Die Karzinomentstehung im Kolon lässt sich entsprechend der Adenom-Karzinom-Sequenz u.a. auf die Inaktivierung von Tumorsuppressorgenen zurückführen. Loss of heterozygosity (LOH) in verschiedenen chromosomalen Bereichen konnten bereits mit einer signifikant schlechteren Patientenprognose oder einem schlechteren Ansprechen einer Chemotherapie korreliert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden 2 Multiplex-PCR Reaktionen zur Untersuchung von DNA-Proben etabliert. Anschließend wurden 100 Tumoren in den chromosomalen Regionen 1p32-36, 4p14-16 und 17p12 auf allelische Deletionen untersucht und diese mit der Patientenprognose korreliert. Es konnte ein signifikant schlechteres Überleben bei einem gleichzeitigen Vorliegen von LOH auf den Regionen 4p15.2 (D4S2397) und 17p12 (D17S1303) gefunden werden (p=0,0367). Ferner konnte ein Trend zur schlechteren Prognose bei einem gleichzeitigen Auftreten von LOH in den Regionen 17p12 (D17S1303) und 1p32-36 (HY-TM1) gezeigt werden (p=0,15). Um klinisch nutzbare Untersuchungsverfahren zur Prognosebestimmung bei Patienten mit Kolonkarzinom entwickeln zu können, werden noch weitere molekulargenetische Folgestudien nötig sein. / According to the adenoma-carcinoma-sequence, the carcinogenesis of the colon can be ascribed among other things to the inactivation of tumor suppressor genes. Loss of heterozygosity (LOH) in various chromosomal areas were shown as being associated with a significant worse patient prognosis or a reduced response to chemotherapy. In this work 2 multiplex-PCRs were established to analyze DNA-samples. 100 tumor-samples were scanned for allelic deletions of the chromosomal regions 1p32-36, 4p14-16 and 17p12 and correlated with the prognosis of the patients. There was a significant worse survival when having a coexistent LOH at the regions 4p15.2 (D4S2397) and 17p12 (D17S1303) (p=0,0367). Furthermore there was a trend found for a worse prognosis for patients with a coexistent LOH at 17p12 (D17S1303) and 1p32-36 (HY-TM1) (p=0,15). There are further molecular genetic studies necessary to develop clinical useful tests to estimate the prognosis of a patient with colorectal cancer.

Die progressiven Muskeldystrophien Duchenne (DMD) und Becker (BMD) entstehen durch verschiedene Mutationstypen (Deletionen, Duplikationen, Punktmutationen) im Dystrophin-Gen, welches als größtes Gen des Menschen 79 Exons aufweist und sich auf dem kurzen Arm des X-Chromosoms befindet. Es wurden Daten von 1365 Personen bezüglich der Häufigkeit der Mutationstypen sowie der Verteilung der einzelnen Mutationen auf die Exons des Dystrophin-Gens ausgewertet. Hieraus konnte ermittelt werden, dass sich bei 780 männlichen Patienten mit gesicherter Diagnose zu 65 Prozent Deletionen, 9 Prozent Duplikationen und 26 Prozent Punktmutationen nachweisen ließen. Desweiteren wurde gezeigt, dass sich bei der Verteilung der Deletionen auf das Dystrophin-Gen zwei hot spot Regionen finden, eine größere im Bereich der Exons 45 - 54 und eine kleinere im Bereich 11 - 20. Die Duplikationen weisen eine Häufung der betroffenen Exons am Anfang des Gens auf, wobei Exon 2 am häufigsten das erste betroffene Exon darstellt. Die Punktmutationen dagegen verteilen sich zufällig über das Gen. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass hinsichtlich der Verteilung der gleichen Mutationen auf das Dystrophin-Gen zwischen einer Gruppe von männlichen Patienten und der Gesamtheit aller Probanden einschließlich Konduktorinnen keine Unterschiede bestehen. Dagegen unterschieden sich die verschiedenen Mutationstypen im Vergleich miteinander hinsichtlich ihrer Verteilung auf das Dystrophin-Gen. Bei der Untersuchung der geographischen Verteilung der DMD und BMD konnte lediglich bei den Duplikationen eine Gleichverteilung in Deutschland bestätigt werden. / The progressive muscular dystrophies Duchenne (DMD) and Becker (BMD) originate from different mutation types (deletions, duplications, point mutations) in the dystrophin gene, the biggest human gene, which has 79 exons and is located on the short arm of the X-chromosome. Data of 1365 people were evaluated with regard to the frequency of the mutation types as well as the distribution of mutations over the exons of the dystrophin gene. We found that in 780 male patients with secured diagnosis, there were deletions in 65 percent of the cases, duplications in 9 percent and point mutations in 26 percent. Furthermore it was shown that the distribution of deletions in the dystrophin gene shows two hot spot regions, a larger one in the area of exons 45 - 54 and a smaller one in the area of exons 11 - 20. Duplications showed an accumulation of affected exons at the beginning of the gene, with exon 2 being the first affected exon most often. Point mutations in contrast are distributed over the gene randomly. Moreover it was found out that the distribution of mutations in the dystrophin gene did not differ between a group of male patients and the group of all patients including female carriers, whereas mutation types differed regarding their dissemination over the dystrophin gene. With the analysis of the geographic distribution of DMD and BMD a uniform geographical distribution over Germany could be confirmed merely with duplications.

