements récurrents lors de la cancérogenèse. / Chromosome instability (CIN), a hallmark of cancer cells, can take its roots in the G1 phase of the cell cycle, when replication origins are licensed. This has been illustrated in the yeast Saccharomyces cerevisiae and is consistent with the fact that a vast number of tumors presents mutations in G1/S transition regulators. However the mechanisms by which this instability occurs are still not well established. Using the yeast cdc6-1 mutant in which preRC formation can be decreased gradually with temperature, we show that cells replicating from fewer origins undergo massive DNA double-strand break (DSB) formation in mitosis. Blocking mitotic entry by Swe1 overexpression or Clb1-4 depletion, and inactivation of Cdc5 (Polo) both suppress DSB formation in cdc6-1 cells, demonstrating that DSBs do not stem from collapsed forks but are actively induced during mitosis. DSB formation is dependent on chromosome condensation and the Mus81-Yen1 structure-specific endonucleases. These DSBs then trigger the Rad9 DNA damage checkpoint. Accordingly, Rad53 phosphorylation is detected only after entry into mitosis. We propose that cells replicating their DNA from fewer origins enter mitosis undetected, then condense their chromosomes and cleave unreplicated regions by Mus81-Yen1 for repair by recombination. The viability of cdc6-1 cells at semi-permissive temperature relies on Chk1 and Rad53, as well as on cohesins and topoisomerases Top2 and Top3. Cleavage of under replicated DNA segments in mitosis may favor non-homologous repair pathways leading to chromosome rearrangements, as seen for common fragile sites that co-localize with recurrent breakpoints in cancer.

La dystrophie facio-scapulo-humérale (FSHD) est une maladie autosomique dominante fréquente et mystérieuse sur le plan clinique, moléculaire, et physiopathologique. Elle se caractérise par une atteinte sélective facio-scapulo-humérale débutant à l'adolescence et d'évolution descendante mais la variabilité clinique est extrême et les défauts de pénétrance existent. La FSHD1 définit le phénotype FSHD associé à la contraction du macrosatellite répété D4Z4 dans la région subtélomérique 4q35, à moins de 11 unités répétées. Plusieurs variants génomiques associés en cis et constituant des haplotypes permissifs sont requis pour le développement de la FSHD. La FSHD2 est un variant épigénétique de la FSHD1 qui n'est pas associé à la contraction de D4Z4. La physiopathologie de la FSHD fait intervenir des mécanismes épigénétiques complexes encore mal connus. Aucun gène majeur n'a fait preuve de sa responsabilité, même si le rétrogène DUX4 contenu dans D4Z4 semble contribuer à la pathogenèse. La méthode diagnostique universelle, le Southern blot sur ADN génomique, est insatisfaisante car elle pose des difficultés techniques et de nombreux problèmes d'interprétation, notamment dans les cas complexes des variants non canoniques tels les mosaïques somatiques, les translocations de D4Z4, les délétions proximales. Dans ce travail, nous avons mis au point une nouvelle approche diagnostique basée sur la technique du peignage moléculaire de l'ADN génomique. Cette technologie a pour principe d'étirer uniformément et de fixer les molécules d'ADN sur une lame, et d'hybrider des sondes fluorescentes dont la combinaison détermine un code-barre génomique spécifique de la région d'intérêt. / Facio-Scapulo-Humeral Dystrophy (FSHD) is one of the most common muscular dystrophy with selective involvement of facial and scapular fixator muscles starting in teenage and a descending progression. Inheritance is autosomal dominant, with frequent de novo cases, extreme clinical variability and incomplete penetrance. FSHD1 is defined by the FSHD phenotype associated with the contraction of the polymorphic macrosatellite repeat D4Z4 on chromosome 4q35. In FSHD patients, several genomic factors have to co-segregate including a reduced number of D4Z4 copies fewer than 11 units and genomic variations in cis all together defining permissive haplotypes. FSHD2 is an epigenetic variant, which is not associated with contraction of D4Z4. Pathogenesis of FSHD is complex and involves epigenetic mechanisms still not well known. Inappropriate expression of the retrogene DUX4 has been recently implicated in the pathogenesis of FSHD. The most common diagnostic method, based on Southern blotting of genomic DNA is unsatisfactory because of the numerous problems in interpreting the results, particularly in complex cases such as somatic mosaics, translocated D4Z4 arrays, and proximal deletions. We developed a novel diagnostic approach based on molecular combing of genomic DNA. In this technology, hundreds of single molecules of DNA are uniformly combed and fixed on a slide and subsequent hybridized with a set of fluorescent probes. The combination of specific probes determines a genomic morse code that is specific of the genomic region of interest. Molecular combing allows visualizing large regions of genomic DNA with a high resolution (1 kb) at the scale of a single molecule.

