Colorectal cancer (CRC) is one of the most common types of cancer globally. In Sweden, every year over 6000 individuals are diagnosed with CRC making it the fourth most common form of cancer in the country. The symptoms of the disease occur late in its development, therefore diagnosis is often delayed, which has a negative effect on mortality. Once an individual starts to experience symptoms, a colonoscopy is performed to examine the colon and set a diagnosis. However, colonoscopy is straining for the individual and costly for the health care system. Therefore, a complementary risk screening method is needed to help identify high-risk individuals. Two separate studies have shown that individuals who develop CRC also have increased levels of the fibroblast protein (FGF-21). Thus, there is an interest in potentially using FGF-21 as a risk screening marker in a blood test for filtering out the high-risk individuals of colorectal cancer. However, it is not known whether FGF-21 is part of the causal pathway leading to CRC development or only a marker of increased risk. Therefore, more work is needed to better understand the role of FGF-21 in CRC disease. This study represents the first step in identifying if FGF-21 has any causal role in CRC. To do this I have tried to identify single genetic variants (so-called SNPs) in the human DNA that are associated with circulating levels of FGF-21 by conducting a genome-wide association study (GWAS). The genome and protein data used in the GWAS originated from 131 individuals participating in the Västerbotten Intervention Programme. Preliminary results showed no significant SNPs among the study subjects when correcting for multiple tests at a significance level of 5%. Although there were no significant findings I did find several indications of potential associations and the small size of the dataset might explain why they did not reach significance. The analytical pipeline I have created as part of this project will be used in a larger dataset where it will be possible to both verify potential associations from this study and hopefully identify other interesting SNPs. Any confirmed findings will in the future be used in a Mendelian Randomization study where the association between having SNPs that increase your levels of FGF-21 and the risk of CRC will be assessed. If such an association could be confirmed it would indicate that FGF-21 plays a causal role in CRC development.

Für die Aufrechterhaltung der zellulären Integrität in der Hefe Saccharomyces cerevisiae ist der sogenannte CWI-Weg (für „Cell Wall Integrity“) verantwortlich. Ein Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Regulation dieses Signaltransduktionsweges mit Hilfe der „real-time“-RT-PCR-Technik. Dabei konnte gezeigt werden, dass die für verschiedene Komponenten dieses Weges kodierenden Gene in ihrer Transkription weder durch Zellwandstress (ausgelöst durch Zugabe von Aculeacin) noch durch Hitzestress wesentlich beeinflusst werden. Die Wahrnehmung und Weiterleitung von Zellwandstress erfolgt in S. cerevisiae durch membranständige Sensoren, deren nähere Charakterisierung im Focus dieser Arbeit stand. Eine in der Literatur beschriebene Wechselwirkung im Hefe-Dihybrid-System zwischen den cytoplasmatischen Domänen der Sensoren Wsc1 und Mid2 mit dem GDP/GTP-Austauschfaktor (GEF) Rom2 konnte hier nicht reproduziert werden. Da auch ein bakterielles Dihybrid-System keine dieser Wechselwirkungen bestätigte, liegt die Vermutung nahe, dass hier weitere, bisher noch nicht beschriebene Komponenten, an der Signalweiterleitung beteiligt sein könnten. Auch zwischen dem cytoplasmatischen Teil von Wsc1 und dem kleinen Plasmamembran-assoziierten Protein Zeo1 konnte im Hefe-Dihybrid-System keine Wechselwirkung nachgewiesen werden. Die Deletion der Aminosäuren 295-333 innerhalb der cytoplasmatischen Domäne von Mid2 ergab, dass dieser Bereich nicht für die Sensorfunktion in vivo benötigt wird. Der Einbau eines Endozytose-Signals von Wsc1 in dieser Region führte zu einer dynamischen intrazellulären Verteilung des ansonsten statisch in der Cytoplasmamembran lokalisierten Mid2-GFP-Fusionsproteins. Der Sensor entsprach somit in seiner Verteilung eher der des Wsc1-Sensors. Allerdings konnten die Phänotypen einer wsc1-Deletion durch ein solches Konstrukt nicht supprimiert werden. Die Flexibilisierung der Stäbchenstruktur der Serin/Threonin-reichen Region von Wsc1 durch das Einfügen von 10 zusätzlichen Glycinen führte zu einem Funktionsverlust des Sensors. Bei Untersuchungen zur Funktion einzelner Domänen im Wsc1-Sensor konnten die Cysteine in der extrazellulären, Cystein-reichen Domäne (CRD) nach einer in vitro-Mutagenese als essentiell für die Sensorfunktion erkannt werden. Austausche gegen Alanine führten zu den für wsc1-Deletionen bekannten Phänotypen und reduzierten die Phosphorylierung der MAP-Kinase Mpk1 (ein Maß für die Aktivierung des CWI-Weges) auf das Niveau der wsc1-Deletion. Eine hier etablierte Methode deutet auf eine mögliche Bindung von Wsc1 an die Glucanketten der Zellwand hin, die ebenfalls durch die Cystein-reiche Domäne vermittelt werden könnte. Hier sind allerdings weiterführende Untersuchungen notwendig. Schließlich konnte durch Fusionen der Sensoren Wsc1 und Wsc2 mit GFP in der Fluoreszenzmikroskopie eine Zellzyklus-abhängige Lokalisierung der beiden Sensoren, mit einer Akkumulation am Knospenhals während der Zytokinese gezeigt werden. Durch in vitro-Mutagenese wurde nachgewiesen, dass die Internalisierung der beiden Sensoren durch Endozytose erfolgt. Wsc1 und Wsc2 nutzen dazu unterschiedliche Endozytose-Signale, die in ihrer cytoplasmatischen Domäne vorhanden sind. Eine vorläufige Zuordnung zu Kompartimenten in der Cytoplasmamembran von S. cerevisiae ergab, dass Wsc1-GFP wahrscheinlich dem RMC-C-Kompartiment zugeordnet werden kann, während Wsc2-EGFP und Mid2-EGFP eher im gleichen Kompartiment wie die Plasmamembran-ATPase Pma1 residieren (RMC-P).