Der Notch Signalweg spielt während der Embryonalentwicklung eine zentrale Rolle in der Spezifizierung des Zellschicksales, der Proliferation und der Kommunikation benachbarter Zellen. Die Hey bHLH Transkriptionsfaktoren sind Zielgene des Notch-Signalweges und besitzen wichtige Funktionen in der kardiovaskulären Entwicklung. Hey2 Knockout (KO) Mäuse und Hey1/HeyL Doppelknockout-Mäuse (DKO) sind gekennzeichnet durch eine fehlerhafte Ausbildung der Herzscheidewand und der Herzklappen und durch eine unzureichende Differenzierung während der Blutgefäßentwicklung. Ziel dieser Arbeit war es, neue Zielgene der Hey Proteine zu finden, um ihre Funktion in der Organentwicklung und die Ausprägung der Hey KO Maus-Phänotypen besser verstehen zu können. Dazu wurde als Methode eine Kombination aus Microarray-Analyse und Chromatinimmunpräzipitation (ChIP) gewählt, um gleichzeitig einen Überblick über die regulierten Zielgene und der direkt gebundenen Promotoren zu gewinnen. Als Zellkulturmodell wurden HEK293-Zellen genutzt, die doxyzyklin-induzierbar Flag-markiertes Hey1, bzw. Hey2 Protein überexprimieren. Eine Microarray-Analyse nach Überexpression von Hey1, bzw. Hey2 ergab insgesamt ca. 100 bis zu 5-fach herunterregulierte Zielgene und nur für Hey2 15 Gene, die stärker als 2-fach hochreguliert waren. Eine ChIP mit αFlag-Antikörper zeigte eine direkte DNA-Bindung von Hey1, bzw. Hey2, im proximalen Promotorbereich von 4 herunterregulierten Zielgenen (HEY1, BMP2, KLF10 und FOXC1). Ist jedoch die DNA-bindende basische Domäne des Hey1-Proteins deletiert, bzw. durch Aminosäureaustausche (3 Arginine zu 3 Lysine) vermutlich nicht mehr DNA-bindend, kann eine Herunterregulation der Zielgene nach Überexpression der Hey1-Mutanten nicht mehr festgestellt werden. Ebenso kann eine Bindung der Hey1-Mutanten an die ausgewählten Promotoren von HEY1, BMP2, KLF10 oder FOXC1 mit ChIP nicht mehr nachgewiesen werden. Dies deutet darauf hin, dass die basische Domäne essentiell für die DNA-Bindung und für die Funktion der Hey Proteine ist. Mit ChIP-PET und anschließender Hochdurchsatz-Sequenzierung wurde ein genomweiter Screen der Hey1- und der Hey2-Bindungsstellen in HEK293-Zellen durchgeführt. Für Hey1 wurden 1453 Zielgene, für Hey2 4288 Zielgene bestimmt, wobei 1147 Gene gemeinsame Zielgene von Hey1 und Hey2 waren. Obwohl die Bindungsstellen in 5'- und 3'-Richtung von kodierenden Sequenzen und auch in Exons und Introns lokalisiert waren, waren 55 %, bzw. 49 % aller Bindungsstellen für Hey1, bzw. Hey2 im proximalen Promotorbereich von -0,5 kb und im ersten Exon lokalisiert. Eine in silico Analyse des Bindemotivs deutete auf eine repetitive GC-haltige Sequenz hin, die vermutlich in CpG Inseln lokalisiert ist. Diese Ergebnisse weisen auf eine direkte Regulation der Transkriptionsmaschinerie durch die Hey Proteine hin. Ein Vergleich der Zielgene aus den Microarray-Analysen mit den ChIP-PET Daten zeigte einen hohen Anteil an herunterregulierten Genen mit Bindestellen, die direkt von Hey gebunden waren. Während 60 % der herunterregulierten Hey2 Zielgene in der ChIP-PET Analyse eine direkte DNA-Bindung zeigen, weisen nur 20 % der hochregulierten Gene Bindestellen für Hey2 auf. Dies spricht für eine überwiegende Repressorfunktion der Hey Proteine. Um zu überprüfen, inwieweit die Hey Proteine zelltypspezifisch verschiedene Zielgene regulieren, wurden embryonale Stammzellen (ES-Zellen) generiert, die ebenfalls doxyzyklin-induzierbar Hey1, bzw. Hey2 überexprimieren. Diese ES-Zellen konnten effektiv zu Kardiomyozyten differenziert werden, so dass auch in diesen Zellen eine Hey Überexpression induziert und somit eine Genexpressionsanalyse durchgeführt werden konnte. Microarray Analysen der ES-Zellen und Kardiomyozyten ergaben mehr hoch- als herunterregulierte Gene im Vergleich zu HEK293-Zellen. Die Überlappung an gemeinsam regulierten Zielgenen in HEK293, ES-Zellen und Kardiomyozyten war sehr gering. Nur zwei Hey2-Zielgene wurden gleichzeitig in HEK293 und ES-Zellen stärker als 2-fach reguliert (Hes1, Zic2). Diese geringe Überlappung deutet auf ein enges zelltypspezifische Regulationspotential hin. Eine Genontologie-Analyse aller Zielgene zeigte Interaktionen der Hey Proteine mit verschiedenen Signalwegen (z.B. TGFβ-, Id- oder Wnt-Signalweg), die alle unersetzlich in frühen Entwicklungsprozessen sind. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Hey Proteine zelltypspezifisch die Expression von Genen aus verschiedenen Signalwegen beeinflussen und modulieren können. Weiterhin eröffnen diese Daten neue Möglichkeiten für zukünftige Forschung, um die Rolle der Hey Proteine in der frühen Organentwicklung genauer ergründen. / During embryonic development, the Notch signaling pathway plays a central role in cell fate specification, proliferation and communication between neighboring cells. Hey basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factors are targets of the Notch signaling pathway and show crucial functions in cardiovascular development. Hey2 knock out (KO) mice and Hey1/HeyL double knock out mice (DKO) exhibit incomplete formation of the septum and valves in heart development and defects in the differentiation of blood vessels. The aim of this study was to find new target genes of the Hey proteins to further clarify their function during organ development and to get more insight into the phenotypes of the Hey KO mice. Towards this goal, a combination of microarray analysis and chromatin immunoprecipitation (ChIP) was chosen to get an overview of genes directly regulated by Hey proteins in a cell culture model of HEK293 cells overexpressing doxycycline-inducible Flag-tagged Hey1 or Hey2. Microarray analysis revealed approximately 100 target genes that were downregulated up to 5-fold by both Hey1 and Hey2. Interestingly, 15 genes were upregulated more than 2-fold by Hey2. ChIP with αFlag antibody confirmed direct interaction of Hey1 and Hey2 with the proximal promotor regions of 4 downregulated target genes (HEY1, BMP2, KLF10 und FOXC1). Overexpression of mutant Hey1 proteins with deletion of the DNA-binding basic domain or single amino acid exchanges in the basic domain (3 arginine to lysine), failed to downregulate Hey1 target genes. Additionally, ChIP assay demonstrated that the binding of the Hey mutants to the promotor regions of HEY1, BMP2, KLF10 or FOXC1 is abolished, suggesting an essential role for the basic domain in DNA binding and function of the Hey proteins. We then utilized ChIP-PET in conjunction with highthroughput sequencing to perform a genome-wide screen for Hey1 and Hey2 binding sites in HEK293 cells. 