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Here we present a protocol to genetically detect diatoms in sediments of the Kenyan tropical Lake Naivasha, based on taxon-specific PCR amplification of short fragments (approximately 100 bp) of the small subunit ribosomal (SSU) gene and subsequent separation of species-specific PCR products by PCR-based denaturing high-performance liquid chromatography (DHPLC). An evaluation of amplicons differing in primer specificity to diatoms and length of the fragments amplified demonstrated that the number of different diatom sequence types detected after cloning of the PCR products critically depended on the specificity of the primers to diatoms and the length of the amplified fragments whereby shorter fragments yielded more species of diatoms. The DHPLC was able to discriminate between very short amplicons based on the sequence difference, even if the fragments were of identical length and if the amplicons differed only in a small number of nucleotides. Generally, the method identified the dominant sequence types from mixed amplifications. A comparison with microscopic analysis of the sediment samples revealed that the sequence types identified in the molecular assessment corresponded well with the most dominant species. In summary, the PCR-based DHPLC protocol offers a fast, reliable and cost-efficient possibility to study DNA from sediments and other environmental samples with unknown organismic content, even for very short DNA fragments.
Darmkrebs ist die zweithäufigste malignombedingte Todesursache in den westlichen Industrieländern. Durch eine frühzeitige Diagnose besteht jedoch eine hohe Chance auf Heilung. Der Goldstandard zur Darmkrebsfrüherkennung ist gegenwärtig die Koloskopie. Eine Darmspiegelung ist jedoch invasiv und mit Unannehmlichkeiten für den Patienten verbunden. Die Akzeptanz in der Bevölkerung ist daher gering. Ziel des BMBF- Projektes „Entwicklung eines nichtinvasiven Nachweissystems zur Früherkennung von humanem Darmkrebs“, in dessen Rahmen diese Arbeit entstand, ist die Bereitstellung eines nichtinvasiven Nachweisverfahrens zur Darmkrebsfrüherkennung. Der Nachweis soll über die Detektion von aus neoplastischen Zellen stammender DNA in Stuhl erfolgen. Die Entartung dieser Zellen beruht auf Veränderungen im Erbgut, welches unter anderem Mutationen sind. Im ersten Teil des BMBF-Projektes wurde ein Set von Mutationen zusammengestellt, welches eine hohe Sensitivität für Vorstufen von Darmkrebs aufweist. Ziel dieser Arbeit war es, eine Nachweismethode für die zuvor identifizierten Punktmutationen zu entwickeln. Das Nachweisverfahren musste dabei unempfindlich gegen einen hohen Hintergrund nichtmutierter DNA sein, da im Stuhl geringe Mengen DNA aus neoplastischen Zellen bei einem hohen Hintergrund von DNA aus gesunden Zellen vorliegen. Hierzu wurden Plasmidmodellsysteme für die aus dem Marker-Set stammenden Genfragmente BRAF und dessen Mutante V600E, CTNNB1 und T41I, T41A, S45P und K-ras G12C hergestellt. Mit Hilfe dieser Plasmidmodellsysteme wurde dann das Nachweissystem entwickelt. Der entscheidende Schritt für die Detektion von Punktmutationen bei hohem Wildtypüberschuss ist eine vorhergehende Anreicherung. In der vorliegenden Arbeit wurde dazu die Methode der LNA-clamp-PCR (locked nucleic acid) etabliert. Die Bewertung der erzielten Anreicherung erfolgte über das relative Detektionslimit. Zur Bestimmung des Detektionslimits wurde die Schmelzkurvenanalyse von Hybridisierungssonden eingesetzt; diese wurde im Rahmen dieser Arbeit für die drei oben genannten Genfragmente und ihre Mutanten entwickelt. Die LNA-clamp-PCR wird in Anwesenheit eines LNA-Blockers durchgeführt. Das Nukleotidanalogon LNA weist im Vergleich zu DNA eine erhöhte Affinität zu komplementären DNA-Strängen auf. Gleichzeitig kommt es bei Anwesenheit einer Basenfehlpaarung zu einer größeren Destabilisierung der Bindung. Als Blocker werden kurze LNA-DNA-Hybridoligonukleotide eingesetzt, die den mutierten Sequenzbereich überspannen und selbst der Wildtypsequenz entsprechen. Durch Bindung an die Wildtypsequenz wird deren Amplifikation während der PCR verhindert (clamp = arretieren, festklemmen). Der Blocker selbst wird dabei nicht verlängert. Der Blocker bindet unter optimalen Bedingungen jedoch nicht an die mutierte Sequenz. Die Mutante wird daher ungehindert amplifiziert und somit gegenüber dem Wildtyp-Fragment angereichert. Die