Genome editing based medicines are a new therapeutic modality being developed. They show great promise for a spectrum of genetic diseases lacking conventional treatment strategies. A major obstacle that prevents such therapies to reach the clinic is their safety. We focus on the development and establishment of newer approaches to capture and understand these safety risks during the drug development stage, to build safe drugs that would reach the clinic. To capture potential off-target double-stranded breaks generated by CRISPR, we worked on optimizing an next generation sequencing based method, INDUCE-seq. To capture larger scale on and off-target genetic changes induced by CRISPR editing, which are difficult to capture by next-generation short-read sequencing, we employed a novel imaging-based long-read genomic technology, Optical Genome Mapping (OGM). It enabled the detection of on-target integration with allelic frequency as low as 0.001%, uncovered previously unknown on-target allelic integration heterogeneity and found several off-target structural variants genome-wide, thereby proving that OGM is highly sensitive and can detect rare and complex DNA structural variants (SV) which would have been missed otherwise. Finally, to further characterize some of the identified structural variants in-depth, we employed two new approaches, Cas9 enrichment and X-drop enrichment, to selectively enrich the genomic region of interest, followed by reading it via long-read nanopore sequencing, to get a direct readout of the small genomic region of interest, without any interpretation errors that may happen by piecing together short reads. We demonstrate the successful performance of Cas9 enriched nanopore approach. And we show our progress in evaluating the X-drop approach.

Als Angst bezeichnet man einen nicht auf spezifische Objekte gerichteten länger anhaltenden zukunfts-orientierten Zustand der Besorgnis. Diese ist kennzeichnend für Angststörungen wie Panikstörung, generalisierte Angststörung und Posttraumatische Belastungsstörung (PTBS). Experimentell kann Angst durch kontextuelle Furchtkonditionierung ausgelöst werden. Bei dieser Art der Konditionierung werden aversive Ereignisse als unvorhersehbar erlebt, wodurch der gesamte Kontext mit der Gefahr assoziiert wird. Diese Arbeit hat zum Ziel, Mechanismen der Entstehung und Aufrechterhaltung von Kontextangst zu untersuchen. Dies sind zum einem erleichterte Akquisition von Kontextkonditionierungen und deren fehlerhafte Extinktion. Hier ist vor allem die Fragestellung relevant, wie dies durch genetische Varianten moduliert wird (Studie 1). Zum anderen soll die Wiederkehr der Angst nach der Extinktion mit einem neuen Reinstatement-Paradigma untersucht werden (Studie 2). Zur Untersuchung dieser Forschungsfragen wurden zwei kontextuelle Furchtkonditionierungsstudien in virtueller Realität (VR) durchgeführt. Während der Akquisition wurden leicht schmerzhafte elektrische Reize (unkonditionierter Stimulus, US) unvorhersehbar präsentiert, während die Probanden in einem virtuellen Büroraum waren. Dadurch wurde dieser Raum zum Angstkontext (CXT+). Ein zweiter Büroraum wurde nie mit dem US gepaart, deshalb wurde dieser Raum zum Sicherheitskontext (CXT-). Die Extinktion, in der die Kontexte ohne US präsentiert wurden, fand 24 h später statt, und ein Test zum Abruf der Extinktion bzw. zur Wiederkehr der Angst nochmals 24 h später. In beiden Studien wurde die Angst auf drei verschiedenen Ebenen gemessen: Verhalten (angstpotenzierter Schreckreflex), Physiologie (tonische Hautleitfähigkeit), und verbale Ebene (explizite Ratings). Die Probanden für Studie 1 wurden anhand der 5-HTTLPR (S+ Risikoallel vs. LL nicht-Risikoallel) und NPSR1 rs324981 (T+ Risikoallel vs. AA nicht-Risikoallel) Polymorphismen stratifiziert, sodass vier kombinierte Genotyp Gruppen (S+/T+, S+/LL, LL/T+ und LL/AA) mit je 20 Probanden vorlagen. Es zeigte sich, dass der angstpotenzierte Schreckreflex durch die Interaktion zwischen beiden genetischen Polymorphismen moduliert wurde. Nur Träger beider Risikoallele (S+ Träger des 5-HTTLPR und T+ Träger des NPSR1 Polymorphismus) zeigten einen höheren Schreckreflex im CXT+ als im CXT- während der Akquisition. Der Abruf der Extinktion an Tag 3, gemessen anhand des Schreckreflexes, wurde allerdings nicht durch die Genotypen moduliert. Interessanterweise zeigte sich auf dem expliziten Angstlevel (Valenz- und Angstratings) nur ein Einfluss des NPSR1 Polymorphismus, und zwar bewerteten die