1453 and 4288 target genes were identified for Hey1 and Hey2, respectively, of which 1147 genes were targets of both Hey1 and Hey2. Although the binding sites were located upstream and downstream of coding sequences, or even in exons and introns, 55 % and 49 % of all binding sites for Hey1 and Hey2, respectively, were located in proximal promoter regions between -0.5 kb and the first exon. An in silico binding motif analysis suggests a repetitive GC-rich sequence for Hey binding which is probably located in CpG islands, indicating a direct regulation of the transcriptional machinery by the Hey proteins. A comparison of the target genes from microarray analysis and ChIP-PET sequencing data demonstrates a large number of downregulated genes with binding sites that are directly bound by the Hey proteins. While 60 % of Hey2 downregulated genes contain binding sites, only 20 % of upregulated genes have binding sites for Hey2, invoking a repressor function for Hey proteins. To investigate, whether the Hey proteins regulate different target genes in a cell type specific manner, embryonic stem cells (ES cells) were generated which also overexpress doxycycline-inducible Hey1 or Hey2. These ES cells could be differentiated efficiently into cardiomyocytes and thus could also be used for gene expression analysis after induction of Hey overexpression. Microarray analysis of ES cells and cardiomyocytes resulted in more up- than downregulated genes in comparison to HEK293 cells. The overlap of common regulated genes in HEK293, ES cells and cardiomyocytes was very low. Only two Hey2 target genes were regulated more than 2-fold in both HEK293 and ES cells (Hes1, Zic2). This disparity indicates a narrow cell-type specific gene regulation by Hey proteins. Gene ontology analysis of all target genes demonstrated interactions of Hey proteins with different signaling pathways (e.g. TGFβ, Id or Wnt signaling), which are all indispensable for early developmental processes. These results show that Hey proteins influence and modulate gene expression levels in different signaling pathways in a cell-type specific manner. These data provide new possibilities for future research efforts to elucidate the role of Hey proteins in early organ development.

Die opportunistische Hefe Candida albicans ist in der Lage durch ein koordiniertes Zusammenspiel bestimmter zellulärer Eigenschaften sich unterschiedlichen Umweltbedingungen anzupassen und unterschiedliche Nischen innerhalb des menschlichen Wirts zu kolonisieren. Die Sekretion hydrolytischer Enzyme, wie Proteinasen und Phospholipasen, stellt eine wichtige Eigenschaft des Pilzes dar, die als wesentlicher Faktor für die Aufrechterhaltung der Pathogenität von C. albicans angesehen wird. Ein Schwerpunkt der hier vorliegenden Studie ist die funktionale Charakterisierung des caPLB5-Gens, eines neuen Mitglieds der insgesamt 5 Mitglieder umfassenden Phospholipase-B-Genfamilie. Im Gegensatz zu den gut untersuchten sekretorischen PLBs caPlb1p and caPlb2p scheint das caPlb5-Protein GPI-verankert und letztlich zellwandgebunden zu sein. Mittels Northernexpressions-Studien ließen sich in verschiedenen C.-albicans-Stämmen und unterschiedlichen Wachstumsbedingungen caPLB5-spezifische Transkripte nachweisen. Während des Hefe-Hyphe-Wechsels in Lee’s Medium zeigte sich interessanterweise eine differentielle Regulation der Gene caPLB5, caPLB1 and caPLB2. Durch Sequenzanalyse einzelner caPLB5-Allele konnte die Anwesenheit zweier unterschiedlicher Allele in C. albicans bei verschiedenen Stämmen nachgewiesen werden. Die gezielte Geninaktivierung beider Allele in zwei verschiedenen Stämmen resultierte in einer attenuierten Virulenz, was sich im Mausmodell für systemische Infektion anhand des Kolonisationsgrads des Wirtsgewebes messen ließ. Die Phänotypen sowohl der Nullmutanten als auch der caPLB5-Revertanten belegen, dass die Phospholipase B caPlb5p für die vollständige Virulenz des Pathogens benötigt wird und dabei eine Rolle bei der in vivo Organbesiedlung spielt. Diese Arbeit präsentiert zudem die Isolierung und Charakterisierung des ATP-Binding-Cassette-(ABC)-Transporter-Gens caMLT1 aus C. albicans. CaMlt1p zählt zur MRP/CFTR-Unterfamilie ATP-bindender Transportproteine, eine Proteinkategorie, die in diesem Pilz bislang noch nicht beschrieben wurde. Energiebetriebene Transportproteine der ABC-Superfamilie schleusen eine Vielzahl unterschiedlicher Substrate aktiv durch biologische Membranen und erfüllen dabei wichtige Funktionen im zellulären Metabolismus und in der Entgiftung. Das caMlt1-Protein zeigt hohe sequenzielle und strukturelle Ähnlichkeiten zu den vakuolaren Efflux-Pumpen Ycf1p und Bpt1p von S. cerevisiae. Durch genomische Markierung mit dem grün fluoreszierenden GFP-Protein konnte caMlt1p in der vakuolaren Membran lokalisiert werden. Northernblothybridisierungen belegten die Induzierbarkeit der Gentranskripte durch die metabolischen Gifte Cadmium und CDNB, beides Substrate der scYcf1-Pumpe. Obwohl diese Untersuchungen darauf hindeuten, dass caMlt1p ein Ortholog von scYcf1p sein könnte, zeigte sich bei dem Komplementationsversuch einer scycf1-negativen S.