TY  - THES
A1  - Wein, Martina
T1  - Biosynthese und Metabolismus von 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanon in Erdbeeren
T1  - Biosynthesis and Metabolism of 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanone in Strawberries
N2  - Die vorliegende Arbeit präsentiert neue Erkenntnisse zur Biosynthese von 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanon (DMHF) und 2,5-Dimethyl-4-methoxy-3(2H)-furanon (DMMF), zwei wichtigen Aromakomponenten in Erdbeeren. Potentielle, mit stabilen Isotopen markierte Vorläufersubstanzen wurden an Erdbeeren appliziert und drei Tage bei Raumtemperatur inkubiert. Der Nachweis über den erfolgreichen Einbau erfolgte mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie. Anhand der Massenspektren von DMHF und DMMF, die aus den behandelten Erdbeeren mittels Festphasenextraktion isoliert wurden, konnte der Markierungsgrad der Verbindungen ermittelt werden und somit Rückschlüsse über die Effizienz der Metabolisierung der applizierten Zucker zu den beiden Furanonen DMHF und DMMF gezogen werden. Als mögliche Ausgangsstoffe dienten unterschiedlich markierte D-Glucose und D-Fructose, sowie Desoxyzucker, da diese als direkte Vorläufersubstanzen von DMHF und DMMF diskutiert werden. Isotopenmarkierte Desoxy-D-glucose oder Desoxy-D-fructose sind kommerziell nicht erhältlich, weshalb die Verbindungen [1-13C]-1-Desoxy-D-fructose, [6-2H1]-6-Desoxy-D-glucose und [5,6,6,6-2H4]-6-Desoxyhexulose-1-phosphat zuerst synthetisiert werden mussten. Nach Applikation der Desoxyzucker wurde keine Erhöhung des Markierungsgrades an stabilen Isotopen gegenüber dem natürlichen Isotopenverhältnis festgestellt. Somit können 6-Desoxy-D-glucose, 1-Desoxy-D-fructose und 6-Desoxy-D-fructose-1-phosphat als Prekursoren von DMHF und DMMF ausgeschlossen werden. Als gute Vorläufersubstanzen erwiesen sich D-Glucose und D-Fructose. Markierungen (13C und 2H) an Position C-1 oder C-6 der beiden Verbindungen wurden sowohl in DMHF als auch in dessen Methoxyderivat DMMF detektiert, wobei die Applikation von D-Fructose im Gegensatz zur D-Glucose einen höheren Markierungsgrad der Zielverbindungen zur Folge hatte. Durch den Einsatz positionsspezifisch markierter D-Glucose (2H-Markierung an Position C-1, C-2 oder C-4) sollten Aufschlüsse über den Metabolisierungsmechanismus gewonnen werden. Die Markierung der D-[2-2H]Glucose befand sich wie die der D-[1-2H]Glucose in den Methylgruppen der Furanone, was nur durch eine intramolekulare Verschiebung von C-2 nach C-1 erklärbar ist. Diese wurde bei der Glucosephosphatisomerase-katalysierten Umwandlung von D-Glucose-6-phosphat zu D-Fructose-6-phosphat beobachtet. Somit muss D-Glucose bei der Biosynthese von DMHF und DMMF zuerst in diese Intermediate überführt werden. Im Gegensatz zu an Position C-2 markierter D-Glucose ging das Proton an Position C-4 im Laufe der Metabolisierung verloren. Demzufolge findet der in der Natur verbreitete Desoxygenierungsmechanismus von Monosacchariden nicht statt und schließt die Beteiligung von Desoxyzuckern an der Biosynthese von DMHF und DMMF gänzlich aus. Nach Einsatz