nicht-Risikoallel Träger (AA) den CXT+ mit negativerer Valenz und höherer Angst im Vergleich zum CXT-; die Risikoallel Träger (T+) taten dies nicht. In der zweiten Studie wurde fast das gleiche Paradigma benutzt wie in der ersten Studie mit der Ausnahme, dass eine Versuchsgruppe (Reinstatementgruppe) den US noch einmal am Anfang des dritten Untersuchungstages vor der Präsentation von CXT+ und CXT- appliziert bekam. Die zweite Versuchsgruppe (Kontrollgruppe) erhielt keinen US, sondern wurde direkt durch CXT+ und CXT- geführt. Es zeigte sich, dass nur in der Reinstatementgruppe die Angst auf impliziter und expliziter Ebene wiederkehrte, d.h. die Probanden zeigten einen höheren Schreckreflex und höhere Angstratings auf den CXT+ im Vergleich zum CXT-. Wichtig war vor allem, dass die Wiederkehr der Angst in der Reinstatementgruppe mit der Veränderung der Zustandsangst und der Stimmung (von der Extinktion zum Test) korrelierte. D.h. je größer die Angst und je negativer die Stimmung wurden, desto höher war die Wiederkehr der Angst. Zusammengefasst belegt Studie 1, dass erleichterte kontextuelle Furchtkonditionierung auf impliziter Ebene (Schreckreflex) ein Endophänotyp für Angststörungen sein könnte, was zu unserem Verständnis der Ätiologie von Angststörungen beitragen könnte. Die Ergebnisse der zweiten Studie legen nahe, dass eine ängstliche und negative Stimmung nach der Extinktion die Rückkehr von Angst begünstigen könnte. Darüber hinaus scheint das VR-basierte kontextuelle Furchtkonditionierungsparadigma ein geeignetes Mittel zu sein, um Mechanismen der Angstentstehung und Angstwiederkehr experimentell zu erforschen. Weiterführende Studien könnten nun auch Angstpatienten untersuchen und das Paradigma auf evolutionär-relevante Kontexte (z.B. Höhe, Dunkelheit, weite Plätze) ausweiten. / Sustained anxiety is considered as a chronic and future-oriented state of apprehension that does not belong to a specific object. It is discussed as an important characteristic of anxiety disorders including panic disorder, generalized anxiety disorder (GAD) and posttraumatic stress disorder (PTSD). Experimentally, sustained anxiety can be induced by contextual fear conditioning in which aversive events are unpredictably presented and therefore the whole context becomes associated with the threat. This thesis aimed at investigating important mechanisms in the development and maintenance of sustained anxiety: (1) facilitated acquisition and resistant extinction of contextual anxiety due to genetic risk factors (Study 1), and (2) the return of contextual anxiety after successful extinction using a new reinstatement paradigm (Study 2). To this end, two contextual fear conditioning studies were conducted in virtual reality (VR). During acquisition one virtual office was paired with unpredictable mildly painful electric stimuli (unconditioned stimulus, US), thus becoming the anxiety context (CXT+). Another virtual office was never paired with any US, thus becoming the safety context (CXT-). Extinction was conducted 24 h later, i.e. no US was presented, and extinction recall was tested another 24 h later on Day 3. In both studies context-evoked anxiety was measured on three different response levels: behavioral (anxiety-potentiated startle reflex), physiological (skin conductance level), and verbal (explicit ratings). In Study 1, participants were stratified for 5-HTTLPR (S+ risk allele vs. LL no risk allele) and NPSR1 rs324981 (T+ risk allele vs. AA no risk allele) polymorphisms, resulting in four combined genotype groups with 20 participants each: S+/T+, S+/LL, LL/T+, and LL/AA. Results showed that acquisition of anxiety-potentiated startle was influenced by a gene × gene interaction: only carriers of both risk alleles (S+ carriers of the 5-HTTLPR and T+ carriers of the NPSR1 polymorphism) exhibited significantly higher startle magnitudes in CXT+ compared to CXT-. However, extinction recall as measured with anxiety-potentiated startle was not affected by any genotype. Interestingly, the explicit anxiety level, i.e. valence and anxiety ratings, was only influenced by the NPSR1 genotype, in a way that no risk allele carriers (AA) reported higher anxiety and more negative valence in response to CXT+ compared to CXT-, whereas risk allele carriers (T+) did not. Study 2 adopted nearly the same paradigm with the modification that one group (reinstatement group) received one unsignaled US at the beginning of the experimental session on Day 3 before seeing CXT+ and CXT-. The second group served as a control group and received no US, but was immediately exposed to CXT+ and CXT-. Results showed a return of anxiety on the implicit and explicit level (higher startle responses and anxiety ratings in response to CXT+ compared to CXT-) in the reinstatement group only. Most important, the return of contextual anxiety in the reinstatement group was associated with a change of state anxiety and mood from extinction to test, that is the more anxiety and negative mood participants experienced before the reinstatement procedure, the higher their return of anxiety was. In sum, results of Study 1 showed that facilitated contextual fear conditioning on an implicit behavioral level (startle response) could be regarded as an endophenotype for anxiety disorders, which can contribute to our understanding of the etiology of anxiety disorders. Results of Study 2 imply that anxiety and negative mood after extinction could be an important facilitator for the return of anxiety. Furthermore, the present VR-based contextual fear conditioning paradigm seems to be an ideal tool to experimentally study mechanisms underlying the acquisition and the return of anxiety. Future studies could investigate clinical samples and extend the VR paradigm to evolutionary-relevant contexts (e.g., heights, darkness, open spaces).

Das humane Schädeldach besteht aus fünf Schädelplatten, die durch intramembranöse Ossifikation entstehen. Wenn diese in der Embryonalentwicklung aufeinandertreffen, bilden sich Schädelnähte aus, die eine Fusion der Schädelplatten verhindern und damit ein Schädelwachstum parallel zu Gehirnentwicklung ermöglichen. Für diesen Prozess ist eine Balance aus Zellproliferation und Differenzierung nötig, deren Aufrechterhaltung wiederum durch eine komplexe Regulation von verschiedenen Signalwegen gewährleistet wird. Störungen in diesem regulatorischen System können zu einer vorzeitigen Fusion der Schädelplatten, Kraniosynostose genannt, führen. Die Kraniosynostose ist eine der häufigsten kraniofazialen Fehlbildungen beim Menschen. Durch kompensatorisches Wachstum an den nicht fusionierten Suturen entstehen charakteristische Schädeldeformationen, die sekundär einen erhöhten intrakranialen Druck zur Folge haben können. Eine vorzeitige Fusion der Suturen kann sowohl isoliert als auch syndromal zusammen mit weiteren klinischen Auffälligkeiten vorliegen. Bisher sind über 150 verschiedene Kraniosynostose Syndrome beschrieben und insgesamt 25-30% aller Kraniosynostose Patienten sind von einer syndromalen Form betroffen. Da die klinischen Merkmale der Kraniosynostose Syndrome variabel sind und zum Teil überlappen, ist eine klare klinische Diagnose häufig erschwert. Sowohl Umwelteinflüsse als auch genetische Veränderungen können die Ursache für Kraniosynostosen sein. Vor allem bei syndromalen Kraniosynostosen wurden genetische Veränderungen, wie beispielsweise Mutationen in den Genen FGFR2, FGFR3, TWIST1 und EFNB1, identifiziert. Darüber hinaus wurden chromosomale Veränderungen wie partielle Monosomien von 7p, 9p oder 11p sowie partielle Trisomien von 5q, 13q oder 15q mit Kraniosynostose assoziiert. Trotzdem ist in über 50% der Fälle die genetische Ursache unbekannt und die Pathogenese von Kraniosynostosen noch nicht vollständig geklärt. Ziel dieser Arbeit war es neue genetische Ursachen bei Kraniosynostose Patienten zu identifizieren und so zur Aufklärung der Pathogenese beizutragen. Es wurde die genomische DNA von 83 Patienten molekulargenetisch durch Mikroarray basierte vergleichende Genomhybridisierung (Array-CGH) oder durch ein speziell entworfenes Next Generation Sequencing (NGS) Genpanel untersucht. Bei 30% der Patienten konnte eine potentiell pathogene Veränderung identifiziert werden. Davon waren 23% chromosomale Aberrationen wie unbalancierte Translokationen, isolierte interstitielle Verluste und ein Zugewinn an genomischen Material. Bei zwei Patienten wurden unbalancierte Translokationen mit partieller 5q Trisomie nachgewiesen. Das Gen MSX2 liegt innerhalb des duplizierten Bereichs, sodass möglicherweise eine MSX2 Überexpression vorliegt. Für ein normales Schädelwachstum ist jedoch die richtige Menge an MSX2 kritisch. Des Weiteren wurde eine partielle Deletion von TCF12 detektiert, die in einer Haploinsuffizienz von TCF12 resultiert. TCF12 Mutationen sind mit Koronarnahtsynosten assoziiert. In einem anderen Fall lag das Gen FGF10 innerhalb der duplizierten 5p15.1-p12 Region. Das Gen kodiert für einen