TY - GEN A1 - Huynen, Leon A1 - Suzuki, Takayuki A1 - Ogura, Toshihiko A1 - Watanabe, Yusuke A1 - Millar, Craig D. A1 - Hofreiter, Michael A1 - Smith, Craig A1 - Mirmoeini, Sara A1 - Lambert, David M. T1 - Reconstruction and in vivo analysis of the extinct tbx5 gene from ancient wingless moa (Aves: Dinornithiformes) T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Background The forelimb-specific gene tbx5 is highly conserved and essential for the development of forelimbs in zebrafish, mice, and humans. Amongst birds, a single order, Dinornithiformes, comprising the extinct wingless moa of New Zealand, are unique in having no skeletal evidence of forelimb-like structures. Results To determine the sequence of tbx5 in moa, we used a range of PCR-based techniques on ancient DNA to retrieve all nine tbx5 exons and splice sites from the giant moa, Dinornis. Moa Tbx5 is identical to chicken Tbx5 in being able to activate the downstream promotors of fgf10 and ANF. In addition we show that missexpression of moa tbx5 in the hindlimb of chicken embryos results in the formation of forelimb features, suggesting that Tbx5 was fully functional in wingless moa. An alternatively spliced exon 1 for tbx5 that is expressed specifically in the forelimb region was shown to be almost identical between moa and ostrich, suggesting that, as well as being fully functional, tbx5 is likely to have been expressed normally in moa since divergence from their flighted ancestors, approximately 60 mya. Conclusions The results suggests that, as in mice, moa tbx5 is necessary for the induction of forelimbs, but is not sufficient for their outgrowth. Moa Tbx5 may have played an important role in the development of moa’s remnant forelimb girdle, and may be required for the formation of this structure. Our results further show that genetic changes affecting genes other than tbx5 must be responsible for the complete loss of forelimbs in moa. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1117 KW - tbx5 KW - Moa KW - gene expression KW - ancient DNA KW - development KW - forelimb Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-431599 SN - 1866-8372 IS - 1117 ER - TY - GEN A1 - Srivastava, Abhishek A1 - Murugaiyan, Jayaseelan A1 - Garcia, Juan A. L. A1 - De Corte, Daniele A1 - Hoetzinger, Matthias A1 - Eravci, Murat A1 - Weise, Christoph A1 - Kumar, Yadhu A1 - Roesler, Uwe A1 - Hahn, Martin W. A1 - Grossart, Hans-Peter T1 - Combined Methylome, Transcriptome and Proteome Analyses Document Rapid Acclimatization of a Bacterium to Environmental Changes T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Polynucleobacter asymbioticus strain QLW-P1DMWA-1T represents a group of highly successful heterotrophic ultramicrobacteria that is frequently very abundant (up to 70% of total bacterioplankton) in freshwater habitats across all seven continents. This strain was originally isolated from a shallow Alpine pond characterized by rapid changes in water temperature and elevated UV radiation due to its location at an altitude of 1300 m. To elucidate the strain’s adjustment to fluctuating environmental conditions, we recorded changes occurring in its transcriptomic and proteomic profiles under contrasting experimental conditions by simulating thermal conditions in winter and summer as well as high UV irradiation. To analyze the potential connection between gene expression and regulation via methyl group modification of the genome, we also analyzed its methylome. The methylation pattern differed between the three treatments, pointing to its potential role in differential gene expression. An adaptive process due to evolutionary pressure in the genus was deduced by calculating the ratios of non-synonymous to synonymous substitution rates for 20 Polynucleobacter spp. genomes obtained from geographically diverse isolates. The results indicate purifying selection. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1011 KW - DNA modification KW - gene expression KW - freshwater heterotrophic bacteria KW - UV radiation KW - purifying selection Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-481993 SN - 1866-8372 IS - 1011 ER - TY - GEN A1 - Machens, Fabian A1 - Balazadeh, Salma A1 - Müller-Röber, Bernd A1 - Messerschmidt, Katrin T1 - Synthetic Promoters and Transcription Factors for Heterologous Protein Expression in Saccharomyces cerevisiae N2 - Orthogonal systems for heterologous protein expression as well as for the engineering of synthetic gene regulatory circuits in hosts like Saccharomyces cerevisiae depend on synthetic transcription factors (synTFs) and corresponding cis-regulatory binding sites. We