von uniform markierter D-Fructose konnte sechsfach markiertes DMHF und DMMF identifiziert werden, was durch den Einbau der intakten Kohlenstoffkette zu erklären ist. Dieser Befund und weitere Untersuchungen mit verschiedenen Glykolyse-regulierenden Substanzen deuteten darauf hin, dass die Furanone dem zentralen Kohlenhydratstoffwechsel, der Glykolyse, entspringen. Vor der Aldolase-katalysierten Spaltung in zwei C3-Einheiten muss jedoch eine Abzweigung erfolgen, da sonst die Kohlenstoffkette nicht unverändert vorliegen könnte. Im zweiten Teil der Arbeit ist erstmals mit Hilfe von molekularbiologischen Techniken die vollständige cDNA einer O-Methyltransferase (OMT) aus Erdbeeren isoliert worden. Hierfür wurde mRNA aus reifenden Erdbeeren extrahiert und eine cDNA Bibliothek hergestellt. Diese wurde mit einer OMT-spezifschen Sonde durchmustert, welche durch PCR mit degenerierten Primern synthetisiert worden war. Nach mehreren Vereinzelungs-Zyklen konnte die vollständige cDNA einer O-Methyltransferase (STOMT, Strawberry OMT) erhalten werden. Northern-Analysen ergaben, dass die entsprechende RNA ausschließlich in den verschiedenen Reifestadien der Frucht akkumuliert, mit den höchsten Transkriptmengen in der rot-werdenden und reifen Frucht. In anderen Gewebeteilen wie Wurzel, Blätter, Stängel und Blüte konnte keine STOMT-RNA nachgewiesen werden. Das korrespondierende Protein zeigte hohe Homologien zu Kaffeesäure-OMTs aus Weidengewächsen der Gattung Populus. Nach erfolgreicher, heterologer Expression von STOMT in E. coli wurde die Substratspezifität des Enzyms untersucht, dessen Temperaturoptimum bei 30°C lag. Alle eingesetzten Substrate mit phenolischem Grundgerüst, wie Brenzcatechin, Kaffeesäure, Kaffeeoyl-CoA und 3,4-Dihydroxybenzaldehyd, aber auch das Furanonderivat DMHF wurden von der rekombinanten O-Methyltransferase umgesetzt. Als bestes Substrat erwies sich 3,4-Dihydroxybenzaldehyd, das, im Gegensatz zu dessen Methylierungsprodukt Vanillin, bisher in Erdbeeren nicht nachgewiesen werden konnte. Kaffeesäure wurde ebenfalls effektiv methyliert, worin vermutlich die Hauptaufgabe von STOMT in der Pflanze liegt. Die Methylierung von Kaffeesäure oder 5-Hydroxyferulasäure ist ein wichtiger Prozess in der Entstehung von Lignin. Die Tatsache, dass Erdbeeren teilweise in den Leitbündeln und verstärkt in den Achenen lignifiziert sind, erklärt das Vorhandensein eines solchen Enzyms. DMHF, das als Dienol-Tautomer eine aromatische Struktur mit Hydroxylgruppen aufweist und somit strukturelle Ähnlichkeiten zu phenolischen Verbindungen zeigt, wurde ebenfalls von STOMT als Substrat akzeptiert. Die Bildung von DMMF, dem Methoxyderivat von DMHF erfolgte vergleichsweise langsam, war aber eindeutig auf die Methyltransferase-Aktivität zurückzuführen. STOMT ist aufgrund des Expressionsmusters als fruchtspezifisch und reifeinduziert einzustufen. Primäre Funktion ist vermutlich zu Beginn der Fruchtreifung die Lignifizierung der Leitbündel und später die der Achenen. Gleichzeitig scheint STOMT wesentlich an der Bildung der Aromastoffe DMMF und Vanillin in Erdbeeren beteiligt zu sein.