Liganden des FGF Signalwegs und wurde bisher noch nicht mit Kraniosynostose assoziiert. Aufgrund dessen wurden Analysen im Tiermodell Danio rerio durchgeführt. Eine simulierte Überexpression durch Injektion der fgf10a mRNA in das 1-Zell Stadium führte zu schweren Gehirn-, Herz- und Augendefekten. Mittels NGS wurden 77% der potentiell pathogenen genetischen Veränderungen identifiziert. Hierfür wurde in dieser Arbeit ein Genpanel erstellt, das 68 Gene umfasst. Es wurden sowohl bekannte Kraniosynostose- als auch Kandidaten-Gene sowie Gene, die mit der Ossifikation assoziiert sind, in die Analyse eingeschlossen. Das Genpanel wurde durch die Sequenzierung von fünf Kontrollproben mit bekannten Mutationen erfolgreich validiert. Anschließend wurde die genomische DNA von 66 Patienten analysiert. Es konnten 20 (potentiell) pathogene Varianten identifiziert werden. Neben bereits bekannten Mutationen in den Genen FGFR1, FGFR2, FGFR3 und TWIST1, konnten zusätzlich 8 neue, potentiell pathogene Varianten in den Genen ERF, MEGF8, MSX2, PTCH1 und TCF12 identifiziert werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen dazu bei das Mutationsspektrum dieser Gene zu erweitern. Bei zwei der Varianten handelte es sich um potentielle Spleißvarianten. Für diese konnte in einem in vitro Spleißsystem gezeigt werden, dass sie eine Änderung des Spleißmusters bewirken. Der Nachweis von zwei seltenen Varianten in den Genen FGFR2 und HUWE1 hat außerdem dazu beigetragen die Pathogenität dieser spezifischen Varianten zu bekräftigen. Eine Variante in POR, die aufgrund bioinformatischer Analysen als potentiell pathogen bewertet wurde, wurde nach der Segregationsanalyse als wahrscheinlich benigne eingestuft. Zusammenfassend konnten bei etwa einem Drittel der Patienten, die mit dem NGS Genpanel analysiert wurden, eine genetische Ursache identifiziert werden. Dieses Genpanel stellt somit ein effizientes diagnostisches Tool dar, das zukünftig in der genetischen Routine-Diagnostik von Kraniosynostose-Patienten eingesetzt werden kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass sowohl eine Untersuchung auf CNVs als auch auf Sequenzänderungen bei Kraniosynostose Patienten sinnvoll ist. / Cranial bones are formed by intramembranous ossification. During development, the cranial bones are separated by fibrous sutures, which function as bone growth sites and therefore, the cranial sutures need to remain patent to allow the expansion of the skull during brain development. Thus, there must be a balance of cell proliferation and differentiation within the suture. This complex process requires a tight regulation of gene expression and interacting signal pathways. Imbalances or dysfunction of the involved factors can result in abnormal skull growth. One of the most common congenital craniofacial disorders by affecting approximately one in 2500 newborns is craniosynostosis. It is defined as the premature ossification of one or more calvarial sutures. Compensatory growth of the skull leads to a characteristic dysmorphic cranial vault and facial asymmetry. Premature ossification of the cranial sutures can occur either as isolated malformation or as part of a syndrome. Isolated craniosynostoses are more frequent, nevertheless, 25-30% of all cases are syndromic craniosynostoses with more than 150 syndromes reported. There is a high intra- and interfamilial variability and clinical overlap of the different syndromes. Environmental influences as well as genetic defects like mutations and chromosomal aberrations are known to cause craniosynostosis. So far genetic causes have been identified mainly for syndromic craniosynostoses, i.e. mutations in FGFR2, FGFR3, TWIST1, and EFNB1. Furthermore, chromosomal rearrangements like i.e. partial monosomy of 7p, 9p, and 11p as well as partial trisomy of 5q, 13q, and 15q, have been reported in 11-15% of the syndromic craniosynostosis cases. However, in more than 50% of the cases the underlying genetic cause remains unknown. Furthermore, the pathogenesis of craniosynostoses is still not fully understood. In this project 83 craniosynostosis patients were analysed either by microarray-based comparative genomic hybridisation (array-CGH) or gene panel based next generation sequencing (NGS) to further investigate the pathogenesis of craniosynostosis. In a total of 30% of the patients a potential genetic cause was identified. Among those 23% had chromosomal rearrangements which are likely to cause the observed phenotypes, i.e. unbalanced