have constructed and characterized a set of synTFs based on either transcription activator-like effectors or CRISPR/Cas9, and corresponding small synthetic promoters (synPs) with minimal sequence identity to the host’s endogenous promoters. The resulting collection of functional synTF/synP pairs confers very low background expression under uninduced conditions, while expression output upon induction of the various synTFs covers a wide range and reaches induction factors of up to 400. The broad spectrum of expression strengths that is achieved will be useful for various experimental setups, e.g., the transcriptional balancing of expression levels within heterologous pathways or the construction of artificial regulatory networks. Furthermore, our analyses reveal simple rules that enable the tuning of synTF expression output, thereby allowing easy modification of a given synTF/synP pair. This will make it easier for researchers to construct tailored transcriptional control systems. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 393 KW - JUB1 KW - chimeric transcription factors KW - dead Cas9 KW - gene expression KW - synthetic biology KW - synthetic circuits KW - transcriptional regulation Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-403804 ER - TY - THES A1 - Hammer, Paul T1 - Transkriptomweite Untersuchungen von Prostata-Krebszelllinien im Kontext medizinischer Strahlentherapie T1 - Transcriptome-wide studies of prostate cancer cell lines in the context of medical radiation N2 - Die Strahlentherapie ist neben der Chemotherapie und einer operativen Entfernung die stärkste Waffe für die Bekämpfung bösartiger Tumore in der Krebsmedizin. Nach Herz-Kreislauf-Erkrankungen ist Krebs die zweithäufigste Todesursache in der westlichen Welt, wobei Prostatakrebs heutzutage die häufigste, männliche Krebserkrankung darstellt. Trotz technologischer Fortschritte der radiologischen Verfahren kann es noch viele Jahre nach einer Radiotherapie zu einem Rezidiv kommen, was zum Teil auf die hohe Resistenzfähigkeit einzelner, entarteter Zellen des lokal vorkommenden Tumors zurückgeführt werden kann. Obwohl die moderne Strahlenbiologie viele Aspekte der Resistenzmechanismen näher beleuchtet hat, bleiben Fragestellungen, speziell über das zeitliche Ansprechen eines Tumors auf ionisierende Strahlung, größtenteils unbeantwortet, da systemweite Untersuchungen nur begrenzt vorliegen. Als Zellmodelle wurden vier Prostata-Krebszelllinien (PC3, DuCaP, DU-145, RWPE-1) mit unterschiedlichen Strahlungsempfindlichkeiten kultiviert und auf ihre Überlebensfähigkeit nach ionisierender Bestrahlung durch einen Trypanblau- und MTT-Vitalitätstest geprüft. Die proliferative Kapazität wurde mit einem Koloniebildungstest bestimmt. Die PC3 Zelllinie, als Strahlungsresistente, und die DuCaP Zelllinie, als Strahlungssensitive, zeigten dabei die größten Differenzen bezüglich der Strahlungsempfindlichkeit. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurden die beiden Zelllinien ausgewählt, um anhand ihrer transkriptomweiten Genexpressionen, eine Identifizierung potentieller Marker für die Prognose der Effizienz einer Strahlentherapie zu ermöglichen. Weiterhin wurde mit der PC3 Zelllinie ein Zeitreihenexperiment durchgeführt, wobei zu 8 verschiedenen Zeitpunkten nach Bestrahlung mit 1 Gy die mRNA mittels einer Hochdurchsatz-Sequenzierung quantifiziert wurde, um das dynamisch zeitversetzte Genexpressionsverhalten auf Resistenzmechanismen untersuchen zu können. Durch das Setzen eines Fold Change Grenzwertes in Verbindung mit einem P-Wert < 0,01 konnten aus 10.966 aktiven Genen 730 signifikant differentiell exprimierte Gene bestimmt werden, von denen 305 stärker in der PC3 und 425 stärker in der DuCaP Zelllinie exprimiert werden. Innerhalb dieser 730 Gene sind viele stressassoziierte Gene wiederzufinden, wie bspw. die beiden Transmembranproteingene CA9 und CA12. Durch Berechnung eines Netzwerk-Scores konnten aus den GO- und KEGG-Datenbanken interessante Kategorien und Netzwerke abgeleitet werden, wobei insbesondere die GO-Kategorien Aldehyd-Dehydrogenase [NAD(P)+] Aktivität (GO:0004030) und der KEGG-Stoffwechselweg der O-Glykan Biosynthese (hsa00512) als relevante Netzwerke auffällig wurden. Durch eine weitere Interaktionsanalyse konnten zwei vielversprechende Netzwerke mit den Transkriptionsfaktoren JUN und FOS als zentrale Elemente identifiziert werden. Zum besseren Verständnis des dynamisch zeitversetzten Ansprechens der strahlungsresistenten PC3 Zelllinie auf ionisierende Strahlung, konnten anhand der 10.840 exprimierten Gene und ihrer Expressionsprofile über 8 Zeitpunkte interessante Einblicke