Stuttgart, Univ., Diss., 2006.

Stuttgart, Univ., Diss., 2003.

Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2009

An der Ausbildung der individuellen Persönlichkeitseigenschaften eines Menschen sowie an der Entstehung von Persönlichkeitsstörungen und anderen psychischen Erkrankungen sind sowohl genetische Faktoren als auch Umwelteinflüsse beteiligt. Mittels Assoziationsstudien kann man prüfen, ob zwischen einzelnen genetischen Varianten und Persönlichkeitsmerkmalen bzw. psychischen Störungen ein Zusammenhang besteht. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden funktionelle Polymorphismen in zwei Kandidatengenen, der Dopamin-β-Hydroxylase (DBH) und der neuronalen NO-Synthase (NOS1), im Hinblick auf eine Assoziation mit Persönlichkeitsvariablen und Persönlichkeitsstörungen untersucht. Diese Enzyme spielen eine wichtige Rolle im noradrenergen bzw. nitrinergen System, die beide an der Steuerung des Verhaltens entscheidend beteiligt sind. Des Weiteren wurde geprüft, ob der Polymorphismus im Promotorbereich des DBH-Gens mit affektiven Störungen assoziiert ist. Die Genotypisierung wurde bei 642 Probanden mit Persönlichkeitsstörungen und 182 Patienten mit affektiven Störungen durchgeführt; die Kontrollgruppen umfassten 387 Personen (DBH-Polymorphismus) bzw. 494 Personen (NOS1-Polymorphismen). Eine Assoziation des -1021C→T-Polymorphismus des DBH-Gens mit affektiven Störungen ließ sich nicht nachweisen, obwohl Vorbefunde einen Zusammenhang zwischen dem mit einer niedrigen Plasmaaktivität der Dopamin-β-Hydroxylase assoziierten T/T-Genotyp und affektiven Störungen nahegelegt hatten. Diese Assoziation findet sich jedoch möglicherweise nur bei Subgruppen affektiver Störungen wie z. B. Depressionen mit psychotischer Symptomatik. Eine hochsignifikante Assoziation zeigte sich zwischen dem T/T-Genotyp und dem Auftreten von zwei oder mehr Persönlichkeitsstörungen, so dass dieser Genotyp als Risikofaktor für die Entwicklung von Persönlichkeitsstörungen angesehen werden kann. Des Weiteren ist der T/T-Genotyp mit verschiedenen Subskalen von Neuroticism, Agreeableness und Novelty Seeking assoziiert, die sich auf impulsives, feindseliges und wenig zielgerichtetes Verhalten beziehen. Dies bestätigt die Ergebnisse früherer Studien, die einen Zusammenhang zwischen dem noradrenergen System und impulsiven Verhaltensweisen gezeigt haben. Zahlreiche Studien weisen auch auf eine Verbindung zwischen Veränderungen des NOS1-Gens und impulsivem, aggressivem Verhalten hin. Im Rahmen dieser Arbeit konnte eine Assoziation beider NOS1-Polymorphismen mit Cluster-B-Persönlichkeitsstörungen beobachtet werden, die Impulsivität als ein gemeinsames Merkmal aufweisen. Es fand sich jedoch keine Assoziation mit Persönlichkeitsdimensionen, die impulsives und aggressives Verhalten widerspiegeln. In einer Weiterführung der vorliegenden Studie mit größeren Probandenzahlen wurde erneut der Zusammenhang zwischen einem dieser NOS1-Polymorphismen, dem Exon-1f-VNTR, und Persönlichkeitsvariablen sowie dem durch gesteigerte Impulsivität gekennzeichneten Aufmerksamkeitsdefizit- und Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) bei erwachsenen Patienten untersucht. In dieser Studie wurde in der Kontrollgruppe eine nur bei Frauen statistisch signifikante Assoziation des kurzen Allels mit niedrigen Conscientiousness-Werten, die als Anzeichen für ein hohes Maß an Impulsivität verstanden werden können, beobachtet. Auch eine Assoziation des kurzen Allels mit ADHS konnte nachgewiesen werden, was die Bedeutung dieses Polymorphismus bei der Entstehung impulsiver Verhaltensweisen weiter untermauert. Zur Aufdeckung der genetischen Grundlage von Persönlichkeitseigenschaften und psychischen Erkrankungen bedarf es der Identifizierung weiterer genetischer Risikovarianten und deren Untersuchung in großen Assoziationsstudien mit einer hohen Probandenzahl. Um den Zusammenhang zwischen genetischen Varianten und Persönlichkeit bzw. Verhalten zu erhellen, müssen zudem komplexe Interaktionen verschiedener Gene und der Einfluss von Umweltfaktoren einbezogen werden. / Genetic factors and environmental influences contribute to human personality dimensions as well as to the development of personality disorders and other psychiatric diseases. Genetic association studies are used to test for a correlation between genetic variants and personality traits or psychiatric disorders. In this thesis, the association between functional