-cerevisiae-Mutante mit einer caMLT1-Genkopie keine Reversion des sensitiven Phänotyps gegenüber Cadmium oder CDNB. Auch wiesen die in dieser Arbeit konstruierten, camlt1-negativen Mutanten in C. albicans, die zur Identifizierung potentieller caMlt1p-Substrate eingesetzt wurden, keinen hypersensitiven Phänotyp gegenüber CdCl2, CDNB oder irgendeiner anderen getesteten inhibitorischen Substanz auf. CaMlt1p ist demzufolge kein funktionales Homolog von scYcf1p. Als vakuolar lokalisiertes Protein weist caMLT1 ein für diese Proteingruppe typisches Transkriptionsprofil auf. Die mRNA-Expression erfolgt dabei wachstumsphasenabhängig mit der höchsten Geninduktion während des Diauxic-Shifts, wenn ein Mangel an Glucose (und anderen Nährstoffen) im Medium entsteht. Eine generierte camlt1-Nullmutante war interessanterweise in einem murinen Peritonitismodell in ihrer Fähigkeit die Leber zu invadieren drastisch reduziert. Durch Reintegration einer funktionalen caMLT1-Genkopie konnte der Virulenzdefekt aufgehoben werden. CaMlt1p scheint in die Fähigkeit von C. albicans involviert zu sein an intestinale Organe adhärieren und Gewebebarrieren penetrieren zu können, möglicherweise durch Einbindung des Transporters in Stressantwort- und Detoxifikationsmechanismen. Beide Gene, caMLT1 und caPLB5, wurden auf zweierlei Weise inaktiviert: mittels einer klassischen Mutagenesemethode für C. albicans (dem URA3-Blaster-System im Ura--auxotrophen Stamm CAI4) und durch Entwicklung eines neuen dominanten Selektionssysstems. Die dominante Selektion basiert dabei auf der genomischen Insertion einer Einzelkopie eines mutierten caIMH3-Allels (MPAR), das Transformanten Resistenz gegenüber Mycophenolsäure (MPA) verleiht. Dieses System ermöglicht die genetische Manipulation von C. albicans Wildtypstämmen, wodurch die mühselige Konstruktion auxotropher und oft avirulenter Stämme nicht mehr nötig ist. / A coordinated interplay of certain traits enables the opportunistic yeast Candida albicans to adapt to different environmental conditions and to colonize different niches of the human host. Secretion of hydrolyzing enzymes, like proteinases and phospholipases, is an important characteristic of C. albicans which is considered to be integral to pathogenesis. This study focuses on the functional characterisation of the caPLB5 gene, a new member of the phospholipase B multigene family with five putative members. In contrast to the well characterized secretory PLBs caPlb1p and caPlb2p, the putative caPlb5-protein is likely to be GPI-anchored and ultimately bound to the cell wall. Northern expression studies showed caPLB5-specific transcripts in several strains of C. albicans under each growth condition tested. Interestingly, differential regulation of caPLB5, caPLB1 and caPLB2 could be detected during the yeast to hyphae transition in Lee’s medium. Sequence analysis of single caPLB5 allels resulted in the identification of two different alleles in several strains of C. albicans. The targeted gene disruption of both alleles in two different strains resulted in attenuated virulence as measured by host tissue colonization in a mouse model of systemic infection. The phenotypes expressed by null mutants and revertant strains of caPLB5 indicate that the phospholipase is required for complete virulence of this pathogen by playing a role for in vivo organ colonization. This study further presents the isolation and characterisation of the ABC-transporter gene caMLT1 in C. albicans belonging to the MRP/CFTR-subfamily of ATP-binding casette (ABC) transporters, a class of proteins so far not described in this fungus. Energy-driven transport proteins within the ABC-superfamily actively transport a wide variety of substances across biological membranes and fulfill important functions in cellular metabolism and detoxification. The protein encoded by the caMLT1 gene shows high similarities to the vacuolar efflux-pumps Ycf1p and Bpt1p of S. cerevisiae. Genomic tagging with the green fluorescent protein (GFP) revealed vacuolar membrane localization of caMlt1p. Northern hybridisation experiments documented the inducibility of gene transcripts by the metabolic poisons cadmium and CDNB, which are also substrates of the scYcf1-pump. While caMlt1p could be an orthologue of scYcf1p, complementation of a scycf1-negative S. cerevisiae mutant with a caMLT1-gene copy did not reverse the sensitive phenotype to these toxins. Moreover, the construction of camlt1-negative mutants in C. albicans allowed for screening of substrates putatively transported by caMlt1p. These null mutants showed no hypersensitive phenotype to neither CdCl2 nor CDNB or any other tested inhibitory substances, hence caMlt1p is not a functional homologue of scYcf1p. The caMLT1 mRNA expression pattern is typical for a vacuolar gene, showing an extensively growth phase dependent regulation with the highest gene induction during the diauxic transition when glucose (and other nutrients) becomes limited. Most interestingly, a generated mlt1 null mutant showed a dramatic reduction in liver invasion in a mouse peritonitis model. Reintegration of a functional caMLT1 gene copy reverted the virulence defect. CaMlt1p seems to be involved in the capability of C. albicans to adhere to the intestinal organs and penetrate tissue barriers putatively because of its involvement in mechanisms of stress response and detoxification. Both genes, caMLT1 and caPLB5, were inactivated by using a classical disruption method for C. albicans (the URA3-Blaster-system in Ura- auxotrophic strain CAI4) and by developing a new dominant selection system. Dominant selection is based on genomic insertion of a single copy of a mutated caIMH3 allel (MPAR) that renders transformants resistant to mycophenolic acid (MPA). Using this system, the cumbersome generation of auxotrophic strains, which are often avirulent, is obsolete, while C. albicans wild-type strains become amenable to genetic manipulation.