N2  - The present work reveals new insight in the biosynthesis of 2,5-dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanone (DMHF) and 2,5-dimethyl-4-methoxy-3(2H)-furanone (DMMF), two important flavor compounds in strawberries. Isotopically labeled precursors were applied to detached strawberries and incubated for three days at room temperature. The successful incorporation of the isotopes was determined by gas chromatography-mass spectroscopy. On the basis of the mass spectra of DMHF and DMMF, isolated from treated strawberries by solid phase extraction, the ratio of labeled and unlabeled compounds was determined. Thus, the conversion of sugars to the furanones DMHF and DMMF could be analyzed in regard to efficiency of metabolism. Differently labeled D-glucose, D-fructose and deoxysugars were used as they are considered to be good precursors of DMHF and DMMF. [1-13C]-1-Deoxy-D-fructose, [6-2H1]-6-deoxy-D-glucose and [5,6,6,6-2H4]-6-deoxyhexulose-1-phosphate had to be synthesized first since these isotopically labeled deoxysugars are not commercially available. After application of the labeled deoxysugars, the ratio of stable isotopes did not change in comparison with the natural isotopic ratio. As a consequence 6-deoxy-D-glucose, 1-deoxy-D-fructose and 6-deoxyhexulose-1-phosphate can be ruled out as precursors of DMHF and DMMF. D-Glucose and D-fructose were converted efficiently to the furanones. The isotopic label (13C and 2H) from position C-1 and C-6 of both carbohydrates was detected in DMHF and its derivative DMMF. In contrast to D-glucose, D-fructose was metabolized more efficiently to the target molecules as the furanones showed a higher degree of labeling. The use of D-glucose labeled at different positions should provide information about the mechanism of the biosynthesis. The label of D-[2-2H]glucose as well as that of D-[1-2H]glucose was recovered in the methyl group of the furanones. This observation was explained by an intra molecular isotope shift from position C-2 to C-1 which was observed in the course of the conversion of D-glucose-6-phosphate to D-fructose-6-phosphate mediated by phosphohexose isomerase. Consequently, D-glucose has to be transformed into these intermediates prior to the formation of DMHF and DMMF. In contrast to D-glucose, which was labeled at position C-2, the label at position C-4 was lost during the transformation. Therefore, the natural mechanism of deoxygenation might not occur during the biosynthesis of DMHF and DMMF. After application of D-[U-13C6]fructose the incorporation of six 13C atoms into DMHF and DMMF was detected. This implies that the complete carbon skeleton is incorporated. These findings and additional studies with different regulatory substances of the glycolysis indicated that the central metabolism of carbohydrates (glycolysis) is involved in the biosynthesis of furanones. Prior to the final cleavage into two C3-fragments by aldolase, another pathway has to branch off, as otherwise the skeleton can not remain unchanged. In the second part of the thesis the complete cDNA of a O-methyltransferase from strawberry was isolated by the means of molecular techniques. First, mRNA was extracted from turning strawberries to construct a cDNA library. An OMT specific fragment, synthesized by PCR with degenerated primers, was used as probe in order to screen the cDNA library. After few cycles of separation a complete cDNA coding for a putative O-methyltransferase (STOMT, strawberry OMT) was obtained. Northern analysis revealed high abundance in the different stages of fruit ripening while highest RNA levels were found in turning and ripe fruit. On the contrary, there were no STOMT-RNA transcripts in other tissue such as root, leaf, petiole and flower. The corresponding protein showed high homology to caffeic acid OMTs from Salicacea (Populus). STOMT was successfully expressed in E. coli in order to determine the substrate specificity. The enzyme showed highest activity at 30°C. All tested phenolic compounds such as catechol, caffeic acid, caffeoyl CoA and protocatechuic aldehyde as well as the furanone derivative DMHF were accepted by the recombinant O-methyltransferase. STOMT converted most rapidly protocatechuic aldehyde, which has not been detected in strawberry yet, to its methylated counterpart vanillin. Caffeic acid was also accepted to a high degree, which is probably the main function in strawberry. The methylation of caffeic acid and 5-hydroxyferulic acid is an important process in the formation of lignin. The fact that the vascular bundles contain lignin and the achenes are strongly lignified explains the presence of such an enzyme in strawberry. The dienolic tautomer of DMHF exhibiting an aromatic structure with two hydroxy groups shows structural homology to phenolic compounds. Therefore, DMHF was accepted as substrate by STOMT. Although the conversion proceeds quite slowly, unequivocally the methoxy derivative descends from DMHF by OMT activity. In accordance with its expression pattern in strawberry, STOMT is fruit specific and induced during ripening. In the course of the maturation, the primary function of STOMT is probably the lignification of the vascular bundles in the beginning and later that of the achenes. On the other hand, STOMT seems to be substantially involved in the biosynthesis of the flavor compounds DMMF and vanillin, too.