polymorphisms in two candidate genes, the dopamine beta-hydroxylase gene (DBH) und the neuronal nitric oxide synthase gene (NOS1), and personality variables und personality disorders was investigated. These enzymes play an important role in the noradrenergic and nitrinergic system, respectively, which are both critically involved in the regulation of behaviour. Furthermore, we tested for an association between the promotor polymorphism in the DBH gene and affective disorders. Genotyping was performed on 642 subjects with personality disorders and 182 subjects with affective disorders; the control groups consisted of 387 individuals (DBH polymorphism) and 494 individuals (NOS1 polymorphisms), respectively. No association was observed between DBH -1021C→T genotype and affective disorders although previous findings had suggested a link between the T/T genotype (which is associated with lower dopamine beta-hydroxylase plasma activity) and affective disorders. However, this association may be limited to subgroups of affective disorders, e.g. unipolar psychotic depression. A highly significant association was detected between the T/T genotype and the co-occurrence of two or more personality disorders. Thus, this genotype can be regarded as a risk factor for the development of personality disorders. Furthermore, the T/T genotype is associated with various neuroticism, agreeableness and novelty seeking subscales related to impulsive, hostile and little goal-directed behaviour. This is in line with previous studies that showed a correlation between the noradrenergic system and impulsive behaviours. Numerous studies suggest a link between genetic variations in the NOS1 gene and impulsive, aggressive behaviour. In the present study, an association was detected between both NOS1 polymorphisms and Cluster B personality disorders which share the feature of impulsivity. However, no association was observed with personality dimensions reflecting impulsive and aggressive behaviour. A subsequent study with larger sample sizes investigated the correlation between one of the NOS1 polymorphisms, the Exon1f VNTR, and personality variables as well as adult attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), a disorder characterized by increased impulsivity. In healthy controls, an association was detected between the short allele and low levels of conscientiousness which indicate a high degree of impulsivity; this effect was statistically significant only for women. The short allele was also associated with ADHD which underscores the significance of this polymorphism in the development of impulsive behaviours. Identification of further genetic risk variants and their investigation in association studies with large sample sizes is needed to unravel the genetic basis of personality traits und psychiatric diseases. Furthermore, complex interactions of different genes as well as the influence of environmental factors must be taken into account in order to elucidate the relationship between genetic variants and personality and behaviour.

Many polymorphisms are linked to alternative reproductive strategies. In animals, this is particularly common in males. Ant queens are an important exception. The case of ant queen size dimorphisms has not been studied in sufficient detail, and thus this thesis aimed at elucidating causes and consequences of the different size of small (microgynous) and large (macrogynous)ant queens using the North American ant species Leptothorax rugatulus as a model system. Employing neutral genetic markers, no evidence for a taxonomically relevant separation of the gene pools of macrogynes and microgynes was found. Queens in polygynous colonies were highly related to each other, supporting the hypothesis that colonies with more than one queen commonly arise by secondary polygyny, i.e. by the adoption of daughter queens into their natal colonies. These results and conclusions are also true for the newly discovered queen size polymorphism in Leptothorax cf. andrei. Several lines of evidence favor the view that macrogynes predominantly found their colonies independently, while microgynes are specialized for dependent colony founding by readoption. Under natural conditions, mother and daughter size are highly correlated and this is also true for laboratory colonies. However, the size of developing queens is influenced by queens present in the colony. Comparing populations