Notch Proteine gehören zu einer Familie hochkonservierter Transmembranrezeptoren, die bei Entwicklungsprozessen, beispielsweise im hämatopoetischen System, eine bedeutende Rolle spielen. So konnte eine Beteiligung von Notch und seinen Liganden bei der Differenzierung lymphatischer Zellen im Knochenmark, Thymus sowie in peripheren Organen gezeigt werden. Insbesondere unterdrückt Notch1 nach Ligandenbindung die Bildung von B-Zellen im Thymus und fördert stattdessen die Entwicklung von T-Zellen. Durch Aktivierung der γ-Sekretase wird die intrazelluläre Domäne von Notch1 freigesetzt und transloziert in den Kern. Dort wirkt Notch1 zusammen mit Proteinen der CSL Familie als Transkriptionsfaktor und reguliert so die Expression von Zielgenen wie beispielsweise HES1. Weiterhin kann die Signaltransduktion von Notch1 im Zytosol durch Wechselwirkung mit Proteinen wie Numb oder Deltex1 moduliert werden. Angesichts der Fähigkeit, die Proliferation unreifer Zellen aufrecht zu erhalten, kann eine aberrante Expression von Notch1 zur Entstehung von Neoplasien beitragen. Numb wird eine wichtige Rolle in der Regulation von Notch1 zugeschrieben, doch seine genaue Funktion in der T-Zellentwicklung ist unklar. Die Klonierung aller vier in der Ratte exprimierten Isoformen erlaubte erstmals deren detaillierte Charakterisierung. Die differentielle Expression und die preferentielle Interaktion von Numb i/o mit Notch1 deuten darauf hin, dass den verschiedenen Splice-Varianten nicht nur in der T-Zellentwicklung sondern auch in der Kontrolle von Notch1 unterschiedliche Funktionen zukommen. Diese Schlussfolgerung wird durch eine spezifische Expression der Numb Isoformen in humanen T-ALL Zelllinien weiter unterstützt. Transgene Ratten welche die intrazelluläre Domäne von Notch1 (N1IC) unter der Kontrolle des proximalen lck-Promoters überexprimieren (NICA), sind ein geeignetes Werkzeug, um die Rolle von Notch1 für die Genexpression und die Lymphomgenese zu untersuchen. Junge NICA-Ratten exprimieren N1IC spezifisch in Thymozyten, nicht jedoch in peripheren T-Zellen. In Folge dessen kommt es zu einer starken Expression bekannter Notch1 Zielgene, unter anderem dem präTα Rezeptor. Dies wiederum führt zur Substitution klassischer T-Zellrezeptor-Komplexe durch den präT-Zellrezeptor, was in adulten Tieren zur Entwicklung von thymischen Lymphomen beiträgt. Die Lymphomzellen in NICA-Ratten exprimieren das N1IC-Transgen sowohl im primären Tumor als auch nach Infiltration peripherer Organe. Dabei könnte die beobachtete Hochregulation von Notch3 ein möglicher Mechanismus der Tumorgenese in NICA-Ratten darstellen. Um die Ursache der Lymphomgenese besser zu verstehen, wurde eine genomweite Expressionsanalyse der Tumore mittels SAGE und Affymetrix DNA-Chips durchgeführt. Dabei wurden zahlreiche potentiell bedeutende Gene identifiziert, welche bei der Notch1-vermittelten Lymphomgenese eine Rolle spielen könnten. Die Beobachtung, dass ein Teil dieser Gene auch in humanen T-ALL-Zelllinien verändert ist, unterstreicht deren Bedeutung auch für die Pathogenese des Menschen. Eines der in NICA-Lymphomen am stärksten veränderten Gene wurde bislang weder in der Literatur noch in Sequenzdatenbanken beschrieben. Dieses von uns als Nip1 bezeichnete Protein ähnelt einem Enzym aus dem Isoprenoid-Stoffwechsel und ist vor allem im Thymus exprimiert. Ein anderes interessantes Kandidatengen ist CD30, ein Transmembran-Rezeptor welcher bei Hodgkin Lymphomen beschrieben wurde. Neben T-ALL wurde auch bei Hodgkin Lymphomen eine wichtige Rolle von Notch1 berichtet. Dabei könnte dessen hohe Expression im Zusammenhang mit der Transformation und dem Verlust der B-Zell-Identität dieser Tumore stehen. Um dies näher zu untersuchen, wurde Notch1 mittels RNAi bzw. durch Überexpression des negativen Regulators Deltex1 in Hodgkin-Zelllinien inaktiviert. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse unterstützen die These, dass nach Repression der Notch1 Aktivität die Expression B-Zellspezifischer Marker wieder gewonnen werden kann. Zusammengefasst deuten die Ergebnisse dieser Arbeit auf eine bedeutende Funktion von Notch1 bei der T-Zellentwicklung und der Entstehung von Lymphomen hin. Dabei scheint insbesondere die Interaktion mit Proteinen wie Numb und Deltex1 sowie die Regulation der Genexpression wichtig zu sein. Die gewonnenen Daten könnten in Zukunft einen neuen Ansatzpunkt zur Entwicklung verbesserter Strategien zur Therapie von Krebserkrankungen des hämatopoetischen System bilden. / Notch proteins belong to a family of highly conserved transmembrane receptors, which play an important role in development processes such as in the hematopoietic system. Participation of Notch and its ligands could be demonstrated during differentiation of lymphatic cells in the bone marrow, thymus as well as in peripheral organs. After ligand binding, Notch1 particularly suppresses the formation of B-cells in the thymus while promoting the development of T-cells. The intracellular domain of Notch1 is released by activated γ-secretase and translocates into the nucleus. There, Notch1 and proteins of the CSL family act as a transcription factor and regulate the expression of target genes, for example HES1. Furthermore, signal transduction by Notch1 is modulated within the cytosol by interaction with proteins such as Numb or Deltex1. In view of the ability to maintain the proliferation of immature cells, aberrant Notch1 expression can also contribute to the formation of neoplasias. Numb is attributed an important role in the regulation of Notch1, but its exact function in T-cell development remains unclear. Cloning of all four Numb iso-forms in the rat permitted for the first time their detailed characterisation. The differential expression and the preferential interaction of Numb i/o with Notch1 indicate that the different splice variants not only play distinct roles in T-cell development but also in the control of Notch1 function. The observation that the Numb iso-forms in human T-ALL cell lines are also differentially expressed further supports this conclusion. Transgenic rats (NICA) which overexpress the intracellular domain of