Leishmania est un parasite eucaryote divergent responsable d’un large spectre de maladies à travers le monde. Ce parasite est caractérisé par une aneuploïdie mosaïque, constitutive, c’est-à-dire qu’au sein d’une population chaque cellule comporte une combinaison unique de mono-, di- et trisomies de chacun de ses 36 chromosomes. L’aneuploïdie mosaïque est générée et maintenue chez les générations suivantes grâce à un taux élevé de répartition asymétrique des chromosomes lors de la mitose, entrainant le gain ou la perte de chromosomes entiers. Ceci implique une régulation non-conventionnelle de la réplication, suivie d’une ségrégation permissive des chromosomes.L’objectif général de cette étude était de comprendre la dynamique de la réplication de l’ADN ainsi que de cartographier les sites d’initiation de la réplication chez Leishmania, en utilisant la technique du peignage moléculaire d’une part et celle du ChIP-seq d’une autre part. Nous avons ainsi pu caractériser les différents paramètres de progression de la fourche de réplication. Un des résultats majeurs qui ressort de cette étude est que Leishmania possède les plus grandes distances inter-origines et la plus grande vitesse de réplication parmi les autres eucaryotes déjà étudiés. Nous avons également pu estimer que le génome de Leishmania possède environ 168 origines de réplication. Afin d’étudier les acteurs impliqués dans la réplication de l’ADN chez Leishmania, nous avons développé l’outil génétique CRISPR/Cas9. Pour développer cet outil, nous avons basé notre approche sur une stratégie à deux vecteurs : l’un permet l’expression du single guide (sg)RNA et l’autre celle de l’endonucléase Cas9. La validation de cet outil génétique a été réalisée par le knock-out du locus PFR2 codant une protéine flagellaire. Dans un second temps, nous avons fait évoluer le CRISPR/Cas9 vers un système inductible pour réaliser les knock-out et des étiquetages au locus endogène de protéines d’intérêt. Nous avons utilisé ce nouveau système pour étudier la fonction de deux protéines potentiellement impliquées dans le complexe de reconnaissance des origines de réplication. Malgré une fuite du système, nous avons pu réaliser le KO des gènes Orc1b et Orc1/Cdc6 et suivre la progression du cycle cellulaire. Nous avons pu constater que la perte de ces gènes conduisait à un défaut de croissance ainsi qu’à l’apparition de cellules sans noyau. L’insertion d’une étiquette au locus endogène d’Orc1b nous a parmi de confirmer la localisation que nous avions obtenue avec une construction épisomale et va permettre d’étudier plus précisément le rôle de cette protéine.En conclusion, nous avons mis en évidence des paramètres de réplication originaux et démontré, en utilisant le CRISPR/Cas9, que les protéines Orc1b et Ocr1/Cdc6 étaient impliquées dans la duplication du noyau de Leishmania, ce qui est en accord avec leur rôle putatif dans la réplication de l’ADN. / Leishmania, a protozoan parasite which causes a large range of diseases worldwide, is characterized by a constitutive 'mosaic aneuploidy', i.e. each cell in a population possesses a unique combination of mono-, di- and trisomies for each of its 36 heterologous chromosomes. Mosaic aneuploidy is generated and maintained via high rates of asymmetric chromosomal allotments during mitosis, leading to the gain or loss of whole chromosomes. This implies an unconventional regulation of the replication, followed by a permissive segregation.The main objective of this study was to unravel DNA replication dynamics and to map the replication initiation sites in Leishmania using DNA combing and ChIP-seq analyses. First, we have characterized DNA replication fork parameters. One of the major findings of this study was that Leishmania exhibits the fastest replication speed and the largest interorigin distances among the eukaryotes tested so far. We have also estimated that the Leishmania major genome possesses 168 origins of replication.To study the actors involved in DNA replication, we first had to develop novel genetic tools. The CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats and CRISPR associated endonuclease 9) system is a recently discovered powerful technique for genome editing. In order to adapt this system to Leishmania, we have chosen a two-plasmid strategy: one for the expression of the single guide (sg) RNA and a second for the expression of the endonuclease CAS9. The proof of concept has been based on the disruption of the paraflagellar rod-2 (PFR2) loci by the CRISPR-Cas9 system. In a second attempt, we have developed an inducible CRISPR-Cas9 system, both to obtain knock outs and to perform marker-free endogenous gene tagging. We used the system to investigate the function of Origin Recognition Complex proteins. Although the system was leaky, the genome was edited as expected. We thus deleted Orc1b and Orc1/Cdc6 and monitored the cell cycle progression of the parasite. We found that the depletion of these nuclear proteins lead to a growth defect and to the appearance of zoids (anucleated cells). The endogenous tagging of Orc1b confirmed the localization previously obtained using an episomal expression vector, and will allow further investigation on the role of this protein.In total, we have shown the presence of original replication dynamics parameters in Leishmania, and using CRISPR Cas9, we have demonstrated that Orc1b and Orc1/Cdc6 are involved in the nuclear duplication of Leishmania, in agreement with their putative in DNA replication.