KW  - Erdbeere
KW  - Naturidentischer Aromastoff
KW  - Furaneol
KW  - Biosynthese
KW  - Stoffwechsel
KW  - 2
KW  - 5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanon
KW  - 2
KW  - 5-Dimethyl-4-methoxy-3(2H)-furanon
KW  - Furaneol
KW  - Erdbeeren
KW  - Methylierung
KW  - Biosynthese
KW  - Aroma
KW  - 2
KW  - 5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanone
KW  - 2
KW  - 5-Dimethyl-4-methoxy-3(2H)-furanone
KW  - Furaneol
KW  - Strawberry
KW  - Methylation
KW  - Biosynthesis
KW  - Flavor
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1182059
ER  - 
TY  - THES
A1  - Strehl, Marie-Annette
T1  - Die Rolle der DNA-Methylierung in der Kontrolle des MHC-II-spezifischen Typ-IV-Promotors in Thymomen
T1  - The Role Of DNA-Methylation In The Control Of The MHC II Specific Type IV Promotor In Thymoma
N2  - Die Moleküle des „major histocompatibility complex“ (MHC) spielen in der thymischen T-Zell-Reifung eine zentrale Rolle. Durch Interaktion des T-Zell-Rezeptors auf der unreifen T-Zelle und den Co-Rezeptoren CD4 und CD8 mit dem MHC auf dem Thymusepithel werden die zwei wichtigsten Reifungs- und Selektionsprozesse, positive und negative Selektion, vermittelt. Störungen dieser Selektionsmechanismen können zu Immundefekten oder Autoimmunphänomenen führen. Die Regulierung der MHC IIExpression erfolgt hauptsächlich transkriptionell und wird vor allem durch den sogenannten Class II Transaktivator (CIITA) bestimmt. Die Transkription von CIITA wird über vier alternative, gewebsspezifische Promotoren durch alternatives splicing reguliert. Unter diesen Splicevarianten ist der CIITA Typ IV Promotor für die konstitutive MHC II-Expression in Thymusepithelzellen und für die IFN-g induzierte Expression in anderen Geweben verantwortlich. Thymome sind menschliche Tumoren des Thymusepithels, welche häufig mit einer paraneoplastischen Myasthenia gravis (MG) assoziiert sind. Die paraneoplastische MG zeigt eine starke positive Korrelation mit der Fähigkeit eines Thymoms, reife CD4+ T-Zellen zu produzieren und in das periphere Blut zu exportieren. Thymome weisen aus bislang ungeklärten Gründen häufig eine starke Reduktion der epithelialen MHC II- Expression auf. Ziel dieser Arbeit war die Beantwortung der Frage, ob eine DNA-Methylierung der Promotorregion des MHC-Klasse II Transaktivators (CIITA) Typ IV daran beteiligt ist. Hierzu wurden 27 Thymome mit sowohl hoher und als auch niedriger MHC II-Expression und 9 Normalthymi aus unterschiedlichen Altersgruppen untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass der CIITA Typ IV Promotor in kindlichen Kontrollthymi vollständig unmethyliert ist, während die Thymi erwachsener Kontrollpersonen eine vermehrte Methylierung aufweisen. Im Gegensatz dazu war der CIITA Typ IV in nahezu allen Thymomen stark hypermethyliert. Da aber kein signifikanter Unterschied in der Methylierung zwischen Thymomen mit hoher und solchen mit niedriger MHC II-Expression festgestellt werden konnte, lassen diese Ergebnisse vermuten, dass eine Hypermethylierung des CIITA Typ IV Promotors sehr wahrscheinlich nicht der alleinige Grund für die verminderte MHC II-Expression in Thymomen ist, sondern das auch andere Regulationsmechanismen wie zum Beispiel Histon-Acetylierung beteiligt sein könnten beteiligt sein könnten.