Notch1 under the control of the proximal lck promoter (N1IC), are a suitable tool to study the role that Notch1 has for gene expression and lymphomagenesis. Young NICA rats specifically express N1IC in thymocytes but not in peripheral T-cells. This leads to a strong expression of Notch1 target genes, e.g. the preTα chain. Consequently, classical TCR complexes are substituted by the preT cell receptor, which presumably contributes to the development of thymic lymphomas in adult animals. The lymphoma cells in NICA rats express the N1IC transgene both in the primary tumor and after infiltration of peripheral organs. In this context, the observed upregulation of Notch3 could represent a possible mechanism of tumorigenesis in NICA rats. In order to understand the cause of the lymphomagenesis, a genome-wide expression analysis of the tumors was accomplished by means of SAGE and Affymetrix DNA chips. Numerous potentially meaningfull genes were identified, which could play a role for Notch1-dependent lymphomagenesis. The observation that part of these genes is also altered in human T-ALL cell lines, underlines their meaning also for human pathogenesis. One of the genes that was most strongly upregulated in NICA lymphomas has so far neither been described in literature nor in sequence data bases. This protein, designated Nip1, resembles an enzyme from the isoprenoid metabolism and is particularly expressed in the thymus. Another interesting candidate gene is CD30, a transmembrane receptor which was described in Hodgkin lymphoma. Besides T-ALL, an important role of Notch1 was also reported in the context of Hodgkin lymphomas. Its high expression is potentially related to the transformation and loss of the B-cell identity of these tumor. In order to examine this in more detail, Notch1 was inactivated in Hodgkin lymphoma cell lines by means of RNAi and by overexpression of the negative modulator Deltex1. The results that have hereby been obtained are in support of the the notion that expression of B-cell specific markers can be regained after repression of Notch1 activity. In summary, the results of this work point towards an important function of Notch1 during T-cell development and the formation of lymphomas. In particular, interaction with proteins such as Numb and Deltex1 as well as regulation of gene expression appear to be important for these Notch1 functions. In the future, the obtained data could form a basis for the development of improved strategies to treat malignancies of the hematopoietic system.

6 III ABSTRACT (ENGLISH) In chordates, the central nervous system (CNS) is derived from the dorsal part of gastrula. Induced dorsal part of the embryo - the neural plate - gives rise to the neural tube or primordial brain. The developing dorsal part of the embryo is shaped by BMP/Smad signaling from the ventral part. Using the basal chordate amphioxus, we show here the conserved evolutionary role BMP/Smad signaling in axial cell fate determination. Pharmalogical inhibition of BMP/Smad signaling induces dorsalization of Branchiostoma floridae (amphioxus) and Oryzias latipes (medaka) embryos and expansion of neural plate markers. We provide evidence for the presence of the positive regulatory loop within the BMP/Smad signaling network of amphioxus. Thus, our data suggest that early emergence of a positive feedback loop within the BMP/Smad signaling network may represent a crucial molecular event in the evolutionary history of the chordate cell fate determination. The dorso-ventral body axis formation is mediated by genes of the vent family, which are the direct targets of BMP/Smad signaling. The function of vent gene family in early development is relatively well known, however, its role in developing CNS is not yet clear. Therefore, we decided to manipulate vox transcription factor, a vent family member....

Submitted by Sara Ribeiro (sara.ribeiro@ucb.br) on 2017-09-08T18:11:30Z No. of bitstreams: 1 OrzenilBonfimdaSilvaJuniorTeseParcial2017.pdf: 781918 bytes, checksum: 8eef627ca550957f6bfa1f46e54c687c (MD5) / Approved for entry into archive by Sara Ribeiro (sara.ribeiro@ucb.br) on 2017-09-08T18:11:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 OrzenilBonfimdaSilvaJuniorTeseParcial2017.pdf: 781918 bytes, checksum: 8eef627ca550957f6bfa1f46e54c687c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-08T18:11:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 OrzenilBonfimdaSilvaJuniorTeseParcial2017.pdf: 781918 bytes, checksum: 8eef627ca550957f6bfa1f46e54c687c (MD5) Previous issue date: 2017-07-11 / In the last twenty-five years, we have witnessed the wide adoption of DNA markers for the study of genetic variation in many organisms. A DNA marker must have two or more identifiable allelic DNA sequences to be useful. It usually does not have a biological effect, but instead functions as a traceable landmark in the genome, found in a specific location, and transmitted by the standard laws of inheritance from one generation to the next. Its application goes beyond genetic mapping and includes the analysis of genetic diversity, marker-trait association studies, marker assisted selection and, more recently, with the advent of wholegenome sequencing, whole-genome association and genomic selection. Among the several types of DNA sequence polymorphisms that can be used as DNA marker, Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) are the most powerful for large-scale variation analysis. There are vast numbers of SNPs in every genome and they can be typed by methods that have been proven easy to automate. Detection of alternative alleles is rapid and effortless because it is based on well-known polymerase chain reaction and DNA oligomer hybridization assays. Various strategies have been devised to discriminate alleles at a SNP, including fixed DNA arrays technologies, solution hybridization techniques and many sequencing-based genotyping. In our study, we have developed high-throughput DNA marker systems for non-model, highly heterozygous, diploid tree species. We took advantage of the combined power of Next Generation Sequencing (NGS) technologies, well-established highly automated methods of SNP typing and bioinformatics algorithms to perform genome-wide DNA variation analysis. We used whole genome resequencing of pooled individuals to develop a high-density 60K SNP chip for Eucalyptus species (EucHIP60k) providing a 96% genome-wide coverage with 1 SNP/12???20 kbp, and 47,069 SNPs at ??? 