Position des Blockers kann im Bindungsbereich eines der Primer sein und hier dessen Hybridisierung an dem Wildtyp-Fragment verhindern oder zwischen den beiden Primern liegen und so die Synthese durch die Polymerase inhibieren. Die Anwendbarkeit beider Systeme wurde in dieser Arbeit gezeigt. Die LNA-clamp-PCR mit Primerblocker wurde für BRAF etabliert. Es wurde ein Detektionslimit von mindestens 1:100 erzielt. Die LNA-clamp-PCR mit Amplifikationsblocker wurde erfolgreich für BRAF, K-ras und CTNNB1: T41I, T41A mit einem Detektionslimit von 1:1000 bis 1:10 000 entwickelt. In Stuhlproben liegt DNA aus neoplastischen Zellen nach Literaturangaben zu einem Anteil von 1% bis 0,1% vor. Die LNA-clamp-PCR weist also mit Amplifikationsblockern ein ausreichend hohes Detektionslimit für die Analyse von Stuhlproben auf. Durch die erfolgreiche Etablierung der Methode auf drei verschiedenen Genfragmenten und vier unterschiedlichen Punktmutationen konnte deren universelle Einsetzbarkeit gezeigt werden. Für die Ausweitung der LNA-clamp-PCR auf die übrigen Mutationen des Marker-Sets wurden Richtlinien ausgearbeitet und die Blockereffizienz als Kennzahl eingeführt. Die LNA-clamp-PCR ist ein schnelles, kostengünstiges Verfahren, welches einen geringen Arbeitsaufwand erfordert und wenig fehleranfällig ist. Sie ist somit ein geeignetes Anreicherungsverfahren für Punktmutationen in einem diagnostischen System zur Darmkrebsfrüherkennung. Darüber hinaus kann die LNA-clamp-PCR auch in anderen Bereichen, in denen die Detektion von Punktmutationen in einem hohen Wildtyphintergrund erforderlich ist, eingesetzt werden.
Die Wahrnehmung von Geschmacksempfindungen beruht auf dem Zusammenspiel verschiedener Sinneseindrücke wie Schmecken, Riechen und Tasten. Diese Komplexität der gustatorischen Wahrnehmung erschwert die Beantwortung der Frage wie Geschmacksinformationen vom Mund ins Gehirn weitergeleitet, prozessiert und kodiert werden. Die Analysen zur neuronalen Prozessierung von Geschmacksinformationen erfolgten zumeist mit Bitterstimuli am Mausmodell. Zwar ist bekannt, dass das Genom der Maus für 35 funktionelle Bitterrezeptoren kodiert, jedoch war nur für zwei unter ihnen ein Ligand ermittelt worden. Um eine bessere Grundlage für tierexperimentelle Arbeiten zu schaffen, wurden 16 der 35 Bitterrezeptoren der Maus heterolog in HEK293T-Zellen exprimiert und in Calcium-Imaging-Experimenten funktionell charakterisiert. Die Daten belegen, dass das Funktionsspektrum der Bitterrezeptoren der Maus im Vergleich zum Menschen enger ist und widerlegen damit die Aussage, dass humane und murine orthologe Rezeptoren durch das gleiche Ligandenspektrum angesprochen werden. Die Interpretation von tierexperimentellen Daten und die Übertragbarkeit auf den Menschen werden folglich nicht nur durch die Komplexität des Geschmacks, sondern auch durch Speziesunterschiede verkompliziert. Die Komplexität des Geschmacks beruht u. a. auf der Tatsache, dass Geschmacksstoffe selten isoliert auftreten und daher eine Vielzahl an Informationen kodiert werden muss. Um solche geschmacksstoffassoziierten Stimuli in der Analyse der gustatorischen Kommunikationsbahnen auszuschließen, sollten Opsine, die durch Licht spezifischer Wellenlänge angeregt werden können, für die selektive Ersetzung von Geschmacksrezeptoren genutzt werden. Um die Funktionalität dieser angestrebten Knockout-Knockin-Modelle zu evaluieren, die eine Kopplung von Opsinen mit dem geschmacksspezifischen G-Protein Gustducin voraussetzte, wurden Oozyten vom Krallenfrosch Xenopus laevis mit dem Zwei-Elektroden-Spannungsklemm-Verfahren hinsichtlich dieser Interaktion analysiert. Der positiven Bewertung dieser Kopplung folgte die Erzeugung von drei Mauslinien, die in der kodierenden Region eines spezifischen Geschmacksrezeptors (Tas1r1, Tas1r2, Tas2r114) Photorezeptoren exprimierten. Durch RT-PCR-, In-situ-Hybridisierungs- und immunhistochemische Experimente konnte der erfolgreiche Knockout der Rezeptorgene und der Knockin der Opsine belegt werden. Der Nachweis der Funktionalität der Opsine im gustatorischen System wird Gegenstand zukünftiger Analysen sein. Bei erfolgreichem Beleg der Lichtempfindlichkeit von Geschmacksrezeptorzellen dieser Mausmodelle wäre ein System geschaffen, dass es ermöglichen würde, gustatorische neuronale Netzwerke und Hirnareale zu identifizieren, die auf einen reinen geschmacks- und qualitätsspezifischen Stimulus zurückzuführen wären.