N2  - The major histocompatibility complex (MHC) plays an important role in the development and maturation of T-cells in the human thymus. Interaction between the T-cell-receptor, the co-receptors CD4 and CD8 and the MHC-molecules on thymic epithelial cells account for the two most important selection mechanisms, positive and negative selection. Disturbances of these selection mechanisms can lead to immune defects or autoimmunity. The regulation of MHC-II expression is mainly transcriptional and is controlled by the class II transactivator (CIITA). The transcription of CIITA is regulated by four alternative and tissue specific promotors through alternative splicing. The CIITY type IV promotor is responsible for the the konstitutive MHC II expression in the thymic epithelium and for the IFN-gamma induced expression in other tissues. Thymomas are tumors of the human thymic epithelium and are often associated with paraneoplastic Myasthenia gravis (MG). Paraneoplastic MG shows a strong positive correlation with the ability of a thymoma to produce mature CD4+ T-cells and release them into the peripheral blood. Thymomas often show a strong reduction of the epithelial MHC II expression. The aim of this thesis was to analyze if DNA-methylation of the promotorregion of the MHC class II transactivator CIITA type IV is involved. 27 Thymomas with high and reduced MHC II expression were analyzed, as well as 9 normal thymi of different age groups. The results show that the CIITA type IV promotor is completely unmethylated in juvenile control thymi, while the thymi of adult controls show a low level of methylation. In contrast the CIITA typ IV in almost all thymomas was strongly hypermethylated. There was no significant difference between the level of methylation of thymomas with low MHC II expression and high expression, which leads to the conclusion that hypermethylation of CIITY type IV is not the only reason for the reduced MHC II expression in thymomas. Other regulating mechanisms like histone-acetylation could also play a role in the reduction of MHC II expression.
KW  - MHC
KW  - CIITA
KW  - Thymom
KW  - Myasthenia gravis
KW  - Methylierung
KW  - MHC
KW  - CIITA
KW  - Thymoma
KW  - Myasthenia gravis
KW  - Methylation
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-16183
ER  - 
TY  - THES
A1  - Akimzhanov, Askar M.
T1  - Epigenetic repression of the NFATc1 transcription factor in human lymphomas
T1  - Epigenetische Repression des NFATc1 Transkriptionsfakors in menschlichen Lymphomen
N2  - We examined the regulation of NFATc1 in different lymphomas and observed an inversed correlation between the methylation status and expression of NFATc1. Our data demonstrate that aberrant DNA methylation associated with chromatin remodeling within nfatc1 locus is a major mechanism for the repression of NFATc1 expression, suggesting that the DNA methylation-mediated transcriptional silencing of NFATc1 may be a critical event in the tumorogenesis of ALCLs and cHLs. Furthermore, the DNA methylation of human nfatc1 promoter region could be used as a novel biomarker of tumor progression. Our results indicate a close link between the loss of immunoreceptor signaling and NFATc1 expression in human lymphomas. For both ALCLs and cHLs, defects in immunoreceptor signaling have been described which result in a loss of receptor-mediated gene expression programs (Schwering et al., 2003; Bonzheim et al., 2004; Marafioti et al., 2004). In T cells, one indicator gene of these programs appears to be the nfatc1 gene whose expression is controlled by TCR signals (Chuvpilo et al., 2002a). In contrast, in T cells NFATc1 expression is unaffected by TCR signals, and NFATc2 was found to be expressed at normal levels in ALCLs and cHLs (L.K., unpubl. data). Moreover, the activity of NF-kappaB factors which can bind to certain NFAT binding sites and share a distantly-related DNA binding domain with NFATs is strongly elevated in cHL cells (Bargou et al., 1997; Hinz et al., 2001; Hinz et al., 2002) suggesting that NFATs and NF-kappaBs exert very different effects on generation and maintenance of Hodgkin’s lymhomas. However, it should be mentioned that in Burkitt’s and further B cell lymphomas in which NFATc1 proteins are strongly expressed and controlled by receptor signals (Kondo et al., 2003), they could exert a promoting function in tumor development. The genes of p53 family members p63 and p73 are prominent examples for mammalian genes whose products can act both as oncoproteins and tumor suppressor genes (Hibi et al., 2000; Stiewe and Putzer, 2002), and it is likely that more genes exist which encode both tumor suppressors and oncoproteins. It remains to be shown whether the nfatc1 gene is one of them.