10 kb from 30,444 of the 33,917 genes in the Eucalyptus genome. We then used high-density SNP data and whole-genome pooled resequencing to examine the landscape of population recombination (??) and theta (??), assess the extent of linkage disequilibrium (r2) and build the highest density linkage maps for Eucalyptus to date. Chromosome-wide ancestral recombination graphs allowed us to date the split of Eucalytpus grandis (1.7???4.8 million yr. ago) and identify a scenario for the recent demographic history of the species. In a final set of studies, we built the first genome assembly for a Neotropical forest tree, the Pink Ip?? (Handroanthus impetiginosus), a highly-valued keystone timber species. Genome sequence was screened for the development of a targeted-capture sequencing system for SNP genotyping consisting of nearly 24,000 probe sequences. This genotyping system showed flexibility as it allowed the identification of SNPs across different populations of the species in moderate sample sizes. The good genome coverage, consistent Ts/Tv ratio estimated across samples and fair technical reproducibility between replicates, in terms of recall and precision of the SNP calling and accuracy on genotypes, indicate that this genotyping platform can be confidently used to estimate population genetics parameters and carry out population genomics investigations at the genome-wide scale / ***

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:09:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 411103.pdf: 788494 bytes, checksum: bebad76ca9f15b449f29103c52997247 (MD5) Previous issue date: 2009-03-26 / CAP?TULO I: "Caracteriza??o de 16 loci de microssat?lites para os roedores sul-americanos Cavia magna e C. aperea" - Baseando-nos no recentemente publicado genoma de Cavia porcellus e em outros cinco loci j? descritos para C. aperea, n?s aqui apresentamos 16 loci de microssat?lites empreg?veis em C. magna e C. aperea. Os primers foram projetados para serem us?veis em um arranjo de fluoresc?ncia m?ltipla (multiplex). O n?mero m?dio de alelos para cada locus foi de 7,4 e a m?dia da heterozigosidade esperada foi de 0,67. A combina??o de alguns ou todos estes marcadores pode possibilitar trabalhos em gen?tica populacional, ecologia molecular e outros estudos evolutivos nas esp?cies aqui avaliadas. CAP?TULO II: "Baix?ssima diversidade gen?tica do pre? de Moleques do Sul (Cavia intermedia), o mam?fero naturalmente mais raro do Mundo" - Ilhas t?m chamado a aten??o de bi?logos evolucionistas h? s?culos pelos seus altos n?veis de endemismos promovidos, tanto pelo isolamento, quanto pelo tamanho limitado a que estas popula??es est?o sujeitas. Cavia intermedia ? uma esp?cie recentemente descrita como end?mica de uma pequena ilha na costa meridional do Brasil que parece ser o mam?fero naturalmente mais raro conhecido, apresentando uma popula??o est?vel de aproximadamente 40 indiv?duos. Apesar de algumas simula??es demogr?ficas terem estimado sua chance de extin??o em 100 anos como 100%, dado a hist?ria da ilha, torna-se improv?vel que a popula??o possa ter sido muito maior no passado recente. Utilizando marcadores mitocondriais e microssat?lites, n?s descobrimos que este pre? insular apresenta uma diversidade gen?tica extremamente reduzida com estimativas de tamanhos efetivos populacionais hist?rico e atual compat?veis com seu tamanho de censo atual, sem sinal de redu??o de tamanho populacional. Considerando a antiga diverg?ncia de C. intermedia em rela??o ao seu grupo-irm?o continental, conclu?mos que a esp?cie mant?m esse tamanho extremamente reduzido desde, pelo menos, a separa??o da ilha em rela??o ao continente h? cerca de 8.000 anos. Portanto, C. intermedia pode ser o melhor e mais extremo exemplo at? agora conhecido de uma esp?cie de mam?fero que sobreviveu por centenas de anos com um tamanho populacional t?o extremamente reduzido. Essa esp?cie, ent?o, estabelece novos desafios ao entendimento do papel da redu??o populacional e da diversidade gen?tica na extin??o de esp?cies. Finalmente, ? importante enfatizar a necessidade de um cuidado especial na manuten??o das boas condi??es do h?bitat para a sobreviv?ncia de C. intermedia em seu ambiente natural

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:09:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 434730.pdf: 855325 bytes, checksum: c32de7fd4729e20d9bcd4832226480d4 (MD5) Previous issue date: 2011-08-30 / A esp?cie Brachyteles arachnoides, popularmente conhecido como muriqui do sul, ? considerado o maior primata da Am?rica Latina e listado atualmente como estando amea?ado de extin??o, apesar disso, at? o momento, n?o existem estudos moleculares de gen?tica de popula??o a seu respeito. Aqui n?s analisamos o padr?o filogeogr?fico, diversidade gen?tica e hist?ria demogr?fica da esp?cie utilizando sequ?ncias de parte da Regi?o Controle do mtDNA e 14 loci de microssat?lites. O mtDNA mostrou uma alta diversidade gen?tica e nenhum ind?cio claro de estrutura??o geogr?fica. Al?m disso, mostrou-se que houve uma expans?o populacional h? cerca de 15 mil anos atr?s e n?o h? nenhuma evid?ncia concreta de decl?nio populacional. Assim como nas an?lises com mtDNA, os microssat?lites tamb?m mostraram falta de estrutura??o geogr?fica, aus?ncia de grupos definidos e nenhuma evid?ncia de decl?nio populacional recente. A aus?ncia de estrutura??o geogr?fica era esperada, principalmente para os dados de mtDNA, visto que as f?meas s?o conhecidas por migrarem do seu grupo natal, al?m disso os grupos sociais de muriqui s?o formados por machos e f?meas sem uma hierarquia aparente. Por outro lado, como os loci de microssat?lite usualmente respondem rapidamente ? fragmenta??o recente, seria esperado que eles mostrassem alguma evid?ncia de estrutura??o causada pela recente fragmenta??o na Mata Atl?ntica, o que n?o foi observado. Resultados semelhantes tamb?m foram encontrados com o muriqui do norte (Brachyteles hypoxanthus) que est? criticamente amea?ado e ocorre em ?reas mais fragmentadas