erzielt werden. Während es innerhalb von 30 min (00:00 - 00:30) nach Bestrahlung zu einer schnellen Runterregulierung der globalen Genexpression kommt, folgen in den drei darauffolgenden Zeitabschnitten (00:30 - 01:03; 01:03 - 02:12; 02:12 - 04:38) spezifische Expressionserhöhungen, die eine Aktivierung schützender Netzwerke, wie die Hochregulierung der DNA-Reparatursysteme oder die Arretierung des Zellzyklus, auslösen. In den abschließenden drei Zeitbereichen (04:38 - 09:43; 09:43 - 20:25; 20:25 - 42:35) liegt wiederum eine Ausgewogenheit zwischen Induzierung und Supprimierung vor, wobei die absoluten Genexpressionsveränderungen ansteigen. Beim Vergleich der Genexpressionen kurz vor der Bestrahlung mit dem letzten Zeitpunkt (00:00 - 42:53) liegen mit 2.670 die meisten verändert exprimierten Gene vor, was einer massiven, systemweiten Genexpressionsänderung entspricht. Signalwege wie die ATM-Regulierung des Zellzyklus und der Apoptose, des NRF2-Signalwegs nach oxidativer Stresseinwirkung und die DNA-Reparaturmechanismen der homologen Rekombination, des nicht-homologen End Joinings, der MisMatch-, der Basen-Exzision- und der Strang-Exzision-Reparatur spielen bei der zellulären Antwort eine tragende Rolle. Äußerst interessant sind weiterhin die hohen Aktivitäten RNA-gesteuerter Ereignisse, insbesondere von small nucleolar RNAs und Pseudouridin-Prozessen. Demnach scheinen diese RNA-modifizierenden Netzwerke einen bisher unbekannten funktionalen und schützenden Einfluss auf das Zellüberleben nach ionisierender Bestrahlung zu haben. All diese schützenden Netzwerke mit ihren zeitspezifischen Interaktionen sind essentiell für das Zellüberleben nach Einwirkung von oxidativem Stress und zeigen ein komplexes aber im Einklang befindliches Zusammenspiel vieler Einzelkomponenten zu einem systemweit ablaufenden Programm. N2 - The use of radiotherapy in addition to chemotherapy and surgical removal is the most powerful instrument in the fight against malignant tumors in cancer medicine. After cardiovascular diseases, cancer is the second leading cause of death in the western world, in which prostate cancer is the most frequent male cancer. Despite continuous technological improvements in radiological instruments and prognosis, it may occur a recurrence up to many years after radiotherapy due to a high resistance capability of individual malignant cells of the locally occurring tumor. Although modern radiation biology has studied many aspects of the resistance mechanisms, questions are largely unanswered especially in regards to prognostic terms and time response of tumor cells to ionizing radiation. As cellular models four prostate cancer cell lines with different radiation sensitivities (PC3, DuCaP, DU-145, RWPE-1) were cultured and tested for their ability to survive after exposure to ionizing radiation by a trypane blue and MTT viability assay. The proliferative capacity of the four cell lines was determined using a colony formation assay. The PC3 cell line (radiation-resistant) and the DuCaP cell line (radiation-sensitive) showed the maximal differences in terms of radiation sensitivity. Based on these results the two cell lines were selected to allow identification of potential prognostic marker for predicting the effectiveness of radiation therapy via their transcriptome-wide gene expression. Furthermore, a time series experiment with the radiation-resistant PC3 cell line was performed. At 8 different time points, during the period from 00:00 - 42:53 (hh:mm) after exposure with 1 Gy, the mRNA was quantified by next generation sequencing to investigate the dynamic behavior of time-delayed gene expression and to discover resistance mechanisms. Of 10,966 expressed genes 730 were significant differentially expressed, determined by setting a fold change threshold in conjunction with a P-value < 0.01. Of those 305 were more strongly expressed in PC3 cell line and 425 were more strongly expressed in the DuCaP cell line. Within these 730 genes many known stress-associated genes could be found, such as the two trans-membrane protein genes CA9 and CA12, which are associated with increased radiation resistance. By calculating a network score interesting networks were derived by the GO and KEGG databases. In particular the GO categories aldehyde dehydrogenase [NAD(P)+] activity (GO:0004030) as well as the KEGG pathway of O-glycan biosynthesis (hsa00512) seems to be remarkably relevant. An interaction analysis revealed two promising networks with the transcription factors JUN and FOS as central elements. High expression of the JUN network would be stand as indicator for radiation