across the distribution range, it turns out that queen morphology (head width and ovariole number) is more differentiated among populations than worker morphology (coloration, multivariate size and shape), colony characteristics (queen and worker number per colony) or neutral genetic variation. Northern and southern populations differed consistently which indicates the possibility of two different species. The queen size dimorphism in L. rugatulus did neither influence the sex ratio produced by a colony, nor its ratio of workers to gynes. However, the sex ratio covaried strongly across populations with the average number of queens per colony in accordance with sex ratio theory. At the colony level, sex ratio could not be explained by current theory and a hypothesis at the colony-level was suggested. Furthermore, queen body size has no significant influence on the amount of reproductive skew among queens. Generally, the skew in L. rugatulus is low, and supports incomplete control models, rather than the classic skew models. In eight of fourteen mixed or microgynous colonies, the relative contributions of individual queens to workers, gynes and males were significantly different. This was mainly due to the fact that relative body size was negatively correlated with the ratio of gynes to workers produced. This supports the kin conflict over caste determination hypothesis which views microgyny as a selfish reproductive tactic. / Viele Polymorphismen sind an alternative Reproduktionstaktiken gebunden. Bei Tieren ist dies bei Männchen besonders häufig. Ameisenköniginnen sind hier eine wichtige Ausname. Grössenpolymorphismen bei Ameisenköniginnen sind nur ungenügend studiert, und daher zielte diese Studie auf die Beleuchtung der Ursachen und Konsequenzen der unterschiedlichen Körpergrösse von kleinen (mikrogynen) und grossen (makrogynen) Ameisenköniginnen der Nordamerikanischen Art Leptothorax rugatulus. Mit neutralen genetischen Markern konnte keine taxonomisch relevante Trennung der Genpoole der Makro- und Mikrogynen gefunden werden. Königinnen in polygynen Kolonien waren untereinander hochverwandt, was die Hypothese bestätigt, dass Kolonien mit mehreren Königinnen durch sekundäre Polygynie, d.h. durch die Readoption von Töchtern, entstehen. Diese Ergebnisse konnten für den Königinnen-Grössenpolymorphismus bei Leptothorax cf. andrei (der neu entdeckt wurde) bestätigt werden. Unterschiedliche Evidenzen sprechen dafür, dass Makrogyne ihre Kolonien überwiegend unabhängig gründen, während Mikrogyne auf abhängige Reproduktion nach Readoption spezialisiert sind. Unter natürlichen Bedingungen ist die Grösse der Mutter mit der ihrer Töchter hochkorreliert, was auch unter konstanten Laborbedingungen gilt. Dennoch ist die Körpergrösse komplex determiniert, u.A. durch die Königinnen, die sich im Nest befinden. Ein Vergleich von Populationen des gesamten Verbreitungsgebietes erbrachte, dass die Königinnenmorphologie stärker differenziert ist, als die Morphologie der Arbeiterinnen, Koloniecharakteristika und neutrale genetische Marker. Die Populationen im Norden unterschieden sich konsistent von denen im Süden, so dass eine Aufspaltung in zwei Arten möglich scheint. Der Grössendimorphismus hatte keinen Einfluss auf das Geschlechterverhältnis, das von einer Kolonie produziert wurde. Letzteres jedoch war auf Populationsebene mit der mittleren Königinnenanzahl der Kolonien korreliert, wie von der entsprechenden Theorie vorausgesagt. Auf der Kolonieebene konnte das Geschlechtsverhältnis nicht durch die existierenden Theorien erklärt werden, und daher wurde eine neue Hypothese, basierend auf Kolonieselektion, wurde vorgeschlagen. Weiterhin, hatte die Variabilität der Königinnen-Körpergrösse keinen Einfluss auf das reproduktive Ungleichgewicht innerhalb von Kolonien. Generell war die Reproduktion gleichverteilt, und die Daten unterstützten Modelle, die auf unvollständiger Kontrolle basieren, als die klassischen Modelle. In acht der vierzehn gemischten oder mikrogynen untersuchten Kolonien waren die relativen Anteile einzelner Königinnen an der Arbeiterinnen-, Männchen- und Königinnen- Produktion signifikant unterschiedlich. Dies war hauptsächlich auf eine relative Überproduktion von Königinnen durch mikrogyne Mütter begründet. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese des Verwandtenkonflikts zur Kastendetermination, die Mikrogynie als egoistische reproduktive Taktik ansieht.