Made available in DSpace on 2015-04-14T14:51:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 383074.pdf: 317111 bytes, checksum: 586824978be7b33eb0edbe3378f0449d (MD5) Previous issue date: 2006-09-12 / Introdu??o Devido a sua estrutura mineralizada e inerte, ao seu tamanho e a sua localiza??o, dentes molares e pr?-molares s?o considerados boas fontes para obten??o do DNA necess?rio para a identifica??o molecular de pessoas. V?rias metodologias t?m sido empregadas para obten??o de DNA a partir dos dentes, sendo que o uso do equipamento de pulveriza??o criog?nica Freezer mill ? para a pulveriza??o e da coluna concentradora MicroconTM-100 s?o procedimentos padr?o mais utilizados e difundidos. O uso conjunto dessas duas metodologias ?, por?m, demorado e de custo elevado. N?s desenvolvemos este trabalho com o objetivo de testar e padronizar um novo m?todo econ?mico e r?pido para a obten??o de DNA de dentes para estudos forenses. O resultado deste trabalho vem a atender aos interesses do Conv?nio de Coopera??o entre o Programa de P?s-Gradua??o em Biologia Celular e Molecular da PUCRS (PPGBCM-PUCRS) e o Instituto-Geral de Per?cias (IGP-RS) da Secretaria da Justi?a e da Seguran?a P?blica do Rio Grande do Sul (SJS-RS), o qual visa desenvolver pesquisas que atendam ?s necessidades de avan?o na linha de investiga??o da Biologia Forense. Material Foram utilizados dentes molares ou pr?-molares provenientes de 26 cad?veres n?o identificados previamente, depositados no DML-RS. Para cada cad?ver avaliado foi registrado seu estado geral de apresenta??o, o tempo estimado de morte, a idade e o local onde o cad?ver foi encontrado. Os dentes foram retirados dos cad?veres, armazenados por no m?nimo 24 horas a 80?C e, posteriormente, utilizados nos testes. A escolha dos corpos foi aleat?ria, abrangendo v?rios est?gios de decomposi??o, tempo de morte e locais onde foram encontrados. Metodologia Material Foram utilizados dentes molares ou pr?-molares provenientes de 26 cad?veres n?o identificados previamente, depositados no DML-RS. Para cada cad?ver avaliado foi registrado seu estado geral de apresenta??o, o tempo estimado de morte, a idade e o local onde o cad?ver foi encontrado. Os dentes foram retirados dos cad?veres, armazenados por no m?nimo 24 horas a 80?C e, posteriormente, utilizados nos testes. A escolha dos corpos foi aleat?ria, abrangendo v?rios est?gios de decomposi??o, tempo de morte e locais onde foram encontrados. Metodologia Para a economia: (I) foi usado o moinho mineral?gico IKA (Ika do Brasil RJ- Brasil), de baixo custo em compara??o ao uso do Freezer mill?; (II) foi usado precipita??o do DNA com o uso de isopropanol, de baixo custo em compara??o ao uso do MicroconTM-100. Para a rapidez: foi testado o tempo de duas horas para a incuba??o do tecido no tamp?o de lise celular em compara??o ao tempo padronizado de 12 horas. Procedimentos: N?s usamos o moinho mineral?gico IKA para obten??o de tecido pulverizado dos dentes a fim de extrair DNA na quantidade e qualidade necess?rias para a obten??o de perfil gen?tico. Cada amostra foi mo?da e separada em quatro subamostras, nas quais foi avaliado o tempo de incuba??o (2 ou 12 horas de incuba??o) e o m?todo de precipita??o final do DNA (MicroconTM 100 ou isopropanol). A quantidade e a qualidade do DNA obtido foram testadas. A viabilidade de uso do DNA nuclear e do DNA mitocondrial obtido foi verificada pela capacidade de amplifica??o por t?cnica de Polymerase Chain Reaction (PCR) das amostras atrav?s do uso dos kits apropriados. Resultados e Discuss?o: A utiliza??o do moinho mineral?gico IKA para pulveriza??o de tecido foi eficaz em todas as amostras testadas. As amostras processadas com MicroconTM-100 n?o apresentaram diferen?as significativas na quantidade de DNA obtido quando incubadas por 2 ou 12 horas, o que permite aceitar que uma incuba??o de duas horas ? suficiente para o procedimento padr?o. O mesmo foi verificado nos subgrupos, nos quais, a precipita??o foi realizada com isopropanol. Com o uso do MicroconTM-100 obteve-se uma concentra??o superior de DNA quando comparado ao uso do isopropanol (p<0,001). No entanto, a precipita??o por isopropanol obteve um DNA de pureza superior ao do DNA processado com MicroconTM-100 (p<0,001). Dos 26 casos avaliados, dentes de 20 corpos tiveram seu DNA nuclear autoss?mico identificado com sucesso e, em dois dos 20 casos, foi tamb?m utilizada com sucesso a an?lise do cromossomo Y, n?o excluindo v?nculo patril?neo. Os seis demais casos apenas foram identificados pela an?lise do DNA mitocondrial, n?o excluindo o v?nculo matril?neo. A menor concentra??o de DNA derivada da precipita??o realizada com isopropanol parece ter sido compensada pela maior pureza do material uma vez que houve similaridade do n?meros de loci analisados com sucesso quando se comparam MicroconTM-100 e isopropanol. O estado geral do cad?ver, o tempo estimado de morte, a idade e o local onde o cad?ver foi encontrado n?o foram significativamente associados com a quantidade ou a qualidade do DNA obtido, bem como com o n?mero de loci analisados com sucesso. Conclus?o: A utiliza??o do moinho mineral?gico IKA para pulveriza??o de tecido foi eficaz e pode substituir o uso do Freezer mill? reduzindo o custo dos procedimentos. A precipita??o com isopropanol foi eficaz e pode substituir o uso do MicroconTM-100 reduzindo ainda mais o custo dos procedimentos. Um tempo de duas horas para a incuba??o do tecido no tamp?o de lise celular foi eficaz para reduzir o tempo dos procedimentos. Os experimentos desenvolvidos neste trabalho testaram e padronizaram um novo m?todo r?pido e econ?mico para a obten??o de DNA de dentes para estudos forenses, que pode ser empregado em outros caso de identifica??o de cad?veres humanos. O resultado deste trabalho poder? atender aos interesses do Conv?nio de Coopera??o entre o PPGBCM-PUCRS e o IGP-RS no desenvolvimento e no avan?o na linha de investiga??o da Biologia Forense.