N2  - Wir haben die Regulation von NFATc1 in verschiedenen Lymphomen untersucht und beobachteten eine umgekehrte Korrelation zwischen dem Ausmaß an Methylierung und der Expression von NFATc1. Unsere Daten demonstrieren, dass eine aberrante DNA-Methylierung, die mit veränderter Chromatinstruktur innerhalb des nfatc1 Lokus assoziiert ist, der Hauptmechanismus für die Repression der NFATc1-Expression ist. Es wäre zu vermuten, dass die durch DNA-Methylierung verursachte transkriptionelle Abschaltung von NFATc1 der kritische Schritt bei der Tumorgenese von ALCLs und cHLs ist. Des weiteren könnte das Ausmaß der DNA-Methylierung in der humanen nfatc1-Promotorregion als neuer Biomarker für Tumorprogression genutzt werden. Unsere Daten indizieren eine enge Verbindung zwischen dem Verlust von Immunrezeptorsignalen und der NFATc1-Expression in humanen Lymphomen. Für sowohl ALCLs als auch cHLs wurden Defekte in der Immunrezeptorsignalgebung beschrieben, welche sich im Verlust des Rezeptor vermittelten Genexpressionsprogramms niederschlagen (Schwering et al., 2003; Bonzheim et al., 2004; Marafioti et al., 2004). In T-Zellen scheint das nfatc1-Gen eins der Indikatorgene dieses Programms zu sein, dessen Expression durch TCR-Signale kontrolliert wird (Chuvpilo et al., 2002a). Im Gegensatz dazu bleibt die NFATc2-Expression in T-Zellen unbeeinflusst von TCR-Signalen, weshalb NFATc2 in ALCLs und cHLs auch in normalem Ausmaß exprimiert wird (L.K., unpubl. data). Andererseits ist die Aktivität der NF-kappaB-Faktoren, die auch an bestimmte NFAT-Bindungsstellen binden können und deren DNA-Bindungsdomäne entfernt mit der der NFATs verwandt ist, in cHL-Zellen stark erhöht (Bargou et al., 1997; Hinz et al., 2001; Hinz et al., 2002). Das lässt vermuten, dass NFATc1 und die NF-kappa-Faktoren eine sehr unterschiedliche Rolle bei der Entstehung und dem Erhalt der Hodgkinlymphome spielen. Es sollte aber erwähnt werden, dass in Burkitts und anderen B-Zelllymphomen, in denen NFATc1-Proteine stark exprimiert und darüber hinaus durch Rezeptorsignale kontrolliert sind (Kondo et al., 2003), diese eine Tumor fördernde Funktion ausüben könnten. Die Gene der p53-Familienmitglieder p63 und p73 sind prominente Beispiele für Säugergene, deren Produkte sowohl als Onkoproteine als auch als Tumorsuppressoren fungieren können (Hibi et al., 2000; Stiewe and Putzer, 2002), und es ist wahrscheinlich, dass es noch weitere Gene gibt, die beide Funktionen ausüben. Es wird zu zeigen sein, ob das nfatc1-Gen eins von ihnen ist.