Der Catechol-O-Methyltransferase (COMT) Val158Met Polymorphismus (rs4680) ist am Abbau von Dopamin und Noradrenalin im menschlichen Gehirn beteiligt. In bisherigen Studien konnte gezeigt werden, dass das Met-Allel mit einer erhöhten Reaktivität auf negative Stimuli assoziiert ist. Auf Basis der Tonischen/ Phasischen Dopaminhypothese wird postuliert, dass diese erhöhte Reaktivität auf negative Reize durch defizitäre Disengagementprozesse verursacht sein könnte. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, diese theoretische Annahme mithilfe von Blickbewegungsmessungen zu überprüfen und zu untersuchen, ob die erhöhte Reaktivität sich auch in verlängerten Disengagementlatenzen von negativen Reizen widerspiegelt. Es wurden dafür drei Studien durchgeführt, in denen eine adaptierte Version der emotionalen Antisakkadenaufgabe in Verbindung mit einer Blickbewegungsmessung eingesetzt wurde. In der zweiten Studie wurde zusätzlich eine EEG-Messung durchgeführt. Außerdem wurde in der dritten Studie die Aufmerksamkeitslokation manipuliert. In der ersten und zweiten Studie zeigte sich nicht wie erwartet ein linearer Effekt in Relation zum COMT Val158Met Polymorphismus, sondern ein Heterosiseffekt. Dieser Effekt zeigte sich nur in der einfacheren Prosakkadenbedingung. In der ersten Studie wurde der Heterosiseffekt bei negativen Reizen gefunden, wohingegen in der zweiten Studie der Heterosiseffekt nur in einer EEG- Komponente, der Early Posterior Negativity (EPN), aber sowohl bei positiven als auch negativen Reizen gefunden wurde. In der dritten Studie zeigte sich kein Genotypeffekt. Es wird vermutet, dass der COMT Effekt in der emotionalen Verarbeitung aufgabenspezifisch sein könnte und daher, neben linearen Zusammenhängen, unter bestimmten Umständen auch ein Heterosiseffekt auftreten kann. Die Ergebnisse sollten nicht auf eine männliche Stichprobe generalisiert werden, da in allen Studien lediglich weibliche Versuchspersonen teilnahmen. / The catechol-O-methyltransferase (COMT) Val158Met polymorphism (rs4680) moderates dopamine and norepinephrine degradation in the prefrontal cortex. It has been shown that the Met-Allele is associated with an increased reactivity to negative stimuli. With regard to the tonic-phasic dopamine model it is hypothesized that this increased reactivity to negative stimuli derives from deficient disengagement from negative stimuli. The aim of this work was therefore to investigate whether this increased reactivity is reflected in prolonged disengagement from negative pictures. Three studies were conducted, in which an adapted version of the emotional antisaccade task in combination with Eye Tracking was used. This paradigm allows for varying task difficulty. In the second study additionally an EEG measurement was recorded. Furthermore, in the third study the location of the attention was manipulated. Unexpectedly, in the first and second study we did not find a linear effect in relation to the COMT polymorphism, but a heterosis effect. This effect was found only in the simpler Prosaccade condition. In the first study the heterosis effect was found for negative stimuli, whereas in the second study the heterosis effect was found for positive as well as negative stimuli in one EEG component, the Early Posterior Negativity (EPN). The third study yielded no Genotype effect. It is suggested that the COMT effect on emotional processing is task-specific and therefore besides linear effects a heterosis effect might also occur under certain circumstances. In all three studies, only female subjects participated. Therefore the results should not be generalized to a male sample.