translocations affecting several genes as well as interstitial deletions and an isolated duplication have been detected. Two patients had unbalanced translocations with partial 5q trisomies encompassing MSX2. MSX2 gene dosage is critical for normal growth of the cranial bone plates as loss-of-function mutations lead to delayed and incomplete ossification of the parietal bones. Furthermore, we identified a partial TCF12 deletion which is likely to result in TCF12 haploinsufficiency. TCF12 mutations frequently lead to premature fusion of the coronal sutures, although its pathogenesis is still not fully understood. In another case isolated duplication of 5p15.1-p12 includes FGF10 which is a known ligand of the FGF signalling pathway. So far, no association of FGF10 with craniosynostosis has been made. To investigate its potential role during development and in the pathogenesis of craniosynostosis functional experiments were performed in Danio rerio, an animal model for craniosynostosis. Simulation of fgf10a overexpression by injection of fgf10a RNA at 1-cell stage resulted in severe anomalies of the brain, heart and eyes. In addition, 77% of the identified genetic causes were detected by NGS. For this study a gene panel was designed comprising 68 genes of known and candidate craniosynostosis genes as well as genes associated with bone development. Performance of the NGS gene panel was validated by sequencing five control patients with known mutations. Subsequently, genomic DNA of 66 patients was analysed by the designed craniosynostosis panel. 20 (potential) pathogenic variants were detected. Although, in most of the cases hot spot sequencing of one or more common craniosynostosis genes was performed prior to including the patients in the study, we determined 9 known mutations in the genes FGFR1, FGFR2, FGFR3, and TWIST1. In addition, 8 novel, potentially disease-causing variants in the genes ERF, MEGF8, MSX2, PTCH1, and TCF12 were identified. This work contributed to extend the mutational spectrum within those genes. Two of those variants were predicted to affect splice sites. Analysis by an in vitro splice assay revealed that those variants result in aberrant splicing. Furthermore, the detection of two rare variants of FGFR2 and HUWE1 adds support to their pathogenicity. An additional variant within POR had to be classified as likely benign after segregation analysis. Overall, in nearly one third of the analysed cases an underlying genetic cause could be identified by the designed gene panel. Thus, the NGS panel presents as an efficient tool for genetic diagnostics of craniosynostoses. The data of this work clearly show both copy number variant and single nucleotide variant analysis should be considered in genetic diagnostics of craniosynostosis patients.

Honey is a natural product composed of numeral substances and microorganisms. Although honey presents physicochemical properties that confer antimicrobial characteristics, certain microorganisms are still able to survive and multiply in honey. Some of these microorganisms are important to human health, such as Lactobacillus bacteria, which can be used as probiotic to improve human gastrointestinal condition. However, there is still a lack of knowledge about the microorganisms found in honey, and further research is necessary to better identify and understand these microorganisms. The aim of this study was to detect and identify Lactobacillus species from honey by sequencing the 16S ribosomal RNA gene with the universal primers 27F and 1492R. This was partly obtained by searching for Lactobacillus spp. directly in pure honey and after growing the unknown viable Lactobacillus spp. from honey in selective media. The microorganisms were isolated by centrifugation, had their DNA extracted, and only the bacterial 16S rRNA gene was amplified using Polymerase Chain Reaction and sequenced using the Oxford MinION Nanopore sequencing technology. EPI2ME, Oxford Nanopore Technology data analysis platform, was used to identify the bacteria. Results showed the presence of numeral Lactobacillus species in honey such as L. melliventris, L. mellifer, L. mellis, and L. helsinbgborgen, but in very low amounts. The analysis of honey samples was quite difficult. Low PCR product yield during the entire study, microscopic visualization and microbial analysis using fungicides supported the presence of fungi. In conclusion, a diversity of Lactobacillus spp. can be found in honey but in low quantities.