KW  - Lymphom
KW  - T-Lymphozyt
KW  - Transkriptionsfaktor
KW  - Methylierung
KW  - Epigenese
KW  - NFATc1
KW  - Lymphome
KW  - Epigenetik
KW  - Methylierung
KW  - NFATc1
KW  - Lymphoma
KW  - Epigenetics
KW  - Methylation
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-12921
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Van Haute, Lindsey
A1  - Dietmann, Sabine
A1  - Kremer, Laura
A1  - Hussain, Shobbir
A1  - Pearce, Sarah F.
A1  - Powell, Christopher A.
A1  - Rorbach, Joanna
A1  - Lantaff, Rebecca
A1  - Blanco, Sandra
A1  - Sauer, Sascha
A1  - Kotzaeridou, Urania
A1  - Hoffmann, Georg F.
A1  - Memari, Yasin
A1  - Kolb-Kokocinski, Anja
A1  - Durbin, Richard
A1  - Mayr, Johannes A.
A1  - Frye, Michaela
A1  - Prokisch, Holger
A1  - Minczuk, Michal
T1  - Deficient methylation and formylation of mt-tRNA(Met) wobble cytosine in a patient carrying mutations in NSUN3
JF  - Nature Communications
N2  - Epitranscriptome modifications are required for structure and function of RNA and defects in these pathways have been associated with human disease. Here we identify the RNA target for the previously uncharacterized 5-methylcytosine (m5C) methyltransferase NSun3 and link m5C RNA modifications with energy metabolism. Using whole-exome sequencing, we identified loss-of-function mutations in NSUN3 in a patient presenting with combined mitochondrial respiratory chain complex deficiency. Patient-derived fibroblasts exhibit severe defects in mitochondrial translation that can be rescued by exogenous expression of NSun3. We show that NSun3 is required for deposition of m5C at the anticodon loop in the mitochondrially encoded transfer RNA methionine (mt-tRNAMet). Further, we demonstrate that m5C deficiency in mt-tRNAMet results in the lack of 5-formylcytosine (f5C) at the same tRNA position. Our findings demonstrate that NSUN3 is necessary for efficient mitochondrial translation and reveal that f5C in human mitochondrial RNA is generated by oxidative processing of m5C.
KW  - Methylation
KW  - RNA
KW  - Transferases
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165998
VL  - 7
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Thölken, Clemens
A1  - Thamm, Markus
A1  - Erbacher, Christoph
A1  - Lechner, Marcus
T1  - Sequence and structural properties of circular RNAs in the brain of nurse and forager honeybees (Apis mellifera)
JF  - BMC Genomics
N2  - Background 
The honeybee (Apis mellifera) represents a model organism for social insects displaying behavioral plasticity. This is reflected by an age-dependent task allocation. The most protruding tasks are performed by young nurse bees and older forager bees that take care of the brood inside the hive and collect food from outside the hive, respectively. The molecular mechanism leading to the transition from nurse bees to foragers is currently under intense research. Circular RNAs, however, were not considered in this context so far. As of today, this group of non-coding RNAs was only known to exist in two other insects, Drosophila melanogaster and Bombyx mori. Here we complement the state of circular RNA research with the first characterization in a social insect.

Results
We identified numerous circular RNAs in the brain of A. mellifera nurse bees and forager bees using RNA-Seq with exonuclease enrichment. Presence and circularity were verified for the most abundant representatives. Back-splicing in honeybee occurs further towards the end of transcripts and in transcripts with a high number of exons. The occurrence of circularized exons is correlated with length and CpG-content of their flanking introns. The latter coincides with increased DNA-methylation in the respective loci. For two prominent circular RNAs the abundance in worker bee brains was quantified in TaqMan assays. In line with previous findings of circular RNAs in Drosophila, circAmrsmep2 accumulates with increasing age of the insect. In contrast, the levels of circAmrad appear age-independent and correlate with the bee's task. Its parental gene is related to amnesia-resistant memory.