Background and aims. Tumor suppressor genes are often located in frequently deleted chromosomal regions of colorectal cancers (CRCs). In contrast to microsatellite stable (MSS) tumors, only few loss of heterozygosity (LOH) studies were performed in microsatellite instable (MSI) tumors, because MSI carcinomas are generally considered to be chromosomally stable and classical LOH studies are not feasible due to MSI. The single nucleotide polymorphism (SNP) array technique enables LOH studies also in MSI CRC. The aim of our study was to analyse tissue from MSI and MSS CRC for the existence of (frequently) deleted chromosomal regions and tumor suppressor genes located therein. Methods and results. We analyzed tissues from 32 sporadic CRCs and their corresponding normal mucosa (16 MSS and 16 MSI tumors) by means of 50K SNP array analysis. MSS tumors displayed chromosomal instability that resulted in multiple deleted (LOH) and amplified regions and led to the identification of MTUS1 (8p22) as a candidate tumor suppressor gene in this region. Although the MSI tumors were chromosomally stable, we found several copy neutral LOHs (cnLOH) in the MSI tumors; these appear to be instrumental in the inactivation of the tumor suppressor gene hMLH1 and a gene located in chromosomal region 6pter-p22. Discussion. Our results suggest that in addition to classical LOH, cnLOH is an important mutational event in relation to the carcinogenesis of MSS and MSI tumors, causing the inactivation of a tumor suppressor gene without copy number alteration of the respective region; this is crucial for the development of MSI tumors and for some chromosomal regions in MSS tumors.
Hepatic insulin resistance is a major contributor to hyperglycemia in metabolic syndrome and type II diabetes. It is caused in part by the low-grade inflammation that accompanies both diseases, leading to elevated local and circulating levels of cytokines and cyclooxygenase (COX) products such as prostaglandin E-2 (PGE(2)). In a recent study, PGE(2) produced in Kupffer cells attenuated insulin-dependent glucose utilization by interrupting the intracellular signal chain downstream of the insulin receptor in hepatocytes. In addition to directly affecting insulin signaling in hepatocytes, PGE(2) in the liver might affect insulin resistance by modulating cytokine production in non-parenchymal cells. In accordance with this hypothesis, PGE(2) stimulated oncostatin M (OSM) production by Kupffer cells. OSM in turn attenuated insulin-dependent Akt activation and, as a downstream target, glucokinase induction in hepatocytes, most likely by inducing suppressor of cytokine signaling 3 (SOCS3). In addition, it inhibited the expression of key enzymes of hepatic lipid metabolism. COX-2 and OSM mRNA were induced early in the course of the development of non-alcoholic steatohepatitis (NASH) in mice. Thus, induction of OSM production in Kupffer cells by an autocrine PGE(2)-dependent feed-forward loop may be an additional, thus far unrecognized, mechanism contributing to hepatic insulin resistance and the development of NASH.
Objectives: Stroke, frequently a consequence of hypertension, is one of the leading causes of death and neurological disabilities worldwide. In the ischemic brain, levels of endothelin-1, one of the most potent vasoconstrictors, are raised. Anti-inflammatory and neuroprotective effects of endothelin antagonists after stroke have been described in literature. Based on these findings, we investigated the protective effect of the endothelin converting enzyme/neutral endopeptidase blocker, SLV 338, in salt-loaded, stroke-prone, spontaneously hypertensive rats.
Methods: Male, 8-week-old spontaneously hypertensive stroke-prone rats were put on a high salt diet and treated with either 30 mg/kg or 100 mg/kg SLV 338 or vehicle for 27 weeks. Blood pressure, neurological outcome, body weight, and mortality were investigated throughout treatment. In weeks 1 and 9, animals were housed in metabolic cages for collection of urinary and blood samples and assessment of salt water and food intake. In weeks 22 and 27, additional blood samples were taken. At the end of the study, all brains were analyzed using magnetic resonance imaging.
Results: SLV 338 was well tolerated in all animals. Neurological outcome and infarct size were similar in all groups. Albuminuria was considerably delayed and the incidence of stroke significantly lowered in treated animals. In spontaneously hypertensive stroke-prone rats, treatment with SLV 338 significantly (P=0.01) improved survival in comparison to the vehicle treated group in a blood pressure-independent manner.
Discussion: Our data in spontaneously hypertensive stroke-prone rats demonstrate that combined endothelin converting enzyme/neutral endopeptidase inhibition could offer a new therapeutic approach for primary stroke prevention and improvement of mortality. The mechanism seems to be blood pressure-independent.