The etiology of anxiety disorders is multifactorial with contributions from both genetic and environmental factors. Several susceptibility genes of anxiety disorders or anxiety-related intermediate phenotypes have been identified, including the serotonin transporter gene (5-HTT) and the neuropeptide S receptor gene (NPSR1), which have been shown to modulate responses to distal and acute stress experiences. For instance, gene-environment interaction (GxE) studies have provided evidence that both 5-HTT and NPSR1 interact with environmental stress, particularly traumatic experiences during childhood, in the moderation of anxiety traits, and both 5-HTT and NPSR1 have been implicated in hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis reactivity – an intermediate phenotype of mental disorders – in response to acute stress exposure. The first part of this thesis aimed to address the interplay of variations in both 5-HTT and NPSR1 genes and distal stress experiences, i.e. childhood trauma, in the moderation of anxiety-related traits, extended by investigation of the potentially protective effect of positive influences, i.e. elements of successful coping such as general self-efficacy (GSE), on a GxE risk constellation by introducing GSE as an indicator of coping ability (“C”) as an additional dimension in a GxExC approach conferring – or buffering – vulnerability to anxiety. Increased anxiety was observed in 5-HTTLPR/rs25531 LALA genotype and NSPR1 rs324981 AA genotype carriers, respectively, with a history of childhood maltreatment but only in the absence of a person’s ability to cope with adversity, whereas a dose-dependent effect on anxiety traits as a function of maltreatment experiences irrespective of coping characteristics was observed in the presence of at least one 5-HTT S/LG or NSPR1 T allele, respectively. The second part of this thesis addressed the respective impact of 5-HTT and NPSR1 variants on the neuroendocrine, i.e. salivary cortisol response to acute psychosocial stress by applying the Maastricht Acute Stress Test (MAST). A direct effect of NPSR1 – but not 5-HTT – on the modulation of acute stress reactivity could be discerned, with carriers of the more active NPSR1 T allele Summary III displaying significantly higher overall salivary cortisol levels in response to the MAST compared to AA genotype carriers. In summary, study 1 observed a moderating effect of GSE in interaction with childhood maltreatment and 5-HTT and NPSR1, respectively, in an extended GxExC model of anxiety risk, which may serve to inform targeted preventive interventions mitigating GxE risk constellations and to improve therapeutic interventions by strengthening coping ability as a protective mechanism to promote resilient functioning. In study 2, a modulation of HPA axis function, considered to be an endophenotype of stress-related mental disorders, by NPSR1 gene variation could be discerned, suggesting neuroendocrine stress reactivity as an important potential intermediate phenotype of anxiety given findings linking NPSR1 to dimensional and categorical anxiety. Results from both studies may converge within the framework of a multi-level model of anxiety risk, integrating neurobiological, neuroendocrine, environmental, and psychological factors that act together in a highly complex manner towards increasing or decreasing anxiety risk. / Die Entstehung von Angsterkrankungen ist multifaktoriell bedingt durch sowohl genetische als auch umweltbezogene Faktoren. Verschiedene Suszeptibilitätsgene von Angsterkrankungen und angstbezogenen Phänotypen konnten identifiziert werden, darunter das Serotonintransportergen (5-HTT) und das Neuropeptid S Rezeptorgen (NPSR1). Für beide Gene konnte gezeigt werden, dass sie die Reaktion auf sowohl distale als auch akute Stresserlebnisse beeinflussen können. Unter anderem legen Befunde aus Gen-Umwelt-Interaktionsstudien (GxE) nahe, dass sowohl 5-HTT also auch NPSR1 mit Umwelteinflüssen interagieren, insbesondere mit traumatischen Kindheitserlebnissen, und somit unterschiedliche Ausprägungen der Angst mitbedingen. Weiterhin konnten sowohl 5-HTT als auch NPSR1 in Bezug zu veränderter Reaktivität der Hypothalamus-Hypophysen- Nebennierenrinden-Achse (HPA-Achse) auf psychosozialen Stress hin gebracht werden, deren Funktion einen intermediären Phänotyp von psychischen Erkrankungen darstellt. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde das Zusammenwirken von Varianten in sowohl dem 5-HTT als auch dem NPSR1 Gen mit distalen Stresserlebnissen, d.h. Kindheitstraumata, unter Einbezug der möglicherweise protektiven Funktion von positiven Einflussfaktoren im Sinne von erfolgreichen Bewältigungsstrategien (engl. Coping) wie der generellen Selbstwirksamkeitserwartung (GSE) untersucht. Dazu wurde GSE als Indikator für Coping-Eigenschaften („C“) als zusätzliche Ebene in einem erweiterten GxExCAnsatz eingeführt, welche je nach Ausprägung die Vulnerabilität für Angst zusätzlich mitbedingen oder aber abschwächen kann. Es zeigten sich jeweils erhöhte Angstwerte in Trägern des 5-HTTLPR/rs25531 LALA Genotyps sowie des NPSR1 rs324981 AA Genotyps, welche traumatische Ereignisse während der Kindheit erlebt hatten, aber nur bei gleichzeitig vorliegender niedriger Coping-Fähigkeit. Das Vorliegen von mindestens einem 5-HTT S/LG-Allel beziehungsweise einem NSPR1 T-Allel war hingegen mit einem Anstieg der Angstmaße mit steigender Zahl erlebter Zusammenfassung V Kindheitstraumata assoziiert unabhängig von der Ausprägung von Bewältigungsmöglichkeiten. Der zweite Teil dieser Arbeit behandelte den jeweiligen Einfluss