Conclusions
We provide the first characterization of circRNAs in a social insect. Many of the RNAs identified here show homologies to circular RNAs found in Drosophila and Bombyx, indicating that circular RNAs are a common feature among insects. We find that exon circularization is correlated to DNA-methylation at the flanking introns. The levels of circAmrad suggest a task-dependent abundance that is decoupled from age. Moreover, a GO term analysis shows an enrichment of task-related functions. We conclude that circular RNAs could be relevant for task allocation in honeybee and should be investigated further in this context.
KW  - circRNA
KW  - circular transcriptome sequencing
KW  - honeybee
KW  - brain
KW  - neuronal
KW  - Methylation
KW  - CpG
KW  - alternative splicing
KW  - behavioral plasticity
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-241302
VL  - 20
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Richter, Gesa M.
A1  - Kruppa, Jochen
A1  - Munz, Matthias
A1  - Wiehe, Ricarda
A1  - Häsler, Robert
A1  - Franke, Andre
A1  - Martins, Orlando
A1  - Jockel-Schneider, Yvonne
A1  - Bruckmann, Corinna
A1  - Dommisch, Henrik
A1  - Schaefer, Arne S.
T1  - A combined epigenome- and transcriptome-wide association study of the oral masticatory mucosa assigns CYP1B1 a central role for epithelial health in smokers
JF  - Clinical Epigenetics
N2  - Background
The oral mucosa has an important role in maintaining barrier integrity at the gateway to the gastrointestinal and respiratory tracts. Smoking is a strong environmental risk factor for the common oral inflammatory disease periodontitis and oral cancer. Cigarette smoke affects gene methylation and expression in various tissues. This is the first epigenome-wide association study (EWAS) that aimed to identify biologically active methylation marks of the oral masticatory mucosa that are associated with smoking.

Results
Ex vivo biopsies of 18 current smokers and 21 never smokers were analysed with the Infinium Methylation EPICBeadChip and combined with whole transcriptome RNA sequencing (RNA-Seq; 16 mio reads per sample) of the same samples. We analysed the associations of CpG methylation values with cigarette smoking and smoke pack year (SPY) levels in an analysis of covariance (ANCOVA). Nine CpGs were significantly associated with smoking status, with three CpGs mapping to the genetic region of CYP1B1 (cytochrome P450 family 1 subfamily B member 1;best p=5.5x10(-8)) and two mapping to AHRR (aryl-hydrocarbon receptor repressor; best p=5.9x10(-9)). In the SPY analysis, 61 CpG sites at 52 loci showed significant associations of the quantity of smoking with changes in methylation values. Here, the most significant association located to the gene CYP1B1, with p=4.0x10(-10). RNA-Seq data showed significantly increased expression of CYP1B1 in smokers compared to non-smokers (p=2.2x10(-14)), together with 13 significantly upregulated transcripts. Six transcripts were significantly downregulated. No differential expression was observed for AHRR. In vitro studies with gingival fibroblasts showed that cigarette smoke extract directly upregulated the expression of CYP1B1.

Conclusion
This study validated the established role of CYP1B1 and AHRR in xenobiotic metabolism of tobacco smoke and highlights the importance of epigenetic regulation for these genes. For the first time, we give evidence of this role for the oral masticatory mucosa.
KW  - EWAS
KW  - Methylation
KW  - Expression
KW  - Masticatory mucosa
KW  - CYP1B1
KW  - AHRR
KW  - Cytochrome P 450 pathway
KW  - OSCC
KW  - Smoking
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-226175
VL  - 11
ER  -