Refine
Has Fulltext
- yes (5) (remove)
Document Type
- Postprint (3)
- Doctoral Thesis (2)
Is part of the Bibliography
- yes (5)
Keywords
- gene expression (5) (remove)
Institute
- Institut für Biochemie und Biologie (5) (remove)
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.
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.
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.
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.
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.