Les Penicilliums sont des champignons filamenteux appartenant au genre Ascomycota. Ces champignons ont été utilisés par l’homme pour la production de nourriture depuis des siècles. Plus récemment, ils ont aussi été utilisés dans l’industrie biotechnologique pour la production de composés chimiques d’intérêts pharmaceutiques. Certaines espèces de Penicillium sont par ailleurs des moisissures contaminants certains aliments, d’autres sont des pathogènes de plantes, y compris de certains fruits. Leur génomique est globalement peut connue. Dans cette étude, nous avons analysé les génomes de deux espèces nouvellement séquencées, Penicillium roqueforti et Penicillium camemberti. Nous reportons ici le développement d’une nouvelle méthodologie pour l’amélioration et la validation d’assemblage de génomes en utilisant une technologie permettant l’observation de molécules d’ADN unique, le Peignage Moléculaire. En utilisant cette méthode, nous avons amélioré l’assemblage de Penicillium roqueforti. Ce manuscrit décrit aussi de multiples occurrences d’un transfert horizontal d’un ilot génomique de plus de cinq cent kilobases entre plusieurs Penicillium. Ce cas de transfert horizontal indique une fréquence d’échange latéral de matériel génétique plus forte qu’attendue. Enfin nous présentons un inventaire préliminaire du potentiel génomique pour la production de métabolites secondaires dans ces importants Penicillium alimentaires. / Penicillium are filamentous fungi belonging to the Ascomycota genus. Penicillium species have been used by Man for centuries in food making processes. More recently they have also been used in the biotechnology industry for the production of compounds of pharmaceutical interest. Some Penicillium species are food spoilage agents, pathogens of plants including fruits. Aspects of their genomics are largely unknown. In this study, we analysed the genomes of two newly sequenced species, Penicillium roqueforti and Penicillium camemberti. Here we report the development of a new methodology for improving and validating genome assembly using an original single DNA molecule technology, Molecular Combing. Using this methodology we were able to produce a high quality genome assembly of Penicillium roqueforti. This work also reports the multiple and recurrent horizontal transfer of a large genomic island of over half a megabase between several Penicillium species. This horizontal transfer indicates a higher frequency of lateral genetic exchange between cheesemaking fungi than previously expected. Finally, we present an early assessment of the genomic potential for secondary metabolite production in these important food associated penicilliums.

In response to DNA damage during S phase, cells slow DNA replication. This slowing is orchestrated by the intra-S checkpoint and involves inhibition of origin firing and reduction of replication fork speed. Slowing of replication allows for tolerance of DNA damage and suppresses genomic instability. Although the mechanisms of origin inhibition by the intra-S checkpoint are understood, major questions remain about how the checkpoint regulates replication forks: Does the checkpoint regulate the rate of fork progression? Does the checkpoint affect all forks, or only those encountering damage? Does the checkpoint facilitate the replication of polymerase-blocking lesions? To address these questions, we have analyzed the checkpoint in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe using a single-molecule DNA combing assay, which allows us to unambiguously separate the contribution of origin and fork regulation towards replication slowing, and allows us to investigate the behavior of individual forks. Moreover, we have interrogated the role of forks interacting with individual sites of damage by using three damaging agents—MMS, 4NQO and bleomycin—that cause similar levels of replication slowing with very different frequency of DNA lesions. We find that the checkpoint slows replication by inhibiting origin firing, but not by decreasing fork rates. However, the checkpoint appears to facilitate replication of damaged templates, allowing forks to more quickly pass lesions. Finally, using a novel analytic approach, we rigorously identify fork stalling events in our combing data and show that they play a previously unappreciated role in shaping replication kinetics in response to DNA damage.

Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Grundlagenuntersuchungen zum Aufbau von nanoskopischen Netzwerken aus DNA. Dabei werden zwei Wege verfolgt: Das Stempeln von DNA-Molekülen auf ein Substrat und die Herstellung von Verknüpfungen aus DNA mit Hilfe von Bindeproteinen. Stempeln von DNA-Molekülen In dieser Arbeit wurde ein Beitrag zu den materialwissenschaftlichen Grundlagen des Übertragens von DNA mit der Stempel-Technik erbracht. Hierbei wurden sowohl das Beladen des Stempels durch Molecular Combing als auch die Übertragung der Moleküle durch Transfer Printing unter den speziellen Bedingungen der Verwendung von DNA-Molekülen vertieft untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, gestreckte DNA-Moleküle zielgerichtet in eine mikroelektronische Struktur mit Goldkontakten zu übertragen. Dazu wurde ein Verfahren erarbeitet, bei dem die Kontaktstruktur und ein dazu passender, strukturierter PDMS (Polydimethylsiloxan)-Stempel exakt positioniert werden können. Das Adsorptionsverhalten von DNA auf PDMS wurde in Abhängigkeit vom pH-Wert des Puffers untersucht. Im gesamten pH-Bereich von 4 bis 10 wurde Adsorption mit hoher Belegungsdichte und vollständiger Streckung der Moleküle beobachtet. Diese Beobachtung kann im Rahmen eines phänomenologischen Modells erklärt werden, das auf einer Bilanz der Adsorptionskraft und der für die Streckung der DNA notwendigen Kraft beruht. In der Literatur wird hingegen berichtet, dass bisher nur in einem kleinen pH-Bereich um 5,5 diese hohe Adsorptionsrate gestreckter Moleküle auf einer hydrophoben Oberfläche erreicht werden konnte. Das Adsorptionsverhalten von DNA auf PDMS wurde in Abhängigkeit von der NaCl-Molarität des Puffers untersucht. Es wurde festgestellt, dass mit steigender Salzkonzentration die Belegungsdichte an Molekülen zunimmt und bei ca. 100 mM ein Maximum aufweist. Aus dem Gang der Anzahl der adsorbierten Moleküle mit der Salzkonzentration ist erkennbar, dass dieser Prozess zumindest durch zwei konkurrierende Mechanismen bestimmt ist: der Zunahme der Bindungen zwischen DNA und Substrat aufgrund steigender Adsorption von Na+- Ionen auf der DNA bzw. dem Substrat und von Cl-- Ionen auf dem Substrat (dies führt zu einer Zunahme der Adsorptionsrate) und der Stabilisierung des Doppelstranges (dies führt zu einer Abnahme der Adsorptionsrate). Die hohe Adsorptionsrate geschlossener Plasmide zeigte, dass die Adsorption auf PDMS auch bei DNA-Molekülen möglich ist, die keinen bevorzugten Ort für das Aufschmelzen des Doppelstranges haben. Experimentell konnten die Ergebnisse einer Modellrechnung bestätigt werden, wonach bei doppelsträngiger DNA bereits zwei aufgeschmolzene Basenpaare ausreichen, damit die Adsorption über hydrophobe Wechselwirkungen beginnen kann. Der Nachweis der vollständigen Übertragung der DNA-Moleküle während des Transfers vom Stempel auf das Substrat wurde rasterkraftmikroskopisch geführt. Der Transferprozess wurde experimentell untersucht und daraus resultierend seine Darstellung als zweistufiger Mechanismus vorgeschlagen. Es wurde gezeigt, dass Wassermolekülen beim Übertragungsprozess die entscheidende Rolle zukommt: Wassermoleküle, die sich entlang der DNA befinden, müssen den Kontakt zum Wasserlayer auf dem Glas vermitteln, so dass die DNA nach dem Prinzip des kapillaren Greifens übertragen werden kann. DNA-Verknüpfungen mittels Tet-Repressor-Protein Die aus der bakteriellen Genregulation bekannte sequenzspezifische Bindung zwischen der tetO-Sequenz auf der DNA und dem TetR-Protein wurde genutzt, um definierte Konstrukte aus DNA und Bindeproteinen herzustellen. Mit dem modifizierten Protein scTetRtDL, das zwei Bindedomänen für tetO besitzt, konnten jeweils zwei DNA-Moleküle verknüpft werden. Aus 568 bp-Fragmenten, die leicht außermittig die tetO-Sequenz tragen, wurden durch die Bindung mit scTetRtDL kreuzförmige DNA-Strukturen hergestellt. Das ca. 1 µm lange, linearisierte und tetO-tragende Plasmid pUC19/AV16 wurde verwendet, um größere Strukturen herzustellen. Durch Schneiden des Plasmides mit verschiedenen Restriktionsenzymen und der daraus resultierenden Variation der Position von tetO ist die Konstruktion von unterschiedlichen Strukturen möglich. Mittels Proteinbindung wurden Kreuzungen und aneinander gekettete Moleküle (so genannte Verlängerungen) erzeugt. Die konstruierten DNA-Protein-Komplexe wurden mit dem Rasterkraftmikroskop abgebildet. Mittels Gelelektrophorese wurde der Einfluss der sequenzinduzierten Biegungen im Plasmid pUC19/AV16 auf das Laufverhalten im Gel untersucht.