Das Enzym Catechol-O- Methyltransferase (COMT) spielt eine wichtige Rolle beim Abbau der Neurotransmitter Dopamin, Noradrenalin und Adrenalin. In dessen Gen befindet sich ein Polymorphismus (SNP), der einen Aminosäureaustausch von Valin zu Methionin an Position 158 der membrangebundenden Isoform bewirkt.. In früheren Studien zeigen die verschiedenen Genotypen des Polymorphismus Unterschiede in der emotionalen Verarbeitung, bei der die COMT Einfluss auf die Verarbeitung von negativen, aber nicht von positiven Stimuli zeigt. Neben emotionalen werden durch die COMT aber auch kognitive präfrontale Prozesse beeinflusst. Eine Aufmerksamkeitslenkung auf Bilder führt im Zeitfenster der EPN und LPP zu ähnlichen Effekten wie beim Betrachten emotionaler Bilder In dieser Studie sollte daher untersucht werden, ob die COMT- Effekte auf die Emotionsverarbeitung durch Aufmerksamkeitsprozesse begründet sind und diese unabhängig vom emotionalen Inhalt durch die Aufmerksamkeitsinstruktion auslösbar sind. Dafür wurden bei 48 gesunden und entweder Val/Val oder Met/Met- Homozygoten Probanden während der Präsentation von IAPS Bildern mit positiven, negativen und neutralen Bildern ein EEG abgeleitet. Und es wurde die neuronale Aktivierung bei emotionalen Stimuli, in Interaktion mit der Instruktion, die Aufmerksamkeit auf eine bestimmte emotionale Kategorie zu richten, untersucht. Dabei zeigten sich die erwarteten Emotions- und Aufmerksamkeitseffekte auf EPN und LPP. Keinen Einfluss hatte der COMT-Genotyp. Dies könnte an der Interferenz der Emotionseffekte mit kognitiven Effekten des COMT- Polymorphismus liegen. / The catechol-O-methyltransferase (COMT) is important for the degradation of dopamine and norepinephrine in the prefrontal cortex. It exists a common single nucleotide polymorphism causing a Val to Met substitution at amino acid position 158 with the Met variant displaying lower enzymatic activity. The Val variant is associated with an impaired cognitive performance but seems to provide increased emotional resilience against negative mood states. In previous studies a positive association was found between the number of Met variants and the functional brain activity for unpleasant but not for pleasant stimuli. With regard to the tonic-phasic dopamine model it is hypothesized that this increased reactivity to negative stimuli derives from deficient disengagement from negative stimuli. Processing of emotional cues is associated with similar ERP effects as observes for explicitily directed attention. The aim of this work was therefore to investigate whether the COMT- effects on emotional processing is due to a different allocation of attentional resources. 48 homozygous participants (Met/Met or Val/Val) viewed positive, neutral or negative pictures of the IAPS while recording an EEG and where asked to either count a specific stimoulus category or to simply view the stimuli. The expected effects for emotional and attentional processing was found for the EPN and LPP. No influence was found for the COMT genotype. A possible reason is the strong interaction between emotional processing and cognitive tasks regarding the COMT polymorphism.

NOS1, das für die neuronale Stickstoffmonoxidsynthase (NOS-I) kodierende Gen, konnte bislang durch eine stetig wachsende Zahl an Untersuchungen mit verschiedenen Pathomechanismen bedeutsamer neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen in Verbindung gebracht werden. Der Dinukleotid-Polymorphismus im Promotergen von NOS1, für welchen in der Population verschieden lange Allelen existieren, war bislang bezüglich der durch ihn vermittelten Wirkungen kaum untersucht. Um die Relevanz und Funktionalität des Promoterpolymorphismus NOS1 Ex1f-VNTR zu erforschen, wurde in der vorliegenden Arbeit ein Reportergen-Assay durchgeführt, der den Einfluss verschieden langer Allele auf transkriptionaler Ebene verdeutlichen sollte. Hierfür wurden NOS1 Exon 1f-Promoterregionen mit unterschiedlich langen VNTRs in einen Luciferase-Genvektor kloniert und der Einfluss der verschiedenen Allellängen auf die Aktivität des Reportergens ermittelt. Hierbei zeigte sich der Einfluss der Allele dergestalt, dass das Vorhandensein kurzer Allele des NOS1 Ex1f-VNTR in verminderter Aktivität des Reportergens resultierte. Durchgeführte Stimulationsversuche mit Östrogen und Forskolin ergaben hingegen keine signifikante Änderung der Transkriptionsaktivität. Im DNA-Microarray konnten mit kurzen Allelen des NOS1 