von 5-HTT beziehungsweise NPSR1 Varianten bezüglich der neuroendokrinen, d.h. Speichelkortisol-Stressantwort auf einen akuten psychosozialen Stressor im Rahmen des Maastricht Acute Stress Tests (MAST). Es konnte ein direkter Einfluss von NPSR1, aber nicht von 5-HTT, auf die Veränderung der akuten Stressreaktivität gezeigt werden. Träger des höher aktiven NPSR1 T-Allels waren gekennzeichnet durch höhere Speichelkortisollevel in Reaktion auf den MAST im Vergleich zu Trägern des AA Genotyps. Zusammenfassend konnte in der ersten Studie ein moderierender Einfluss von GSE in Interaktion mit Kindheitstrauma und 5-HTT beziehungsweise NPSR1 im Sinne eines erweiterten GxExC-Modells des Angstrisikos gezeigt werden. Dies kann zum einen zur Entwicklung gezielter präventiver Maßnahmen und zum anderen zur Verbesserung therapeutischer Interventionen beitragen, durch welche jeweils Bewältigungsfähigkeiten im Sinne eines protektiven, resilienzfördernden Mechanismus gestärkt werden. In der zweiten Studie zeigte sich eine veränderte Funktion der HPA-Achse, welche einen Endophänotyp von stressbezogenen psychischen Erkrankungen darstellt, in Abhängigkeit von einer NPSR1 Genvariante, was die neuroendokrine Stressreaktivität als möglichen intermediären Angstphänotyp im Zusammenhang von NPSR1 Variation und dimensionaler bzw. kategorialer Angst nahelegt. Ausblickend können die Ergebnisse aus beiden Studien im Rahmen eines Mehrebenenmodells des Angstrisikos zusammenfließen, welches neurobiologische, neuroendokrine, umweltbezogene und psychologische Faktoren integriert, die auf hochkomplexe Art zusammenwirken und somit das Angstrisiko erhöhen oder herabsetzen können.

<p>In this thesis we attempted to elicit patterns of gene expression that influence phenotype, and that may also have been altered by thousands of years of domestication and selection, between red junglefowl and White Leghorn chickens. Red junglefowl are the wild ancestor to all domesticated chickens, and poultry in general are highly valued as a research animal and food resource. The project was also begun in order to complement an earlier study of an intercross between White Leghorn and red junglefowl, which identified several regions that were linked with phenotypic differences between the two birds.</p><p>We began by creating our own cDNA microarray via generating four cDNA libraries from red junglefowl/White Leghorn brain and testis. We generated 12,549 unique transcripts. This included 400 new putative transcripts specific to chickens, and 180 transcripts that were not found in any other database. When investigating polymorphisms between White Leghorn and red junglefowl we found a SNP rate of 1.9/kb coding region, and a synonymous and non-synonymous percentage for these SNPs of 80 and 20% respectively.</p><p>In the last two studies we used the cDNA microarray to measure gene expression differences between White Leghorn and red junglefowl in both hypothalamus/thalamus and liver. We found that there appears to be a significant number of genes down-regulated in White Leghorn hypothalamus/thalamus, plus an over-representation of up-regulated genes from well-known pathways, as compared with red junglefowl. We hypothesize that domestication/selection may be connected with this characteristic. We also found that the p-arm of chicken chromosome 4, which is an ancestral microchromosome, was over represented with differentially expressed genes in hypothalamus/thalamus. A number of differentially expressed genes are shared between the two tissues, and these genes are expressed in same manner between red junglefowl and White Leghorn.</p>

In this thesis we attempted to elicit patterns of gene expression that influence phenotype, and that may also have been altered by thousands of years of domestication and selection, between red junglefowl and White Leghorn chickens. Red junglefowl are the wild ancestor to all domesticated chickens, and poultry in general are highly valued as a research animal and food resource. The project was also begun in order to complement an earlier study of an intercross between White Leghorn and red junglefowl, which identified several regions that were linked with phenotypic differences between the two birds. We began by creating our own cDNA microarray via generating four cDNA libraries from red junglefowl/White Leghorn brain and testis. We generated 12,549 unique transcripts. This included 400 new putative transcripts specific to chickens, and 180 transcripts that were not found in any other database. When investigating polymorphisms between White Leghorn and red junglefowl we found a SNP rate of 1.9/kb coding region, and a synonymous and non-synonymous percentage for these SNPs of 80 and 20% respectively. In the last two studies we used the cDNA microarray to measure gene expression differences between White Leghorn and red junglefowl in both hypothalamus/thalamus and liver. We found that there appears to be a significant number of genes down-regulated in White Leghorn hypothalamus/thalamus, plus an over-representation of up-regulated genes from well-known pathways, as compared with red junglefowl. We hypothesize that domestication/selection may be connected with this characteristic. We also found that the p-arm of chicken chromosome 4, which is an ancestral microchromosome, was over represented with differentially expressed genes in hypothalamus/thalamus. A number of differentially expressed genes are shared between the two tissues, and these genes are expressed in same manner between red junglefowl and White Leghorn.

Tübingen, Univ., Diss., 2005.