resistance whereas a high expression of the FOS network is equated with radiation sensitivity. Interesting insights could be achieved by analyzing the 10,840 expressed genes of the PC3 cell line and its expression profile over the 8 time points. Shortly after irradiation (00:00 - 00:30) a transcriptome-wide down-regulation occurred, within the next three, short time periods (00:30 - 01:03; 01:03 - 02:12; 02:12 - 04:38) a predominant increase of gene expression and the activation of protective networks followed, such as the up-regulation of DNA repair systems or the arresting of cell cycle. In the ensuing three time periods (4:38 - 09:43; 09:43 - 20:25; 20:25 - 42:35) a balance between gene induction and suppression was present and the absolute gene expression change was increased. When comparing the gene expression prior to irradiation with the last time point (00:00 - 42:53) 2,670 genes were differentially expressed, suggesting a massive and system-wide change of gene expression. Signaling pathways such as the ATM-regulated cell cycle and apoptosis, the Nrf2 pathway after oxidative stress exposure, the DNA repair mechanisms of homologous recombination, the non-homologous end joining, the mismatch repair, base-excision repair and strand-excision repair play a major role. Very interesting are the high activity of RNA-driven events, especially activities of small nucleolar RNAs and pseudouridine processes. This suggests that these RNA-modifying networks could have a hitherto unknown functional and protective effect on cell survival after exposure to ionizing radiation. All these protective networks and their time-specific interactions are essential for the survival of cells after exposure to oxidative stress and show a complex but consistent interaction of many individual components to a system-wide running program. KW - Strahlenbiologie KW - Sequenzierung KW - Resistenzmechanismen KW - Genexpression KW - Prostatakrebs KW - radiation biology KW - next generation sequencing KW - prostate cancer KW - resistance mechanisms KW - gene expression Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-63190 ER - TY - THES A1 - Daub, Carsten Oliver T1 - Analysis of integrated transcriptomics and metabolomics data : a systems biology approach N2 - Moderne Hochdurchsatzmethoden erlauben die Messung einer Vielzahl von komplementären Daten und implizieren die Existenz von regulativen Netzwerken auf einem systembiologischen Niveau. Ein üblicher Ansatz zur Rekonstruktion solcher Netzwerke stellt die Clusteranalyse dar, die auf einem Ähnlichkeitsmaß beruht. Wir verwenden das informationstheoretische Konzept der wechselseitigen Information, das ursprünglich für diskrete Daten definiert ist, als Ähnlichkeitsmaß und schlagen eine Erweiterung eines für gewöhnlich für die Anwendung auf kontinuierliche biologische Daten verwendeten Algorithmus vor. Wir vergleichen unseren Ansatz mit bereits existierenden Algorithmen. Wir entwickeln ein geschwindigkeitsoptimiertes Computerprogramm für die Anwendung der wechselseitigen Information auf große Datensätze. Weiterhin konstruieren und implementieren wir einen web-basierten Dienst fuer die Analyse von integrierten Daten, die durch unterschiedliche Messmethoden gemessen wurden. Die Anwendung auf biologische Daten zeigt biologisch relevante Gruppierungen, und rekonstruierte Signalnetzwerke zeigen Übereinstimmungen mit physiologischen Erkenntnissen. N2 - Recent high-throughput technologies enable the acquisition of a variety of complementary data and imply regulatory networks on the systems biology level. A common approach to the reconstruction of such networks is the cluster analysis which is based on a similarity measure. We use the information theoretic concept of the mutual information, that has been originally defined for discrete data, as a measure of similarity and propose an extension to a commonly applied algorithm for its calculation from continuous biological data. We compare our approach to previously existing algorithms. We develop a performance optimised software package for the application of the mutual information to large-scale datasets. Furthermore, we design and implement a web-based service for the analysis of integrated data measured with different technologies. Application to biological data reveals biologically relevant groupings and reconstructed signalling networks show agreements with physiological findings. KW - Transinformation KW - wechselseitige Information KW - Ähnlichkeitsmaß KW - Genexpression KW - mutual information KW - distance measure KW - gene expression Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001251 ER -