Ex1f-VNTR assozierte Alterationen im Transkriptom des humanen Brodmann-Areals 46 nachgewiesen werden, was Wechselwirkungen zwischen dem Vorhandensein kurzer Allele des NOS1 Ex1f-VNTR und der Gentranskription psychiatrisch relevanter Gene demonstriert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass der NOS1 Ex1f-VNTR Einfluss auf transkriptionaler Ebene ausübt und mit psychiatrischen Krankheiten assoziiert ist, was ihn weiterhin zu einem wichtigen Forschungsobjekt macht und in die Gruppe klinisch bedeutsamer Polymorphismen einreiht. / NOS1, the coding gene for the neuronal nitric oxide synthase (NOS-I), has been linked to various pathomechanisms of neurologic and psychiatric disorders by a steadily growing body of work. The dinucleotide polymorphism contained in the NOS1 promotergene, existing in a variety of allelic lengths, has so far been rarely investigated in terms of influence. To determine transcriptional functionality and relevance of different lengths of the promoter polymorphism NOS1 Ex1f-VNTR, a reporter gene assay has been carried out in the herein presented study. By cloning NOS1 Ex1f-VNTR promoter regions containing different lenghts oft the VNTR in a Luciferase-gene vector, the influence of different promoter alleles on reporter gene activity has been demonstrated. A reduced reporter gene activity has been shown in the presence of short alleles of the NOS1 Ex1f-VNTR. Accomplished trials of stimulating activity via estrogene and forskoline treatment resulted in no further changes of repoter gene activity. In DNA-Microarray studies an association of short NOS1 Ex1f-VNTR alleles and transcriptome alterations in human Brodmann area 46 has been detected, indicating a correlation of short NOS1 Ex1f-VNTR alleles and transcription of genes involved in psychiatric disorders. These results demonstrating the functionality of the NOS1 Ex1f-VNTR confirm its clinical relevance and the importance of its further investigation.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Möglichkeiten, die die mitochondriale DNA-Analytik für die Spurenkunde und die Populationsgenetik eröffnet, ausgelotet. Polymorphismen der beiden nichtcodierenden hypervariablen Regionen HV1 und HV2 wurden durch Sequenzierung erschlossen und ergaben zusammen für eine deutsche Populationsstichprobe (Unterfranken, n = 180) einen Diskriminationsindex (DI) von 0,99. Der DI betrug bei alleiniger Betrachtung der HV1 für eine deutsche (n = 198), türkische (n = 37), äthiopische (n = 65) und chinesische (n = 60) Populationsstichprobe jeweils 0,97, 0,97, 0,96 und 0,98. Lösungen für spezifische Sequenzierungsprobleme der mitochondrialen DNA wurden gefunden, so dass ein reibungsloser Einsatz in der Laborroutine gewährleistet ist. Die Mutationshäufigkeit in der HV1 und HV2 wurde mit einem Wert von ca. einem Basenaustausch bei 50 Generationswechseln festgestellt. Die Nützlichkeit der mitochondrialen DNA für rechtsmedizinische Belange hat sich bereits mehrfach bestätigt. Insbesondere bei der Untersuchung von Haarschäften und telogenen Haaren zeigte sich, dass mit Hilfe mitochondrialer DNA noch erfolgreiche Amplifikationen durchgeführt werden können, wenn die klassischen STR-Systeme bereits versagen. Die für spurenkundliche Analysen sinnvolle Sequenz-Analyse der HVs wurde für populationsgenetische Untersuchungen als ungeeignet erkannt. Untersuchungen auf Grund einer Einteilung in Haplogruppen erbrachten hingegen verwertbare Ergebnisse. Beim Vergleich der verschiedenen Populationen unter Zuhilfenahme weiterer, andernorts untersuchter Bevölkerungsgruppen zeigte sich, dass es durchaus möglich ist, an Hand der mitochondrialen DNA Populationen verschiedener Kontinente voneinander abzugrenzen. Innerhalb Europas (Kaukasier) ist eine derartige Abgrenzung hingegen nicht möglich, geschweige denn, dass Wanderungsbewegungen o.ä. nachweisbar wären. Dies gilt sowohl für Untersuchungen auf Grund der Sequenzen der hypervariablen Regionen, als auch basierend auf Untersuchungen der Haplogruppen. Andere variable Regionen der mitochondrialen DNA erwiesen sich als zu wenig aussagekräftig, als dass sie in der rechtsmedizinischen Praxis von besonderer Relevanz wären. Die Analyse des hochkonservierten Cytochrom b Genes kann dagegen als geeignetes Mittel zur Speziesidentifikation betrachtet werden. Unsicherheiten bei der RFLP-Darstellung machen jedoch unter Umständen eine Sequenzierung des Genes nötig. Ein im ersten Intron des X-Y homologen Amelogenin-Gens liegendes, geschlechtspezifisch polymorphes STR-System wurde eingeführt, welches auch für die automatisierte Auftrennung im Sequenz-Analysator geeignet ist. Die vier autosomalen STR-Systeme D3S1358, D8S1179, D18S51 und D21S11 wurden für die forensische Praxis als Einzelsysteme etabliert. Zu diesen Systemen wurden jeweils unterfränkische Populationsstichproben typisiert, um für diese Region relevantes Datenmaterial zu erhalten. Zur Erweiterung der bereits vorhandenen Y-chromosomalen STR-Spektrums wurde das aussagekräftige Mikrosatellitensystem DYS385 eingeführt. Auch mit diesem System wurde eine unterfränkische Populationsstichprobe typisiert. Die Mutationshäufigkeit verschiedener STR-Systeme wurde untersucht und die gefundenen Ergebnisse lagen im Vergleich mit anderen Arbeiten im erwarteten Rahmen. Für die DNA-Extraktion aus in Formalin fixiertem und in Paraffin eingebettetem Gewebe wurde eine geeignete Methode gefunden, auch aus Geweben, die sehr lange in Formalin fixiert wurden, noch typisierbare DNA zu extrahieren. Die untersuchten Extraktionsprotokolle für unbehandelte Gewebeproben zeigten untereinander keine gravierenden Unterschiede. Der begrenzende Faktor für eine erfolgreiche DNA-Extraktion ist hier vielmehr der Zersetzungsgrad des behandelten Gewebes und die damit einhergehende Degradation der DNA. Insofern ist es sinnvoll in Fällen, in denen unbehandeltes Gewebematerial längere Zeit unwirtlichen Bedingungen ausgesetzt war, gleich auf eine DNA-Extraktionsmethode aus Knochenmaterial, wie die in dieser Arbeit beschriebene, zurückzugreifen. / In this study various possibilities of mitochondrial DNA (mtDNA)-analysis in forensic casework and population genetics have been examined. Polymorphisms of the two noncoding hypervariable regions HV1 and HV2 were analyzed by sequencing and for a German population sample (Lower Franconia, n = 180) the Power of Discrimination (PD) was calculated to 0.99. PD of the HV1 only for a German (n = 198), Turkish (n = 37), Ethiopian (n = 65) and Chinese (n = 60) population sample was 0.97, 0.97, 0.96 and 0.98 respectively. Various problems with DNA-sequencing of the mtDNA resulting out of structural features have been solved. The mutation rate for HV1 and HV2 was found to be about 1 base-exchange in 50 generations. Analysis of mtDNA has already shown its usefulness in forensic casework, especially when hair shafts or telogen hairs had to be examined. While the regularly used STR-systems failed to provide valid data, amplification of mtDNA often was successful. For population studies by means of mtDNA sequencing data had to be assigned to haplogroups. Comparison of the examined population data and data from other groups showed the possibility to differentiate between populations on a global scale. Differentiation or tracing of population movements for European (Caucasian) populations however could be shown to be of little use. Other variable regions of the mtDNA displayed only little forensic relevance. Analysis of the highly conservative cytochrome b gene seems promising for species identification purposes. However fast accomplished methods like RFLP-analysis cause uncertainties that have to be dealt with by sequencing the gene. A new DNA-based sex-test consisting of a sex-specific STR-system within the first intron of the X-Y homologues amelogenin gene was established, that is applicable for separation in a capillary sequencer. The four autosomal STR-systems D3S1358, D8S1179, D18S51 and D21S11 have been set up for forensic applications. A population sample from Lower Franconia was evaluated in order to receive regionally relevant data. The Y-chromosomal STR-system DYS385 was evaluated in the same way. Mutation rates for several STR-systems were determined. The observed rates were in good accordance with the results found by other researchers. A method for extraction of DNA from formalin-fixed and paraffin-embedded material was established. This method allows DNA-extraction from tissues, even after prolonged fixation times. The examined extraction-protocols for untreated tissues did not result in significant differences. The limiting factor for a successful DNA-analysis seems to be rather the state of decay and the resulting DNA-degradation. Therefore, when working with decayed material, it revealed to be more efficient to directly extract DNA from compact bone using an extraction method, like the one presented in this study.

Charité - Universiẗat, Diss--Berlin, 2005.